2019版高考物理大一轮复习第十章机械振动机械波第2讲机械波学案

第2讲机械波

[考试标准]

一、波的形成和传播

1.产生条件

(1)有波源.

(2)有介质，如空气、水、绳子等.

2.传播特点

(1)传播振动形式、能量和信息.

(2)质点不随波迁移.

(3)介质中各质点振动频率、振幅、起振方向等都与波源相同.

(4)一个周期内，质点完成一次全振动，通过的路程为4A，位移为0.

自测1(多选)下列有关机械振动和机械波的说法中正确的是( )

A.某物体做机械振动，它周围的介质中就一定产生机械波

B.波源停止振动后，已形成的机械波仍能在介质中继续传播

C.机械波传播的只是机械振动的形式和能量，参与波动的质点并不随波迁移

D.振动是变速的，波动是匀速的

答案ABC

二、波的图象

1.波的图象

波的图象反映了在某时刻介质中的各质点离开平衡位置的位移情况，图象的横轴表示各质点的平衡位置，纵轴表示该时刻各质点的位移，如图1所示.

图1

2.图象的应用

(1)直接读取振幅A 和波长λ，以及该时刻各质点的位移. (2)确定某时刻各质点加速度的方向，并能比较其大小.

(3)结合波的传播方向可确定各质点的振动方向或由各质点的振动方向确定波的传播方向. 三、波长、频率和波速

1.波长λ：在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离.

2.频率f ：在波动中，介质中各质点的振动频率都是相同的，都等于波源的振动频率.

3.波速v 、波长λ和频率f 、周期T 的关系 (1)公式：v ＝λ

T

＝λf .

(2)机械波的速度大小由介质决定，与机械波的频率无关. 自测2 (多选)关于公式v ＝λf 的理解，正确的是( ) 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f

D.由v ＝λf 知，波长是4 m 的声音为波长是2 m 的声音传播速度的2倍 答案 AC

四、波的干涉和衍射 多普勒效应 1.波的干涉和衍射

2.多普勒效应

(1)条件：声源和观察者之间有相对运动. (2)现象：观察者感到频率发生变化.

(3)实质：声源频率不变，观察者接收到的频率变化. 自测3 (多选)以下关于波的衍射的说法，正确的是( ) A.波遇到障碍物时，一定会发生明显的衍射现象

B.当障碍物的尺寸比波长大得多时，会发生明显的衍射现象

C.当孔的大小比波长小时，会发生明显的衍射现象

D.通常讲话产生的声波，经过尺寸为1 m 左右的障碍物时会发生明显的衍射现象 答案 CD

命题点一 机械波的传播和图象 1.波的图象特点

(1)质点振动nT (波传播n λ)时，波形不变.

(2)在波的传播方向上，当两质点平衡位置间的距离为n λ(n ＝1,2,3…)时，它们的振动步调总相同；当两质点平衡位置间的距离为(2n ＋1)λ

2(n ＝0,1,2,3…)时，它们的振动步调总相反.

(3)波源质点的起振方向决定了它后面的质点的起振方向，各质点的起振方向与波源的起振方向相同.

2.判断波的传播方向与质点的振动方向的三种常见方法

(1)上下坡法：沿波的传播方向，上坡时质点向下振动，下坡时质点向上振动，如图2甲所示.

图2

(2)同侧法：波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧，如图乙所示. (3)微平移法：将波形图沿传播方向平移Δx (Δx ≤λ

4)，再由x 轴上某一位置的两波形曲线

上的点来判定，如图3所示.

图3

例1 (多选)(2017·浙江4月选考·15)一列向右传播的简谐横波，当波传到x ＝2.0 m 处的P 点时开始计时，该时刻波形如图4所示.t ＝0.9 s 时观测到质点P 第三次到达波峰位置.下列说法正确的是( )

图4

A.波速为0.5 m/s

B.经1.4 s 质点P 运动的路程为70 cm

C.t ＝1.6 s 时，x ＝4.5 m 处的质点Q 第三次到达波谷

D.与该波发生干涉的另一列简谐横波的频率一定为2.5 Hz 答案 BCD

解析 根据同侧法可知，起振方向为竖直向上.P 点第三次到达波峰即(2＋1

4)T ＝0.9 s ，T ＝0.4 s ，

所以波速v ＝λ

T

＝5 m/s ，所以A 选项错误.1.4 s ＝3.5T ，每个周期路程为20 cm ，所以B 正

确.经过t ＝4.5－2

5 s ＝0.5 s ，波传到Q 点，再经过2.75T 即1.1 s 后Q 第三次到达波谷，

选项C 正确.要发生干涉现象，另外一列波的频率一定与该波相同，即2.5 Hz ，选项D 正确. 变式1 (多选)(2017·浙江名校协作体模拟)如图5所示是某绳波形成过程的示意图，1、2、3、4…为绳上的一系列等间距的质点，绳处于水平方向.质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，带动2、3、4…各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端.t ＝0时质点1开始竖直向上运动，经过四分之一周期，质点5开始运动.下列判断正确的是( )

图5

A.质点5开始振动时的运动方向向上

B.t ＝T

2时质点6的加速度方向向上

C.t ＝3T

4时质点10的运动方向向下

D.t ＝T 时质点17开始运动 答案 AD

解析 经过1

4T 时，质点1从平衡位置运动到波峰，此时质点5刚开始振动，由于后一个质点

重复前一个质点的振动，质点1开始时竖直向上振动，故质点5开始振动时也是竖直向上振动，故A 正确；经过t ＝T

2

质点1回到平衡位置，质点9开始向上振动，质点6在平衡位置上