2014届高考物理一轮 (考纲自主研读+命题探究+高考全程解密) 第2讲机械波(含解析) 新人教版选修3-4

第2讲机械波对应学生用书P215机械波、横波和纵波Ⅰ(考纲要求)【思维驱动】(多选)(2011·新课标全国卷)一振动周期为T、振幅为A，位于x＝0点的波源从平衡位置沿y轴正向开始做简谐振动．该波源产生的一维简谐横波沿x轴正向传播，波速为v，传播过程中无能量损失．一段时间后，该振动传播至某质点P，关于质点P振动的说法正确的是( )．A．振幅一定为AB．周期一定为TC．速度的最大值一定为vD．开始振动的方向沿y轴向上或向下取决于它离波源的距离E．若P点与波源距离x＝vT，则质点P的位移与波源的相同解析机械波是将波源的振动形式和能量向外传递的过程，对简谐波而言，介质中各振动质点的振幅和周期都与波源的相同，A、B正确；质点P的振动速度不是波的传播速度v，C错误；质点P开始振动的方向与波源开始振动的方向相同，与它们的距离无关，D 错误；若P点与波源距离x＝vT＝λ，相差波长λ整数倍的质点振动情况都相同，故E 正确．答案ABE【知识存盘】1．机械波的形成条件(1)有发生机械振动的波源．(2)有传播介质，如空气、水等．2．传播特点(1)机械波传播的只是振动的形式和能量，质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移．(2)介质中各质点的振幅相同，振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同．(3)一个周期内，质点完成一次全振动，通过的路程为4A，位移为零．3．机械波的分类(1)横波：质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波，有波峰(凸部)和波谷(凹部)．(2)纵波：质点的振动方向与波的传播方向在同一直线的波，有密部和疏部．横波的图象Ⅰ(考纲要求)【思维驱动】(单选)如图1－2－1图1－2－1所示为一列沿x轴负方向传播的简谐横波在t＝0时的波形图，当Q点在t＝0时的振动状态传到P点时，则( )．A．1 cm<x<3 cm范围内的质点正在向y轴的负方向运动B．Q处的质点此时的加速度沿y轴的正方向C．Q处的质点此时正在波峰位置D．Q处的质点此时运动到P处解析由波沿x轴负方向传播知，当Q点在t＝0时的振动状态传到P点时，波形如图中虚线所示，所以此时1 cm<x<2 cm范围内的质点正在向y轴正方向运动，因此选项A 错误；Q处质点此时正在波谷位置，加速度沿y轴的正方向，故选项B正确、选项C错误；波传播的是振动的形式和能量，质点并不随波迁移，故选项D错误．答案 B【知识存盘】横波的图象①直波速、波长和频率(周期)的关系 Ⅰ (考纲要求) 【思维驱动】(多选)关于公式v ＝λf ，正确的说法是( )． A ．v ＝λf 适用于一切波B ．由v ＝λf 知，f 增大，则波速v 也增大C ．v 、λ、f 三个量中，对同一列波来说，在不同介质中传播时保持不变的只有fD ．由v ＝λf 知，波长是2 m 的声音比波长是4 m 的声音传播速度小 解析 因波速公式具有普遍意义，故A 对；波的频率由波源决定，故C 对． 答案 AC 【知识存盘】1．波长：在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离，用λ表示． 2．波速：波在介质中的传播速度．由介质本身的性质决定． 3．频率：由波源决定，等于波源的振动频率． 4．波长、波速和频率的关系 ①v ＝λf ②v ＝λT波的干涉和衍射 Ⅰ 多普勒效应 Ⅰ (考纲要求) 【思维驱动】图1－2－2(单选)两波源S 1、S 2在水槽中形成的波形如图1－2－2所示，其中实线表示波峰，虚线表示波谷，则( )．A ．在两波相遇的区域中会产生干涉B ．在两波相遇的区域中不会产生干涉C ．a 点的振动始终加强D ．a 点的振动始终减弱解析 由题图知，两列波的波长不相等，不满足波的干涉条件，故B 正确，A 、C 、D 错误． 答案 B 【知识存盘】1． 波的干涉与波的衍射的比较2.多普勒效应(1)波源不动⎩⎪⎨⎪⎧观察者向波源运动，接收频率增大观察者背离波源运动，接收频率减小(2)观察者不动⎩⎪⎨⎪⎧波源向观察者运动，接收频率增大波源背离观察者运动，接收频率减小对应学生用书P216考点一 对机械波的理解及图象的应用 机械波的特点及各物理量之间的关系 (1)介质依存性：机械波离不开介质．(2)能量信息性：机械波传播的是振动的形式、能量和信息．(3)传播不移性：在传播方向上，各质点只在各自平衡位置附近振动，并不随波迁移． (4)时空重复性：机械波传播时，介质中的质点不断地重复着振源的振动形式． (5)周期、频率同源性：介质中各质点的振动周期均等于振源的振动周期且在传播中保持不变．(6)起振同向性：各质点开始振动的方向与振源开始振动方向相同． (7)波长、波速和频率的关系：v ＝λf ，f 由波源决定，v 由介质决定． 【典例1】 (单选)如图1－2－3所示，图1－2－3实线是沿x 轴传播的一列简谐横波在t ＝0时刻的波形图，虚线是这列波在t ＝0.05 s 时刻的波形图．已知该波的波速是80 cm/s ，则下列说法中正确的是( )． A ．这列波有可能沿x 轴正方向传播 B ．这列波的波长是10 cmC ．t ＝0.05 s 时刻x ＝6 cm 处的质点正在向下运动D ．这列波的周期一定是0.15 s解析 由波的图象可看出，这列波的波长λ＝12 cm ，B 错误；根据v ＝λT，可求出这列波的周期为T ＝λv ＝1280 s ＝0.15 s ，D 正确；根据x ＝vt ＝80×0.05 cm ＝4 cm 可判断，波应沿x 轴负方向传播，根据波的“微平移”法可判断t ＝0.05 s 时刻x ＝6 cm 处的质点正在向上运动，A 、C 错误． 答案 D【变式跟踪1】 如图1－2－7图1－2－7所示为波源O 振动1.5 s 时沿波的传播方向上部分质点振动的波形图，已知波源O 在t ＝0时开始沿y 轴负方向振动，t ＝1.5 s 时它正好第二次到达波谷，问： (1)何时x ＝5.4 m 的质点第一次到达波峰？(2)从t ＝0开始至x ＝5.4 m 的质点第一次到达波峰这段时间内，波源通过的路程是多少？解析 (1)由题图知λ＝60 cm ＝0.6 m ，由题知1.5 s ＝114T ，所以T ＝4×1.5 s5s ＝1.2 s ，设经过t ＝1.5 s 波传播的距离为x ，因此波速v ＝x t＝λT，所以x ＝λt T ＝0.6×1.51.2m ＝0.75 m ，即t ＝1.5 s 时波刚好传到距波源0.75 m 的质点，前面距离该质点最近的波峰是位于x ＝0.3 m 的质点，设再经过t ′最近的波峰传到x ＝5.4 m 处，因此波速v ＝Δx t ′＝λT ，所以t ′＝ΔxT λ＝（5.4－0.3）×1.20.6s ＝10.2 s ，故t ″＝1.5 s ＋10.2 s ＝11.7 s 时x ＝5.4 m 的质点，第一次到达波峰．(2)由(1)知从t ＝0开始至x ＝5.4 m 的质点第一次到达波峰经历的时间为11.7 s ，即历时934T ，所以s 源＝4A ×9＋3A ＝39A ＝1.95 m.答案 (1)11.7 s (2)1.95 m ,以题说法质点的振动方向与波的传播方向的互判方法 1．上下坡法沿波的传播方向看，“上坡”的点向下运动，“下坡”的点向上运动，简称“上坡下，下坡上”如图1－2－4所示．图1－2－42．带动法如图1－2－5所示，在质点P 靠近波源一方附近的图象上另找一点P ′，若P ′在P 上方，则P 向上运动，若P ′在P 下方，则P 向下运动．图1－2－53．微平移法图1－2－6原理：波向前传播，波形也向前平移．方法：作出经微小时间Δt 后的波形，如图1－2－6虚线所示，就知道了各质点经过Δt 时间到达的位置，此刻质点振动方向也就知道了，图中P 点振动方向向下． 考点二 波的图象与振动图象的综合应用【典例2】 (多选)(2012·大纲全国卷，20)一列简谐横波沿x 轴正方向传播，图1－2－8(a)是t ＝0时刻的波形图，图(b)和图(c)分别是x 轴上某两处质点的振动图象．由此可知，这两质点平衡位置之间的距离可能是( )．图1－2－8A.13 mB.23 m C ．1 m D.43 m解析 由题图(a)知，波长λ＝2 m ，在t ＝0时刻，题图(b)中的质点在波峰位置，题图(c)中的质点在y ＝－0.05 m 处，且振动方向向下(设为B 位置，其坐标为x ＝116 m)．若题图(b)中质点在题图(c)中质点的左侧，则两质点平衡位置之间的距离Δx ＝n λ＋⎝ ⎛⎭⎪⎫116－12 m(n ＝0，1，2，…) 当n ＝0时，Δx ＝43 m ；当n ＝1时，Δx ＝103 m ，……若题图(b)中质点在题图(c)中质点的右侧，则两质点平衡位置之间的距离Δx ′＝n λ＋⎝ ⎛⎭⎪⎫52－116 m(n ＝0，1，2，…)当n ＝0时，Δx ′＝23 m ；当n ＝1时，Δx ′＝83 m ，……综上所述，选项B 、D 正确． 答案 BD【变式跟踪2】 (多选)图1－2－9甲为一列简谐横波在t ＝0.10 s 时刻的波形图，P 是平衡位置为x ＝1 m 处的质点，Q 是平衡位置为x ＝4 m 处的质点，图乙为质点Q 的振动图象，则( )．图1－2－9A ．t ＝0.15 s 时，质点Q 的加速度达到正向最大B ．t ＝0.15 s 时，质点P 的运动方向沿y 轴负方向C ．从t ＝0.10 s 到t ＝0.25 s ，该波沿x 轴正方向传播了6 mD ．从t ＝0.10 s 到t ＝0.25 s ，质点P 通过的路程为30 cm解析 对A 选项，由乙图象看出，t ＝0.15 s 时，质点Q 位于负方向的最大位移处，而简谐运动的加速度大小与位移成正比，方向与位移方向相反，所以加速度为正向最大值；对B 选项，由乙图象看出，简谐运动的周期为T ＝0.20 s ，t ＝0.10 s 时，质点Q 的速度方向沿y 轴负方向，由甲图可以看出，波的传播方向应该沿x 轴负方向，因甲图是t ＝0.10 s 时刻的波形图，所以t ＝0.15 s 时，经历了0.05 s ＝T4的时间，图甲的波形向x轴负方向平移了λ4＝2 m 的距离，如图中虚线所示，因波向x 轴负方向传播，则此时P点的运动方向沿y 轴负方向；对C 选项，从t ＝0.10 s 到t ＝0.25 s ，波沿x 轴负方向传播了6 m ；对D 选项，由图甲可以看出，由于t ＝0.10 s 时刻质点P 不处于平衡位置，故从t ＝0.10 s 到t ＝0.25 s 质点P 通过的路程不为30 c m.本题正确选项为A 、B.答案 AB ,借题发挥1．振动图象和波的图象的辨析2.巧解图象问题求解波动图象与振动图象综合类问题可采用“一分、一看、二找”的方法(1)分清振动图象与波动图象．此问题最简单，只要看清横坐标即可，横坐标为x 则为波动图象，横坐标为t 则为振动图象．(2)看清横、纵坐标的单位．尤其要注意单位前的数量级． (3)找准波动图象对应的时刻． (4)找准振动图象对应的质点． 3．图象问题的易错点：(1)不理解振动图象与波的图象的区别；(2)误将振动图象看做波的图象或将波的图象看做振动图象；。