2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第15章 第65講 機(jī)械波學(xué)案(含解析)(選修3-4).doc
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第65講 機(jī)械波 考點(diǎn)一 機(jī)械波的形成與傳播 1.形成條件 (1)有發(fā)生機(jī)械振動(dòng)的波源。 (2)有傳播介質(zhì),如空氣、水等。 2.傳播特點(diǎn) (1)傳播振動(dòng)形式、傳播能量、傳播信息。 (2)質(zhì)點(diǎn)不隨波遷移。 3.機(jī)械波的分類 (1)橫波:質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相互垂直,有波峰和波谷。 (2)縱波:質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在同一直線上,有疏部和密部。 4.機(jī)械波的描述 (1)波長(zhǎng)(λ):在波動(dòng)中,振動(dòng)相位總是相同的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離。 ①在橫波中,兩個(gè)相鄰波峰(或波谷)間的距離等于波長(zhǎng)。 ②在縱波中,兩個(gè)相鄰密部(或疏部)間的距離等于波長(zhǎng)。 (2)頻率(f):波的頻率等于波源振動(dòng)的頻率。 (3)波速(v):波在介質(zhì)中的傳播速度,由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定。 (4)波長(zhǎng)、頻率(或周期)和波速的關(guān)系:v==λf。 5.波的圖象 (1)坐標(biāo)軸:橫坐標(biāo)表示沿波傳播方向上各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的平衡位置,縱坐標(biāo)表示該時(shí)刻各個(gè)質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)平衡位置的位移。如圖所示。 (2)意義:表示在波的傳播方向上,某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)平衡位置的位移。 6.特別提醒 (1)介質(zhì)中每個(gè)質(zhì)點(diǎn)做的都是受迫振動(dòng),所以任一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率和周期都和波源相同,因此可以斷定:波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì),由于介質(zhì)的情況不同,它的波長(zhǎng)和波速可能改變,但頻率和周期都不會(huì)改變。 (2)波傳到任意一點(diǎn),該點(diǎn)的起振方向都和波源的起振方向相同。 (3)波源經(jīng)過(guò)一個(gè)周期T完成一次全振動(dòng),波恰好向前傳播一個(gè)波長(zhǎng)的距離,所以有v==λf。 (4)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)nT(波傳播nλ)時(shí),波形不變。 (5)相隔波長(zhǎng)整數(shù)倍的兩質(zhì)點(diǎn),振動(dòng)狀態(tài)總相同;相隔半波長(zhǎng)奇數(shù)倍的兩質(zhì)點(diǎn),振動(dòng)狀態(tài)總相反。 7.波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向的互判方法 1.(2015四川高考)平靜湖面?zhèn)鞑ブ涣兴娌?橫波),在波的傳播方向上有相距3 m的甲、乙兩小木塊隨波上下運(yùn)動(dòng)。測(cè)得兩小木塊每分鐘都上下30次。甲在波谷時(shí),乙在波峰,且兩木塊之間有一個(gè)波峰,這列水面波( ) A.頻率是30 Hz B.波長(zhǎng)是3 m C.波速是1 m/s D.周期是0.1 s 答案 C 解析 由題意畫出波形圖如圖所示,可知甲、乙兩小木塊間的距離x=3 m=λ,故波長(zhǎng)λ=2 m,B錯(cuò)誤。又知兩小木塊都是每分鐘振動(dòng)30次,故周期T=2 s,頻率f=0.5 Hz,則波速v==1 m/s,故A、D錯(cuò)誤,C正確。 2.[教材母題] (人教版選修3-4 P28T1)簡(jiǎn)諧橫波某時(shí)刻的波形如圖所示,P為介質(zhì)中的一個(gè)質(zhì)點(diǎn),波沿x軸的正方向傳播。以下說(shuō)法正確的是( ) A.質(zhì)點(diǎn)P此時(shí)刻的速度沿x軸的正方向 B.質(zhì)點(diǎn)P此時(shí)刻的加速度沿y軸的正方向 C.再過(guò)半個(gè)周期時(shí),質(zhì)點(diǎn)P的位移為負(fù)值 D.經(jīng)過(guò)一個(gè)周期,質(zhì)點(diǎn)P通過(guò)的路程為4a [變式子題] (多選)簡(jiǎn)諧橫波某時(shí)刻的波形如圖所示。a為介質(zhì)中的一個(gè)質(zhì)點(diǎn),由圖象可知( ) A.質(zhì)點(diǎn)a的加速度方向一定沿y軸負(fù)方向 B.質(zhì)點(diǎn)a的速度方向一定沿y軸負(fù)方向 C.經(jīng)過(guò)半個(gè)周期,質(zhì)點(diǎn)a的位移一定為負(fù)值 D.經(jīng)過(guò)半個(gè)周期,質(zhì)點(diǎn)a通過(guò)的路程一定為2A E.經(jīng)過(guò)半個(gè)周期,質(zhì)點(diǎn)a的速度方向一定沿y軸正方向 答案 ACD 解析 質(zhì)點(diǎn)a做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),其回復(fù)力指向平衡位置,故其加速度一定沿y軸負(fù)方向,A正確。速度方向與波的傳播方向有關(guān),若波向右傳播,則質(zhì)點(diǎn)a向y軸正方向運(yùn)動(dòng);若波向左傳播,則質(zhì)點(diǎn)a向y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng),B錯(cuò)誤。經(jīng)過(guò)半個(gè)周期,質(zhì)點(diǎn)a到達(dá)x軸下方的對(duì)稱點(diǎn),且通過(guò)的路程一定是2A,故C、D正確。經(jīng)過(guò)半個(gè)周期后,質(zhì)點(diǎn)a到達(dá)x軸下方的對(duì)稱點(diǎn),速度方向與波的傳播方向有關(guān),可能沿y軸正方向,也可能沿y軸負(fù)方向,E錯(cuò)誤。 3.如圖所示,1、2、3、4…是某繩(可認(rèn)為是均勻介質(zhì))上一系列等間距的質(zhì)點(diǎn)。開(kāi)始時(shí)繩處于水平方向,質(zhì)點(diǎn)1在外力作用下沿豎直方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)2、3、4…各個(gè)質(zhì)點(diǎn)依次上下振動(dòng),把振動(dòng)從繩的左端傳到右端。已知 t=0時(shí),質(zhì)點(diǎn)1開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng),經(jīng)過(guò)二分之一周期,質(zhì)點(diǎn)9開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。則在二分之一周期時(shí),下列說(shuō)法正確的是( ) A.質(zhì)點(diǎn)3向上運(yùn)動(dòng) B.質(zhì)點(diǎn)5所受回復(fù)力為零 C.質(zhì)點(diǎn)6的加速度向下 D.質(zhì)點(diǎn)9的振幅為零 答案 A 解析 經(jīng)過(guò)二分之一周期,質(zhì)點(diǎn)9開(kāi)始運(yùn)動(dòng),波形圖如圖所示。此時(shí)質(zhì)點(diǎn)9開(kāi)始向下振動(dòng),其位移為零,但振幅不為零,D錯(cuò)誤;質(zhì)點(diǎn)3向上運(yùn)動(dòng),A正確;質(zhì)點(diǎn)5到達(dá)最低點(diǎn)回復(fù)力向上最大,B錯(cuò)誤;質(zhì)點(diǎn)6在平衡位置以下向下振動(dòng),加速度向上,C錯(cuò)誤。 考點(diǎn)二 波動(dòng)圖象和振動(dòng)圖象的綜合問(wèn)題 (2018河南省高三第二次仿真模擬考試)(多選)如圖甲所示為一列沿x軸傳播的簡(jiǎn)諧橫波在t=0時(shí)刻的波形圖。圖乙表示該波傳播的介質(zhì)中x=2 m處的a質(zhì)點(diǎn)從t=0時(shí)刻起的振動(dòng)圖象。則下列說(shuō)法正確的是( ) A.波傳播的速度為20 m/s B.波沿x軸負(fù)方向傳播 C.t=0.25 s時(shí),質(zhì)點(diǎn)a的位移沿y軸負(fù)方向 D.t=0.25 s時(shí),x=4 m處的質(zhì)點(diǎn)b的加速度沿y軸負(fù)方向 E.從t=0開(kāi)始,經(jīng)0.3 s,質(zhì)點(diǎn)b通過(guò)的路程是6 m 解析 由乙圖知,質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期為T=0.2 s,由甲圖知,波長(zhǎng)λ=4 m,則波速為v== m/s=20 m/s,A正確;由乙圖知,t=0時(shí)刻,質(zhì)點(diǎn)a向下運(yùn)動(dòng),根據(jù)甲圖可知,該波沿x軸正方向傳播,B錯(cuò)誤;由乙圖知,質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期為T=0.2 s,所以質(zhì)點(diǎn)a在t=0.25 s的時(shí)刻的振動(dòng)情況與t=0.05 s時(shí)刻的振動(dòng)情況相同,即處于負(fù)的最大位移處,所以a的位移沿y軸負(fù)方向,C正確;由圖甲可知,a質(zhì)點(diǎn)和b質(zhì)點(diǎn)的平衡位置相距半個(gè)波長(zhǎng),振動(dòng)情況總是相反,所以在振動(dòng)過(guò)程中任意時(shí)刻的位移都相反,所以t=0.25 s時(shí)質(zhì)點(diǎn)b處于正的最大位移處,加速度沿y軸負(fù)方向,D正確;因?yàn)?.3 s=1.5T,則質(zhì)點(diǎn)b通過(guò)的路程s=1.54A=1.540.2 m=1.2 m,E錯(cuò)誤。 答案 ACD 方法感悟 求解波動(dòng)圖象與振動(dòng)圖象綜合類問(wèn)題可采用“一分、一看、二找”的方法 (2018哈爾濱三中二模)(多選)如圖甲為一列簡(jiǎn)諧波在t=2 s時(shí)的波形圖。圖乙為介質(zhì)中平衡位置在x=1.5 m處的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象,P是平衡位置為x=2 m的質(zhì)點(diǎn),下列說(shuō)法正確的是( ) A.波的傳播方向向右 B.波速為0.5 m/s C.0~2 s時(shí)間內(nèi),P運(yùn)動(dòng)的路程為8 cm D.當(dāng)t=7 s時(shí),P恰好回到平衡位置 E.0~2 s時(shí)間內(nèi),P向y軸正方向運(yùn)動(dòng) 答案 BCD 解析 從振動(dòng)圖象中可知在t=2 s時(shí)x=1.5 m處的質(zhì)點(diǎn)沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng),根據(jù)上下坡法可知波向左傳播,A錯(cuò)誤;由圖甲可知該簡(jiǎn)諧橫波波長(zhǎng)為2 m,由圖乙知周期為4 s,則波速為v== m/s=0.5 m/s,B正確;由圖甲可知t=2 s時(shí),質(zhì)點(diǎn)P已經(jīng)在波谷,2 s=T,所以0~2 s時(shí)間內(nèi)即半個(gè)周期內(nèi),P沿y軸從正的最大位移處運(yùn)動(dòng)到了負(fù)的最大位移處,所以路程為2個(gè)振幅,即8 cm,C正確,E錯(cuò)誤;當(dāng)t=7 s時(shí),Δt=5 s=1T,P恰好回到平衡位置,D正確。 考點(diǎn)三 波的多解問(wèn)題 1.造成波動(dòng)問(wèn)題多解的主要因素 (1)周期性 ①時(shí)間周期性:時(shí)間間隔Δt與周期T的關(guān)系不明確。 ②空間周期性:波傳播距離Δx與波長(zhǎng)λ的關(guān)系不明確。 (2)雙向性 ①傳播方向雙向性:波的傳播方向不確定。 ②振動(dòng)方向雙向性:質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向不確定。 如:a.質(zhì)點(diǎn)達(dá)到最大位移處,則有正向和負(fù)向最大位移兩種可能。 b.質(zhì)點(diǎn)由平衡位置開(kāi)始振動(dòng),則起振方向有向上、向下(或向左、向右)兩種可能。 c.只告訴波速不指明波的傳播方向,應(yīng)考慮沿兩個(gè)方向傳播的可能,即沿x軸正方向或沿x軸負(fù)方向傳播。 d.只給出兩時(shí)刻的波形,則有兩時(shí)刻間相同波形重復(fù)出現(xiàn)的可能。 (3)波形的隱含性 在波動(dòng)問(wèn)題中,往往只給出完整波形的一部分,或給出幾個(gè)特殊點(diǎn),而其余信息均處于隱含狀態(tài)。這樣,波形就有多種情況,形成波動(dòng)問(wèn)題的多解性。 2.解決波的多解問(wèn)題的思路 一般采用從特殊到一般的思維方法,即找出一個(gè)周期內(nèi)滿足條件的關(guān)系Δt或Δx,若此關(guān)系為時(shí)間,則t=nT+Δt(n=0,1,2,…);若此關(guān)系為距離,則x=nλ+Δx(n=0,1,2,…)。 一根張緊的水平彈性長(zhǎng)繩上的a、b兩點(diǎn),相距14 m,b點(diǎn)在a點(diǎn)的右方,如圖所示,當(dāng)一列簡(jiǎn)諧橫波沿此長(zhǎng)繩向右傳播時(shí),若a點(diǎn)的位移達(dá)到正向最大時(shí),b點(diǎn)的位移恰好為零,且向下運(yùn)動(dòng),經(jīng)過(guò)1 s后,a點(diǎn)的位移為零,且向下運(yùn)動(dòng),求這簡(jiǎn)諧橫波的波速。 解析 由題知,當(dāng)a點(diǎn)的位移達(dá)到正向最大時(shí),b點(diǎn)的位移恰好為零,且向下運(yùn)動(dòng),分析可得ab之間的水平距離至少為λ,畫出波形圖如圖所示??紤]周期性可以得到xab=λ,n=0,1,2… 根據(jù)題意,經(jīng)過(guò)1 s后,a點(diǎn)的位移為零,且向下運(yùn)動(dòng),則有t=T,k=0,1,2… 則得到波長(zhǎng)λ=,周期T=,故波速 v== m/s(k=0,1,2…;n=0,1,2…)。 答案 m/s(k=0,1,2…;n=0,1,2…) 方法感悟 波的多解問(wèn)題的一般解題步驟 (1)根據(jù)題目和圖象確定傳播距離或兩點(diǎn)間水平距離與波長(zhǎng)的關(guān)系通式,或確定振動(dòng)時(shí)間與周期的關(guān)系通式。 (2)根據(jù)題設(shè)條件判斷是唯一解還是多解。 (3)根據(jù)波速公式v=或v==λf求波速或其他未知量。 (2018武漢華中師大附中模擬)一列簡(jiǎn)諧橫波沿直線傳播,在傳播方向上有P、Q兩個(gè)質(zhì)點(diǎn),它們相距為0.8 m,當(dāng)t=0時(shí),P、Q兩點(diǎn)的位移恰好是正最大值,且P、Q間只有一個(gè)波谷,t=0.6 s末時(shí),P、Q兩點(diǎn)正好都處在平衡位置,且P、Q兩點(diǎn)間只有一個(gè)波峰和一個(gè)波谷,且波峰距Q點(diǎn)的距離為,試求: (1)若波由P傳至Q,波的周期; (2)若波由Q傳至P,波的速度; (3)若波由Q傳至P,從t=0時(shí)開(kāi)始觀察,哪些時(shí)刻P、Q間(P、Q除外)只有一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位移大小等于振幅? 答案 (1) s(n=0,1,2,…) (2)(4n+1) m/s(n=0,1,2,…) (3) s(m=1,2,3,…;n=0,1,2,…) 解析 (1)若波由P傳到Q,由題結(jié)合波形得到,t=T1,得T1== s(n=0,1,2,…)。 (2)若波由Q傳到P,由題結(jié)合波形得到, t=T2,得T2= s。 又由題意可得波長(zhǎng)λ=0.8 m, 則波速v==(4n+1) m/s(n=0,1,2,…)。 (3)從t=0開(kāi)始,波形每隔半個(gè)周期時(shí),P、Q間(P、Q除外)只有一個(gè)波峰或波谷,即只有一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位移大小等于振幅,則t=m= s(m=1,2,3,…;n=0,1,2,…)。 考點(diǎn)四 波的干涉、衍射、多普勒效應(yīng) 1.波的干涉和衍射現(xiàn)象 2.波的干涉現(xiàn)象中加強(qiáng)點(diǎn)、減弱點(diǎn)的判斷方法 (1)公式法 某質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是加強(qiáng)還是減弱,取決于該點(diǎn)到兩相干波源的距離之差Δr。 ①當(dāng)兩波源振動(dòng)步調(diào)一致時(shí):若Δr=nλ(n=0,1,2,…),則振動(dòng)加強(qiáng);若Δr=(2n+1)(n=0,1,2,…),則振動(dòng)減弱。 ②當(dāng)兩波源振動(dòng)步調(diào)相反時(shí):若Δr=(2n+1)(n=0,1,2,…),則振動(dòng)加強(qiáng);若Δr=nλ(n=0,1,2,…),則振動(dòng)減弱。 (2)圖象法 在某時(shí)刻波的干涉的波形圖上,波峰與波峰(或波谷與波谷)的交點(diǎn),一定是加強(qiáng)點(diǎn),而波峰與波谷的交點(diǎn)一定是減弱點(diǎn);各加強(qiáng)點(diǎn)或減弱點(diǎn)各自連接而成以兩波源為中心向外輻射的連線,稱為加強(qiáng)線和減弱線,兩種線互相間隔,加強(qiáng)點(diǎn)與減弱點(diǎn)之間各質(zhì)點(diǎn)的振幅介于加強(qiáng)點(diǎn)與減弱點(diǎn)的振幅之間。 3.多普勒效應(yīng) (1)現(xiàn)象:觀察者感到頻率發(fā)生變化。 (2)條件:聲源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 (3)實(shí)質(zhì):聲源頻率不變,觀察者接收到的頻率變化。 (4)成因分析 ①接收頻率:觀察者接收到的頻率等于觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù),當(dāng)波以速度v通過(guò)觀察者時(shí),時(shí)間t內(nèi)通過(guò)的完全波的個(gè)數(shù)為N=。 ②當(dāng)波源與觀察者相互靠近時(shí),觀察者接收到的頻率變大;當(dāng)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí),觀察者接收到的頻率變小。 1.關(guān)于波的疊加和干涉,下列說(shuō)法中正確的是( ) A.兩列頻率不相同的波相遇時(shí),因?yàn)闆](méi)有穩(wěn)定的干涉圖樣,所以波沒(méi)有疊加 B.兩列頻率相同的波相遇時(shí),振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)只是波峰與波峰相遇的點(diǎn) C.兩列頻率相同的波相遇時(shí),介質(zhì)中振動(dòng)加強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)在某時(shí)刻的位移可能是零 D.兩列頻率相同的波相遇時(shí),振動(dòng)加強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)的位移總是比振動(dòng)減弱的質(zhì)點(diǎn)的位移大 答案 C 解析 兩列波相遇,都會(huì)發(fā)生疊加現(xiàn)象,每一質(zhì)點(diǎn)的位移等于兩列波分別引起的位移的矢量和,頻率不相同只是不能形成穩(wěn)定的干涉圖樣,A錯(cuò)誤;振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)的振幅最大,但依然在平衡位置附近往復(fù)運(yùn)動(dòng),可在波峰,也可在波谷,也可能在平衡位置,B錯(cuò)誤,C正確;在疊加區(qū)域,振動(dòng)加強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)的位移不一定比振動(dòng)減弱的質(zhì)點(diǎn)的位移大,D錯(cuò)誤。 2.(多選)如圖所示,S是振源,M、N是擋板,其中N固定,M可以上下移動(dòng),為了使原來(lái)不振動(dòng)的A點(diǎn)振動(dòng)起來(lái),可采用的辦法是( ) A.增大S的振動(dòng)頻率 B.減小S的振動(dòng)頻率 C.M下移 D.M上移 答案 BC 解析 要使A振動(dòng)起來(lái),則S振動(dòng)產(chǎn)生的波必須經(jīng)窄縫發(fā)生明顯衍射,原來(lái)A未振動(dòng),說(shuō)明窄縫的寬度太大,所以應(yīng)使窄縫的寬度減小,C正確,D錯(cuò)誤;當(dāng)然A未振動(dòng)的另一個(gè)原因是波長(zhǎng)太小,在傳播速度一定的前提下,要增大波長(zhǎng)則必須減小S的振動(dòng)頻率,B正確,A錯(cuò)誤。 3.(2018衡水模擬)(多選)如圖甲所示,在水平面內(nèi),有三個(gè)質(zhì)點(diǎn)a、b、c分別位于直角三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上,已知ab=6 m,ac=8 m。在t1=0時(shí)刻a、b同時(shí)開(kāi)始振動(dòng),振動(dòng)圖象均如圖乙所示,所形成的機(jī)械波在水平面內(nèi)傳播,在t2=4 s時(shí)c點(diǎn)開(kāi)始振動(dòng),則( ) A.該機(jī)械波的傳播速度大小為2 m/s B.該列波的波長(zhǎng)是2 m C.兩列波相遇后,c點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng) D.兩列波相遇后,c點(diǎn)振動(dòng)減弱 E.兩列波相遇后,c點(diǎn)振動(dòng)先加強(qiáng)后減弱 答案 ABC 解析 a點(diǎn)振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械波最先到達(dá)c點(diǎn),則根據(jù)關(guān)系式v=可知,波速v==2 m/s,A正確;由于v=,則λ=vT=2 m/s1 s=2 m,B正確;a波比b波早到達(dá)c點(diǎn)的時(shí)間t=-==1 s=T,即兩列波到達(dá)c點(diǎn)時(shí),使c點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng),產(chǎn)生共振,由于兩列機(jī)械波頻率相同,相干涉,故c點(diǎn)總是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn),C正確,D、E錯(cuò)誤。 4.[教材母題] (人教版選修3-4 P39T2)火車上有一個(gè)聲源發(fā)出頻率一定的樂(lè)音。當(dāng)火車靜止、觀察者也靜止時(shí),觀察者聽(tīng)到并記住了這個(gè)樂(lè)音的音調(diào)。以下情況中,觀察者聽(tīng)到這個(gè)樂(lè)音的音調(diào)比原來(lái)降低的是( ) A.觀察者靜止,火車向他駛來(lái) B.觀察者靜止,火車離他駛?cè)? C.火車靜止,觀察者乘汽車向著火車運(yùn)動(dòng) D.火車靜止,觀察者乘汽車遠(yuǎn)離火車運(yùn)動(dòng) [變式子題] (多選)當(dāng)人聽(tīng)到的聲音頻率越來(lái)越低時(shí),可能是因?yàn)? ) A.聲源和人都是靜止的,但聲源振動(dòng)的頻率越來(lái)越低 B.人靜止,聲源遠(yuǎn)離人做勻速直線運(yùn)動(dòng),且聲源振動(dòng)的頻率不變 C.人靜止,聲源遠(yuǎn)離人做勻加速直線運(yùn)動(dòng),且聲源振動(dòng)的頻率不變 D.聲源靜止,人遠(yuǎn)離聲源做勻加速直線運(yùn)動(dòng),且聲源振動(dòng)的頻率不變 答案 ACD 解析 B項(xiàng)中人聽(tīng)到的頻率低于聲源頻率且不變,故B錯(cuò)誤;發(fā)生多普勒效應(yīng),即兩者加速遠(yuǎn)離時(shí)聽(tīng)到的頻率越來(lái)越低,當(dāng)兩者都靜止時(shí),不發(fā)生多普勒效應(yīng),但聲源頻率越來(lái)越低時(shí),聽(tīng)到的頻率也越來(lái)越低,故選A、C、D。 課后作業(yè) [鞏固強(qiáng)化練] 1.(多選)如圖a所示為一列簡(jiǎn)諧橫波在t=0.10 s時(shí)刻的波形圖,P是平衡位置在x=1.0 m處的質(zhì)點(diǎn),Q是平衡位置在x=4.0 m處的質(zhì)點(diǎn);圖b為質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)圖象。下列說(shuō)法正確的是( ) A.在t=0.10 s時(shí),質(zhì)點(diǎn)Q向y軸正方向運(yùn)動(dòng) B.在t=0.25 s時(shí),質(zhì)點(diǎn)P的加速度方向與y軸正方向相同 C.從t=0.10 s到t=0.25 s,該波沿x軸負(fù)方向傳播了6 m D.從t=0.10 s到t=0.25 s,質(zhì)點(diǎn)P通過(guò)的路程為30 cm E.質(zhì)點(diǎn)Q簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式為y=0.10sin10πt(m) 答案 BCE 解析 由圖a得λ=8 m,由圖b得T=0.2 s,所以v==40 m/s。由圖b知,在t=0.10 s時(shí),質(zhì)點(diǎn)Q通過(guò)平衡位置向y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng),A錯(cuò)誤;結(jié)合圖a,由“同側(cè)法”判得波沿x軸負(fù)方向傳播,畫出t=0.25 s時(shí)的波形圖,如圖所示,標(biāo)出P、Q點(diǎn),此時(shí)P點(diǎn)在x軸下方,其加速度向上,B正確;Δt=0.25 s-0.10 s=0.15 s=T,Δx=vΔt=6 m,C正確;t=0.10 s時(shí),P點(diǎn)位置不在平衡位置或最大位移處,所以經(jīng)過(guò)Δt=T質(zhì)點(diǎn)通過(guò)的路程不等于3A(即30 cm),故D錯(cuò)誤;由圖b知A=0.10 m,ω==10π rad/s,所以Q點(diǎn)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)表達(dá)式為y=0.10sin10πt(m),E正確。 2.(多選)一列自右向左傳播的簡(jiǎn)諧橫波,在t=0時(shí)刻的波形圖如圖所示,此時(shí)坐標(biāo)為(1,0)的質(zhì)點(diǎn)剛好開(kāi)始運(yùn)動(dòng),在t=0.3 s時(shí)刻,質(zhì)點(diǎn)P在t=0時(shí)刻后首次到達(dá)波峰位置,質(zhì)點(diǎn)Q的坐標(biāo)是(-3,0),則下列說(shuō)法正確的是( ) A.在t=0時(shí)刻,質(zhì)點(diǎn)P的速度方向沿y軸負(fù)方向 B.這列波的傳播速度為 m/s C.在0~0.3 s時(shí)間內(nèi),質(zhì)點(diǎn)A運(yùn)動(dòng)的路程為0.03 m D.在t=0.5 s時(shí)刻,質(zhì)點(diǎn)Q首次到達(dá)波峰位置 E.這列波的波源起振方向沿y軸正方向 答案 ADE 解析 根據(jù)t=0時(shí)刻的波形圖,可知波長(zhǎng)λ=4 cm,波向左傳播,根據(jù)同側(cè)法可知在t=0時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)P沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng),故質(zhì)點(diǎn)P的速度方向沿y軸負(fù)方向,A正確;在t=0.3 s時(shí),質(zhì)點(diǎn)P在t=0時(shí)刻后首次到達(dá)波峰位置,說(shuō)明0.3 s=T,即波動(dòng)周期T=0.4 s,這列波的傳播速度為v==10 cm/s=0.1 m/s,B錯(cuò)誤;在0~0.3 s時(shí)間內(nèi),即T時(shí)間內(nèi),質(zhì)點(diǎn)A運(yùn)動(dòng)的路程為3個(gè)振幅,即38 cm=24 cm=0.24 m,C錯(cuò)誤;t=0時(shí)刻坐標(biāo)為(1,0)的質(zhì)點(diǎn)剛好開(kāi)始運(yùn)動(dòng),由“上下坡”法可知該點(diǎn)的起振方向沿y軸正方向,所以這列波的波源起振方向沿y軸正方向,E正確;在t=0.5 s時(shí),波沿x軸負(fù)方向傳播了Δx=vt=0.10.5 m=5 cm,知t=0.4 s時(shí)波傳播到Q,質(zhì)點(diǎn)Q開(kāi)始向上起振,t=0.5 s時(shí)質(zhì)點(diǎn)Q首次到達(dá)波峰位置,D正確。 3.(多選)如圖所示,一簡(jiǎn)諧橫波在某區(qū)域沿x軸傳播,實(shí)線a為t=0時(shí)刻的波形圖線,虛線b為t=Δt時(shí)刻的波形圖線,已知該簡(jiǎn)諧橫波波源振動(dòng)的頻率f=2.5 Hz,虛線b與x軸交點(diǎn)P的坐標(biāo)xP=1 m。則下列說(shuō)法正確的是( ) A.這列波的傳播速度大小一定為20 m/s B.這列波一定沿x軸正向傳播 C.可能有Δt=1.25 s D.可能有Δt=1.45 s E.若該列波遇到寬度為6 m的障礙物能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 答案 ACE 解析 由橫波的圖象可知λ=8 m,則v=λf=82.5 m/s=20 m/s, A正確。波可能沿x軸正向或x軸負(fù)向傳播,B錯(cuò)誤。若波沿x軸正向傳播,則距離1 m=λ,故Δt=+nT(n=0,1,2,…),即Δt=0.05+0.4n,當(dāng)n=3時(shí),Δt=1.25 s;若波沿x軸負(fù)向傳播,則距離7 m=λ,故Δt=+mT(m=0,1,2,…),即Δt=0.35+0.4m,Δt=0.35 s、0.75 s、1.15 s、1.55 s、1.95 s,C正確,D錯(cuò)誤。障礙物寬度d=6 m,比波長(zhǎng)8 m小,能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象,E正確。 [真題模擬練] 4.(2018全國(guó)卷Ⅲ)(多選)一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳播,在t=0和t=0.20 s時(shí)的波形分別如圖中實(shí)線和虛線所示。已知該波的周期T>0.20 s。下列說(shuō)法正確的是( ) A.波速為0.40 m/s B.波長(zhǎng)為0.08 m C.x=0.08 m的質(zhì)點(diǎn)在t=0.70 s時(shí)位于波谷 D.x=0.08 m的質(zhì)點(diǎn)在t=0.12 s時(shí)位于波谷 E.若此波傳入另一介質(zhì)中其波速變?yōu)?.80 m/s,則它在該介質(zhì)中的波長(zhǎng)為0.32 m 答案 ACE 解析 根據(jù)波形圖可知,波長(zhǎng)λ=16 cm=0.16 m,B錯(cuò)誤;根據(jù)t=0時(shí)刻和t=0.20 s時(shí)刻的波形圖可知T=0.2 s,T= s,n=0,1,2,3,…,而已知該波的周期T>0.20 s,故該波的周期T=0.40 s,波速v==0.40 m/s,A正確;簡(jiǎn)諧波沿x軸正方向傳播,x=0.08 m的質(zhì)點(diǎn)在t=0時(shí)刻沿y軸正方向運(yùn)動(dòng),在 t=0.70 s=1T時(shí)位于波谷,在t=0.12 s=T時(shí)位于y>0的某位置(不是位于波谷),C正確,D錯(cuò)誤;若此波傳入另一介質(zhì)中,周期T不變,其波速變?yōu)関=0.80 m/s,由λ=vT可得它在該介質(zhì)中的波長(zhǎng)為λ=0.800.4 m=0.32 m,E正確。 5.(2018北京高考)如圖所示,一列簡(jiǎn)諧橫波向右傳播,P、Q兩質(zhì)點(diǎn)平衡位置相距0.15 m。當(dāng)P運(yùn)動(dòng)到上方最大位移處時(shí),Q剛好運(yùn)動(dòng)到下方最大位移處,則這列波的波長(zhǎng)可能是( ) A.0.60 m B.0.30 m C.0.20 m D.0.15 m 答案 B 解析 可以畫出PQ之間的最簡(jiǎn)單的波形,如圖所示,同時(shí)由于PQ之間可以含有多個(gè)完整的波形,則xPQ=λ(n=0,1,2,…)整理可以得到λ=(n=0,1,2,…),當(dāng)n=0時(shí),λ=0.3 m,當(dāng)n=1時(shí),λ=0.1 m,故B正確,A、C、D錯(cuò)誤。 6.(2017全國(guó)卷Ⅲ)(多選)如圖,一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳播,實(shí)線為t=0時(shí)的波形圖,虛線為t=0.5 s時(shí)的波形圖。已知該簡(jiǎn)諧波的周期大于0.5 s。關(guān)于該簡(jiǎn)諧波,下列說(shuō)法正確的是( ) A.波長(zhǎng)為2 m B.波速為6 m/s C.頻率為1.5 Hz D.t=1 s時(shí),x=1 m處的質(zhì)點(diǎn)處于波峰 E.t=2 s時(shí),x=2 m處的質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)平衡位置 答案 BCE 解析 由簡(jiǎn)諧橫波的波動(dòng)圖象可知,波長(zhǎng)為4 m,A錯(cuò)誤。t=0.5 s時(shí)波向x軸正方向傳播的距離為x=λ(n=0,1,2,3…),即t=T=0.5 s(n=0,1,2,3…),解得T= s,又T>0.5 s,故n=0,T= s,則波速v==6 m/s,B正確。頻率f==1.5 Hz,C正確。t=0時(shí)x=1 m處的質(zhì)點(diǎn)處于波峰,因t=1 s時(shí)n===1.5,則t=1 s時(shí)x=1 m處的質(zhì)點(diǎn)處于波谷,D錯(cuò)誤。t=0時(shí)x=2 m處的質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)平衡位置向上振動(dòng),因t=2 s時(shí)n===3,則此時(shí)x=2 m處的質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)平衡位置向上振動(dòng),E正確。 7.(2016全國(guó)卷Ⅰ)(多選)某同學(xué)漂浮在海面上,雖然水面波正平穩(wěn)地以1.8 m/s的速率向著海灘傳播,但他并不向海灘靠近。該同學(xué)發(fā)現(xiàn)從第1個(gè)波峰到第10個(gè)波峰通過(guò)身下的時(shí)間間隔為15 s。下列說(shuō)法正確的是( ) A.水面波是一種機(jī)械波 B.該水面波的頻率為6 Hz C.該水面波的波長(zhǎng)為3 m D.水面波沒(méi)有將該同學(xué)推向岸邊,是因?yàn)椴▊鞑r(shí)能量不會(huì)傳遞出去 E.水面波沒(méi)有將該同學(xué)推向岸邊,是因?yàn)椴▊鞑r(shí)振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)并不隨波遷移 答案 ACE 解析 水面波是一種機(jī)械波,傳播過(guò)程中各質(zhì)點(diǎn)只在平衡位置上下往復(fù)運(yùn)動(dòng),不隨波的傳播而遷移,因此水面波不會(huì)將該同學(xué)推向岸邊,故D錯(cuò)誤,A、E正確。由題意可知該波的周期T= s= s,頻率f==0.6 Hz,波長(zhǎng)λ=vT=1.8 m=3 m,故B錯(cuò)誤,C正確。 8.(2016全國(guó)卷Ⅲ)(多選)由波源S形成的簡(jiǎn)諧橫波在均勻介質(zhì)中向左、右傳播。波源振動(dòng)的頻率為20 Hz,波速為16 m/s。已知介質(zhì)中P、Q兩質(zhì)點(diǎn)位于波源S的兩側(cè),且P、Q和S的平衡位置在一條直線上,P、Q的平衡位置到S的平衡位置之間的距離分別為15.8 m、14.6 m。P、Q開(kāi)始振動(dòng)后,下列判斷正確的是( ) A.P、Q兩質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的方向始終相同 B.P、Q兩質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的方向始終相反 C.當(dāng)S恰好通過(guò)平衡位置時(shí),P、Q兩點(diǎn)也正好通過(guò)平衡位置 D.當(dāng)S恰好通過(guò)平衡位置向上運(yùn)動(dòng)時(shí),P在波峰 E.當(dāng)S恰好通過(guò)平衡位置向下運(yùn)動(dòng)時(shí),Q在波峰 答案 BDE 解析 由波速公式v=λf得λ==0.8 m,LSP=λ=19λ,LSQ=λ=18λ,由波動(dòng)的周期性,采用“去整留零”的方法,可在波形圖上標(biāo)出S、P、Q三點(diǎn)的位置,如圖所示,由圖可知,P、Q兩點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向始終相反,A項(xiàng)錯(cuò)誤,B項(xiàng)正確;S在平衡位置時(shí),P、Q一個(gè)在波峰,一個(gè)在波谷,C項(xiàng)錯(cuò)誤;當(dāng)S恰通過(guò)平衡位置向上運(yùn)動(dòng)時(shí),P在波峰,Q在波谷,反之則相反,故D、E兩項(xiàng)正確。 9.(2018全國(guó)卷Ⅱ)聲波在空氣中的傳播速度為340 m/s,在鋼鐵中的傳播速度為4900 m/s。一平直橋由鋼鐵制成,某同學(xué)用錘子敲擊一鐵橋的一端而發(fā)出聲音,分別經(jīng)空氣和橋傳到另一端的時(shí)間之差為1.00 s。橋的長(zhǎng)度為_(kāi)_______ m,若該波在空氣中的波長(zhǎng)為λ,則它在鋼鐵中波長(zhǎng)為λ的________倍。 答案 365 解析 設(shè)橋的長(zhǎng)度為s,則聲音在鋼鐵中傳播的時(shí)間 t==, 聲音在空氣中的傳播時(shí)間為t′==, 根據(jù)題意Δt=t′-t=-=1 s, 解得:s=365 m。 聲音在不同介質(zhì)中的頻率是不會(huì)改變的,由公式可知 λ=,λ鋼=,解得λ鋼=λ=λ=λ。 10.(2017全國(guó)卷Ⅰ)如圖a,在xy平面內(nèi)有兩個(gè)沿z方向做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的點(diǎn)波源S1(0,4)和S2(0,-2)。兩波源的振動(dòng)圖線分別如圖b和圖c所示。兩列波的波速均為1.00 m/s。兩列波從波源傳播到點(diǎn)A(8,-2)的路程差為_(kāi)_______ m,兩列波引起的點(diǎn)B(4,1)處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)相互________(填“加強(qiáng)”或“減弱”),點(diǎn)C(0,0.5)處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)相互________(填“加強(qiáng)”或“減弱”)。 答案 2 減弱 加強(qiáng) 解析 波長(zhǎng)λ=vT=2 m,兩列波的波長(zhǎng)相等。 兩波源到A點(diǎn)的路程差Δx= m-8 m=2 m。 兩波源到B點(diǎn)的路程差Δx′= m- m=0,初相相差π,B點(diǎn)為振動(dòng)減弱點(diǎn)。 兩波源到C點(diǎn)的路程差Δx″=3.5 m-2.5 m=1 m=,初相相差π,C點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)。 11.(2018全國(guó)卷Ⅰ)一列簡(jiǎn)諧橫波在t= s時(shí)的波形圖如圖a所示,P、Q是介質(zhì)中的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)。圖b是質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)圖象。求: (1)波速及波的傳播方向; (2)質(zhì)點(diǎn)Q的平衡位置的x坐標(biāo)。 答案 (1)18 cm/s 波沿x軸負(fù)方向傳播 (2)9 cm 解析 (1)由圖a可以看出,該波的波長(zhǎng)為λ=36 cm① 由圖b可以看出,周期為T=2 s② 波速為v==18 cm/s③ 由圖b知,當(dāng)t= s時(shí),Q點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng),結(jié)合圖a可得,波沿x軸負(fù)方向傳播。 (2)設(shè)質(zhì)點(diǎn)P、Q平衡位置的x坐標(biāo)分別為xP、xQ。 由圖a知,x=0處y=-=Asin(-30), 因此xP=λ=3 cm④ 由圖b知,在t=0時(shí)Q點(diǎn)處于平衡位置,經(jīng)Δt= s,其振動(dòng)狀態(tài)向x軸負(fù)方向傳播至P點(diǎn)處, 由此及③式有xQ-xP=vΔt=6 cm⑤ 由④⑤式得,質(zhì)點(diǎn)Q的平衡位置的x坐標(biāo)為 xQ=9 cm。 12.(2018江蘇高考)一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳播,在x=0和x=0.6 m處的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)A、B的振動(dòng)圖象如圖所示。已知該波的波長(zhǎng)大于0.6 m,求其波速和波長(zhǎng)。 答案 v=2 m/s λ=0.8 m 解析 由圖象可知,周期T=0.4 s, 由圖象可知,波從A到B的傳播時(shí)間Δt=T(n=0,1,2…) 波速v==, 波長(zhǎng)λ=vT== m, 由于λ>0.6 m,故n=0,代入數(shù)據(jù)得λ=0.8 m,v=2 m/s。 13.(2016全國(guó)卷Ⅱ)一列簡(jiǎn)諧橫波在介質(zhì)中沿x軸正向傳播,波長(zhǎng)不小于10 cm。O和A是介質(zhì)中平衡位置分別位于x=0和x=5 cm處的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)。t=0時(shí)開(kāi)始觀測(cè),此時(shí)質(zhì)點(diǎn)O的位移為y=4 cm,質(zhì)點(diǎn)A處于波峰位置;t= s時(shí),質(zhì)點(diǎn)O第一次回到平衡位置,t=1 s時(shí),質(zhì)點(diǎn)A第一次回到平衡位置。求: (1)簡(jiǎn)諧波的周期、波速和波長(zhǎng); (2)質(zhì)點(diǎn)O的位移隨時(shí)間變化的關(guān)系式。 答案 (1)4 s 7.5 cm/s 30 cm (2)y=0.08cos m 解析 (1)設(shè)振動(dòng)周期為T。由于質(zhì)點(diǎn)A在0到1 s內(nèi)由最大位移處第一次回到平衡位置,經(jīng)歷的是個(gè)周期,由此可知 T=4 s① 由于質(zhì)點(diǎn)O與A的距離5 cm小于半個(gè)波長(zhǎng),且波沿x軸正向傳播,O在t= s時(shí)回到平衡位置,而A在t=1 s時(shí)回到平衡位置,時(shí)間相差 s。 波的速度為v= cm/s=7.5 cm/s② 利用波長(zhǎng)、波速和周期的關(guān)系得,簡(jiǎn)諧波的波長(zhǎng) λ=vT=7.54 cm=30 cm③ (2)設(shè)質(zhì)點(diǎn)O的位移隨時(shí)間變化的關(guān)系式為 y=Acos④ 將①式及題給條件代入上式得⑤ 解得φ0=,A=8 cm⑥ 質(zhì)點(diǎn)O的位移隨時(shí)間變化的關(guān)系式為 y=0.08cos m⑦ 。- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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- 2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第15章 第65講 機(jī)械波學(xué)案含解析選修3-4 2020 年高 物理 一輪 復(fù)習(xí) 15 65 機(jī)械波 解析 選修
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