高考物理總復習 2機械波課件 新人教版選修3-4.ppt
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,,第2單元 機械波,一、機械波 1.機械波 機械振動在介質(zhì)中的傳播形成機械波.簡諧振動在介質(zhì)中的傳播叫簡諧波. 2.振動傳播的原因 介質(zhì)可以看成是由大量質(zhì)點構(gòu)成的物質(zhì),相鄰質(zhì)點間都有相互作用力.當介質(zhì)中的某一點發(fā)生振動時,就會帶動它周圍的質(zhì)點振動起來,形成機械波.,3.產(chǎn)生條件 ①振源(波源);②介質(zhì). 【名師點撥】 機械波必須在介質(zhì)中才能傳播,在真空中機械波是無法傳播的,而光波、電磁波的傳播不需要介質(zhì).這是機械波與電磁波的本質(zhì)區(qū)別. 4.特征 (1)機械波傳播的是振動的形式,質(zhì)點本身并不“隨波逐流”,介質(zhì)中各質(zhì)點在其平衡位置兩側(cè)做往復振動.,【例1】 在平靜的水面上,投入一石塊,激起頻率為5 Hz的水波,已知水波的波長為10 cm(設(shè)水波為理想橫波),經(jīng)3 s后,水波能將浮在水平面上的落葉在水面上推動的距離是( ) A.1.5 m B.0.6 m C.0.3 m D.0 【答案】 D,(2)波是傳播能量的一種方式: 機械波是以振動形式向外傳播,質(zhì)點獲得能量,這個能量是由波源傳來的,所以,波是能量傳遞的一種形式,波相當于載體,這一點在機械波的傳播中特別重要. 5.波的分類 按質(zhì)點的振動的方向和波的傳播方向間的關(guān)系,可分為橫波和縱波. (1)橫波: 質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向垂直的波稱為橫波.橫波有波峰和波谷.,(2)縱波: 質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在同一直線上.質(zhì)點分布密的部分叫密部,分布疏的部分叫疏部.,【例2】 某地區(qū)地震波中的橫波和縱波傳播速率分別約為4 km/s和9 km/s,一種簡易地震儀由豎直彈簧振子P和水平彈簧振子H組成(如圖所示),在一次地震中,震源在地震儀下方,觀察到兩振子相差5 s開始振動,則( ),A.P先開始振動,震源距地震儀約36 km B.P先開始振動,震源距地震儀約25 km C.H先開始振動,震源距地震儀約36 km D.H先開始振動,震源距地震儀約25 km,,【答案】 A 【學法指導】 本題考查縱橫波的理解,質(zhì)點概念的應(yīng)用.因為儀器本身與震源和地震儀距離相比較,可以看做點.,6.描述波動的幾個物理量 (1)波長λ: 定義1:兩個相鄰的在振動過程中對平衡位置的位移總是相等的質(zhì)點間的距離叫波長. 定義2:振動在一個周期內(nèi)所傳播的距離叫一個波長. 定義3:兩個相鄰的同相質(zhì)點間的距離.,【例3】 (2012·浙江)用手握住較長軟繩的一端連續(xù)上下抖動,形成一列簡諧橫波,某一時刻的波形如圖所示,繩上a、b兩質(zhì)點均處于波峰位置.下列說法正確的是( ) A.a(chǎn)、b兩點之間的距離為半個波長 B.a(chǎn)、b兩點振動開始時刻相差半個周期 C.b點完成全振動次數(shù)比a點多一次 D.b點完成全振動次數(shù)比a點少一次,【解析】 a、b兩點之間的距離為一個波長,故A項錯誤;根據(jù)簡諧橫波傳播過程中,振動在一個周期內(nèi)傳播一個波長的距離,可知a、b兩點振動開始時刻相差一個周期,故B項錯誤;簡諧橫波向右傳播,b點完成全振動次數(shù)比a點少一次,故C項錯誤,D項正確. 【答案】 D,(2)波速v: 波速由介質(zhì)決定,介質(zhì)不變,波速不變,介質(zhì)變化,波速變化,一般規(guī)律是v固>v液>v氣.簡諧波的波速是波整體波形的傳播速度,不是介質(zhì)中振動質(zhì)點的簡諧振動速度.波在同一種均勻介質(zhì)中傳播是勻速的,而質(zhì)點做變速運動. (3)頻率f: 機械波的頻率由波源的振動頻率決定,與介質(zhì)、波速、波長無關(guān).即同一列波在不同介質(zhì)中傳播時,f不變,不能通過提高波速來提高頻率. (4)關(guān)系v=λ·f,波長既與v有關(guān),又與f有關(guān),并由v、f共同決定.,【例4】 下列關(guān)于簡諧振動和簡諧機械波的說法正確的是( ) A.彈簧振子的周期與振幅有關(guān) B.橫波在介質(zhì)中的傳播速度由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定 C.在波傳播方向上的某個質(zhì)點的振動速度就是波的傳播速度 D.單位時間內(nèi)經(jīng)過媒質(zhì)中一點的完全波的個數(shù)就是這列簡諧波的頻率,【解析】 簡諧振動具有等時性,則可知彈簧振子的周期與振幅無關(guān).故A項錯誤;橫波在介質(zhì)中的傳播速度由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定,與頻率無關(guān),故B項正確;在波傳播方向上的某個質(zhì)點做簡諧運動,速度是周期性變化的,而在同一均勻介質(zhì)傳播的波,傳播過程中速度不變,故C項錯誤;波在一個周期內(nèi)傳播的距離等于一個波長,即傳播一個完全波,則單位時間內(nèi)經(jīng)過媒質(zhì)中一點的完全波的個數(shù)就是這列簡諧波的頻率,故D項正確. 【答案】 BD,二、波的衍射 1.波的衍射 波在傳播過程中能繞過障礙物或小孔,繼續(xù)向前傳播的現(xiàn)象,叫波的衍射. 2.發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件 障礙物或小孔的尺寸比波長小,或者跟波長相差不多.,【例5】 如圖所示是觀察水面波衍射的實驗裝置,AC和BD是兩塊擋板,AB是一個孔,O是波源,圖中已畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況,每兩條相鄰波紋(圖中曲線)之間距離表示一個波長,則波經(jīng)過孔之后的傳播情況,下列描述正確的是( ),A.此時能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象 B.擋板前后波紋間距離相等 C.如果將孔AB擴大,有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象 D.如果孔的大小不變,使波源頻率增大,能更明顯觀察到衍射現(xiàn)象 【解析】 本題重點考查了機械波產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件,即小孔或障礙物的尺寸同波長差不多相等或小于波長時,才能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象.由圖可見兩波紋間距λ與AB孔的大小接近,所以水波通過AB孔會發(fā)生明顯的衍射.,由于衍射后水波的頻率不變,波速不變,因此水波的波長也不變,A、B選項正確.AB孔擴大后若破壞了明顯衍射的條件時就不會看到明顯的衍射現(xiàn)象,故C選項正確,D選項錯誤.此題重在理解:障礙物尺寸和波長的相對大小關(guān)系,并以此作為判斷明顯衍射的條件. 【答案】 ABC,【學法指導】 產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象條件屬模糊說法,不太明確,“障礙物或小孔的尺寸比波長小”還比較易于把握及應(yīng)用,但是“差不多”,這一條件不好把握.本題展示的小孔的尺寸為波長的2-3倍(根據(jù)高考題目測量的結(jié)果).此種情況仍可稱為“差不多”,可以產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象.,三、波的干涉 1.波的獨立傳播原理 幾列波相遇時,互不干擾,仍保持原有的波形,繼續(xù)向前傳播,這就是波的獨立傳播性原理.“各自保持原有的波形”指:保持原有的波速、頻率、波長、振動方向等不變.,【例6】 如右圖所示,為在一條繩的兩端相向傳播的兩列波,在它們相遇直到穿過的過程中可能出現(xiàn)下圖所示的哪種波形(波長、振幅均相同)( ),【答案】 B,2.波的疊加原理 以兩列波為例,在兩列波重疊的區(qū)域里,任何一個質(zhì)點的總位移都等于兩列波分別引起的位移的矢量和. 3.波的干涉 (1)條件:頻率相同的兩列同性質(zhì)的波相遇. (2)現(xiàn)象:某些地方的振動加強,某些地方的振動減弱,并且加強和減弱的區(qū)域間隔出現(xiàn),加強的地方始終加強,減弱的地方始終減弱,形成的圖樣是穩(wěn)定的干涉圖樣.,【例7】 (2010·上海)利用發(fā)波水槽得到的水面波形如圖a、b所示,則( ),A.圖a、b均顯示了波的干涉現(xiàn)象 B.圖a、b均顯示了波的衍射現(xiàn)象 C.圖a顯示了波的干涉現(xiàn)象,圖b顯示了波的衍射現(xiàn)象 D.圖a顯示了波的衍射現(xiàn)象,圖b顯示了波的干涉現(xiàn)象 【解析】 波繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象就是波的衍射現(xiàn)象,故圖a說明發(fā)生了明顯的衍射現(xiàn)象;頻率相同的兩列波相遇,當波程差為波長的整數(shù)倍時,振動加強,當波程差為半個波長的奇數(shù)倍時,振動減弱,使有的地方振動加強有的地方振動減弱,且加強和減弱的區(qū)域交替出現(xiàn),故圖b是發(fā)生了干涉現(xiàn)象,故D項正確. 【答案】 D,四、多譜勒效應(yīng) 1.定義 由于波源和觀察者之間有相對運動,使觀察者感到頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象. 2.實質(zhì) 波源的頻率沒有變化,而觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化.,3.相對運動與頻率的關(guān)系 (1)波源與觀察者相對靜止: 觀察者接收到的頻率等于波源的頻率. (2)波源與觀察者相互接近: 觀察者接收到的頻率增大. (3)波源與觀察者相互遠離: 觀察者接收到的頻率減?。?【例8】 有一種用細繩操縱沿圓周飛行的模型飛機,裝有內(nèi)燃發(fā)動機作為動力,下列說法中正確的是( ) A.站在中心的操縱者聽到發(fā)動機工作時發(fā)出的聲音的音調(diào)忽高忽低地做周期性變化 B.站在中心的操縱者聽到發(fā)動機工作時發(fā)出的聲音的音調(diào)是不變的 C.站在場邊的觀察者聽到發(fā)動機工作時發(fā)出的聲音的音調(diào)忽高忽低地做周期性變化 D.站在場邊的觀察者聽到發(fā)動機工作時發(fā)出的聲音的音調(diào)是不變的,【解析】 “發(fā)動機”做圓周運動,相對操縱者距離不變,故B項正確,A項錯.“發(fā)動機”做圓周運動,離觀察者的距離是周期性變化的,因此C項正確,D項錯. 【答案】 BC,五、次聲波和超聲波 1.聲波 (1)聲波是縱波. (2)人耳聽到聲波的頻率范圍:20 Hz—20 000 Hz. (3)能夠把回聲和原聲區(qū)分開來的最小時間間隔為0.1 s. (4)聲波亦能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射等現(xiàn)象,聲波的共振稱為聲波的共鳴.,小資料 鳴沙洲 聲音的共鳴會在沙丘引起“鳴沙”.沙粒從沙丘上傾瀉下來.沙層間摩擦產(chǎn)生的聲音頻率同沙丘里的固有頻率相同,引起沙丘共鳴.寧夏黃河邊的鳴沙洲就因那里的沙丘會發(fā)出各種奇異聲音而得名. 2.次聲波 頻率低于20 Hz的聲波. 3.超聲波 頻率高于20 000 Hz的聲波,應(yīng)用:聲吶、探傷、打碎、診斷等.,【例9】 如圖所示圖A是在高速公路上用超聲波測速儀測量車速的示意圖,測速儀發(fā)出并接收超聲波脈沖信號,根據(jù)發(fā)出和接收到的信號間的時間差,測出被測物體的速度.圖B中P1、P2是測速儀發(fā)出的超聲波信號,n1、n2分別是P1、P2由汽車反射回來的信號.,設(shè)測速儀勻速掃描,P1、P2之間的時間間隔Δt=1.0 s,超聲波在空氣中傳播的速度是v=340 m/s,若汽車是勻速行駛的,則根據(jù)圖B可知,汽車在接收到P1、P2兩個信號之間的時間內(nèi)前進的距離是________m,汽車的速度是________m/s.,【答案】 17 17.0,對振動加強和振動減弱的理解 1.從矢量合成角度理解 振動加強或振動減弱應(yīng)從位移矢量合成的角度理解:兩列波在某處振動位移總是同向,則振動相互加強,即x=x1+x2;若兩列波在某處振動位移總是相反,即相互削弱,有x=x1-x2.特例:波峰與波峰相遇,波谷與波谷相遇,振動加強.波峰與波谷相遇,為振幅減弱.,【例1】 兩列簡諧橫波均沿x軸傳播,傳播速度大小相等,其中一列沿x正方向傳播,如圖中實線所示;一列沿x負方向傳播,如圖中虛線所示.這兩列波的頻率相等,振動方向均沿y軸,則圖中x=1、2、3、4、5、6、7、8各點中振幅最大的是x=_______的點,振幅最小的是x=________的點.,x=2、6兩點,均在平衡位置,勢能為零,單獨一列波的速度均為零,故動能為零,以后也振動不起來,振幅為零;x=1、3、5、7各點均在平衡位置,勢能為零,如1的各波單獨引起的振動方向均向下,此時各波單獨引起的振動既不在最大位移處(速度為零),也不在平衡位置(速度最大)處,說明此時有速度,但不是最大,因此對應(yīng)的能量0≤E≤Emax,因此以后振動起來,振幅0≤A≤Amax,其他各點同理分析能量情況相同. 【答案】 4、8 2、6,【名師點撥】 我們在理解波的疊加原理時,要注意,各質(zhì)點振動的疊加,不僅包括位移疊加, 還包括振動速度的疊加.因此判斷波的疊加區(qū)域內(nèi)各質(zhì)點的合振動情況時, 綜合位移,速度、加速度的情況,才能準確判定.,【例2】 如圖所示為聲波干涉演示儀的原理圖.兩個U形管A和B套在一起,A管兩側(cè)各有一小孔.聲波從左側(cè)小孔傳入管內(nèi),被分成兩列頻率________的波.當聲波分別通過A、B傳播到右側(cè)小孔時,若兩列波傳播的路程相差半個波長,則此處聲波的振幅________;若傳播的路程相差一個波長,則此處聲波的振幅________.,【解析】 聲波從左側(cè)小孔傳入管內(nèi)向上向下分別形成兩列頻率相同的波,若兩列波傳播的路程相差半個波長,則振動相消,所以此處振幅為零,若傳播的路程相差一個波長,振動加強,則此處聲波的振幅為原振幅的二倍. 【答案】 相等 等于零 等于原振幅的二倍,【觸類旁通】 如圖所示,在直線PQ的垂線OM上有A、B兩個聲源,A、B分別距O點6 m和1 m,兩個聲源同時不斷向外發(fā)出波長都為2 m的完全相同的聲波,在直線PQ上從-∞到+∞的范圍內(nèi)聽不到聲音的小區(qū)域共有( ) A.無窮多個 B.5個 C.4個 D.3個,【答案】 B 【學法指導】 本題考查了數(shù)學知識在波動問題中的應(yīng)用,特別是利用三角形兩邊之差小于第三邊的結(jié)論,將-∞到+∞的大范圍縮小到5 m內(nèi),這是解題的一個大飛躍.再利用極限法推出離O點越遠,Δs越小,從而將復雜問題簡化,從本題要學會如何對物理問題難點的突破.,一、周期性引起的波動的多解 【例1】 如圖所示,實線和虛線分別為某種波在t時刻和t+Δt時刻的波形曲線.B和C是橫坐標分別為d和3d的兩個質(zhì)點,下列說法中正確的是( ),【答案】 C,【例2】 兩列火車以20 m/s的速度迎面開來又錯車離去,甲汽車笛聲為2 500 Hz,問乙車中乘客聽到的汽笛聲有什么變化?,因此,錯車前后,乙車中乘客聽到的汽笛聲頻率由2 813 Hz變成2 222 Hz,這樣乘客在錯車瞬間明顯感覺到汽笛的音調(diào)降低很多. 【答案】 頻率由2 813 Hz變成2 222 Hz,音調(diào)降低.,- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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