【物理】2018届人教版第10章第2节　机械波教案

【物理】2018届人教版第10章第2节　机械波教案

第2节　机械波 考点一| 波的形成和传播　波的图象 ‎1．机械波的形成和传播 ‎(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．‎ ‎2．机械波的分类：横波和纵波．‎ ‎3．波的图象 ‎(1)图象的特点：‎ 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1021所示．‎ 图1021‎ ‎(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．‎ ‎1．波的传播方向和质点振动方向的判断 图1022‎ ‎(1)若已知某时刻A点振动方向向上，则波向x轴负方向传播．‎ ‎(2)若已知波向x轴正方向传播，则该时刻B点向上振动．‎ ‎2．波的图象特点 ‎(1)质点振动nT(波传播nλ)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nλ时(n＝1,2,3…)，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)(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．‎ ‎1．(多选)如图1023所示为沿水平方向的介质中的部分质点，每相邻两质点间距离相等，其中O为波源．设波源的振动周期为T，自波源通过平衡位置竖直向下振动时开始计时，经过质点1开始起振，则下列关于各质点的振动和介质中的波的说法中正确的是(　　)‎ 图1023‎ A．介质中所有质点的起振方向都是竖直向下的，但图中质点9起振最晚 B．图中所有质点的起振时间都是相同的，起振的位置和起振的方向是不同的 C．图中质点8的振动完全重复质点7的振动，只是质点8振动时，通过平衡位置或最大位移的时间总是比质点7通过相同位置时落后 D．只要图中所有质点都已振动了，质点1与质点9的振动步调就完全一致，但如果质点1发生的是第100次振动，则质点9发生的就是第98次振动 ACD　[据波的传播特点知，波传播过程中各质点的振动总是重复波源的振动，所以起振方向相同，都是竖直向下，但从时间上来说，起振依次落后的时间，所以选项A、C正确，B错误；由题意知，质点9比质点1应晚起振两个周期，所以当所有质点都起振后，质点1与质点9步调完全一致，所以选项D正确．]‎ ‎2．(多选)简谐横波在某时刻的波形图象如图1024所示，由此图可知(　　) ‎ ‎【导学号：81370367】‎ 图1024‎ A．若质点a向下运动，则波是从左向右传播的 B．若质点b向上运动，则波是从左向右传播的 C．若波从右向左传播，则质点c向下运动 D．若波从右向左传播，则质点d向上运动 BD　[解法一：用“特殊点法”来分析：‎ 对于简谐横波来说，当波向右传播时，左边的质点靠近波源，因此，左边质点先振动，右边质点跟着左边的质点振动．若质点a向下运动，说明质点a是跟着右边的质点运动，则此波是从右向左传播，选项A错误．同理，选项B正确．若波从右向左传播，则左边的质点跟着右边的质点运动，质点c应向上运动，选项C错误．同理，选项D正确．‎ 解法二　用“微平移法”来分析：‎ 设这列波是从左向右传播的，则在相邻的一小段时间内，这列波的形状向右平移一小段距离，如图中虚线所示．因此，所有的质点从原来的实线的位置沿y 轴方向运动到虚线的位置，即质点a向上运动，质点b也向上运动的，由此可知选项A错误、B正确．类似地，可以判定选项C错误、D正确．]‎ ‎3．(多选)(2017·杭州调研)关于如图1025所示的波形图，下列说法中正确的是(　　)‎ 图1025‎ A．此列波的振幅是0.1 m B．x＝15 cm处质点的位移是0.1 m C．若质点A的速度沿y轴正方向，则质点B的速度亦沿y轴正方向 D．质点A的加速度为沿y轴负方向，而B、C的加速度沿y轴正方向 ACD　[从波动图象上可以直接读出振幅、各质点离开平衡位置的位移，A正确，B错误；各质点加速度的方向总是指向平衡位置，D正确；由于A、B两质点在此时刻都在同一“坡”上，根据“上、下坡”法可以判断C正确．]‎ ‎4．(2016·海宁选考模拟)如图1026所示是一列简谐波在某时刻的波形图，波沿x轴的负方向传播，就图中标明的质点而言，速度为正、加速度为负的质点是(　　) ‎ 图1026‎ ‎【导学号：81370368】‎ A．P　　　　B．Q　　　　C．R　　　　D．S D　[因波沿x轴的负方向传播，质点R、S处在下坡段，由“上下坡”法得，质点R、S的振动方向都向上，即质点R、S的速度方向与y轴正方向一致，所以它们的速度都为正．而质点R的加速度方向向上，与y轴正方向一致，加速度为正；质点S的加速度方向向下，与y轴正方向相反，加速度为负．同理可以判断质点P和Q的振动方向都向下，速度都为负．故选项D正确．]‎ 考点二| 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．用“λ”表示．‎ ‎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 公式：v＝＝λf.‎ 机械波的速度大小由介质决定，与机械波的频率无关．‎ ‎1．周期和频率：只取决于波源，波的周期和频率就是指波源的周期和频率，与v、λ无任何关系．‎ ‎2．速度v：决定于介质的物理性质，同一种均匀介质，物理性质相同，波在其中传播的速度恒定．‎ ‎3．波长λ：对于一列波，其波长、波速、周期的关系不会变化，始终是v＝＝λf，既然v、T都由相关因素决定，所以这些因素同时又共同决定了波长λ，即波长λ由波源和介质共同决定．‎ ‎4．造成波动问题多解的主要因素有 ‎(1)周期性 ‎①时间周期性：时间间隔Δt与周期T的关系不明确．‎ ‎②空间周期性：波传播距离Δx与波长λ的关系不明确．‎ ‎(2)双向性 ‎①传播方向双向性：波的传播方向不确定．‎ ‎②振动方向双向性：质点振动方向不确定．‎ ‎5．求解波的多解问题“三步走”‎ ‎1．平静湖面传播着一列水面波(横波)，在波的传播方向上有相距3 m的甲、乙两小木块随波上下运动，测得两小木块每分钟都上下30次，甲在波谷时，乙在波峰，且两木块之间有一个波峰．这列水面波(　　)‎ A．频率是30 Hz　 B波长是3 m C．波速是1 m/s D．周期是0.1 s C　[由题意知T＝s＝2 s，f＝＝0.5 Hz，A、D错误；λ＝3 m，则λ＝2 m，B错误；v＝＝m/s＝1 m/s，所以C正确．]‎ ‎2．(2017·诸暨调研)图1027为一列简谐横波在介质中传播的波形图．在传播过程中，某一质点在10 s内运动的路程是16 m，则此波的波速是(　　)‎ 图1027‎ A．1.6 m/s B．2 m/s C．40 m/s D．20 m/s C　[由题图得λ＝20 m，A＝0.2 m t＝10 s＝T＝20T 所以T＝0.5 s，故v＝＝＝40 m/s.]‎ ‎3．一列简谐横波沿直线传播，某时刻该列波上正好经过平衡位置的两质点相距6 m，且这两质点之间的波峰只有一个，则该简谐波可能的波长为(　　)‎ A．4 m、6 m和8 m B．6 m、8 m和12 m C．4 m、6 m和12 m D．4 m、8 m和12 m C　[根据题意，可能的波形有三种，如图所示：‎ 则＝6 m，λ1＝12 m，λ2＝6 m，λ3＝6 m，λ3＝4 m．]‎ ‎4．(多选)(2015·浙江10月选考)沿x轴正方向传播的简谐横波，振幅为5 cm，质点A、B的平衡位置离O点的距离分别为1.8 m和3.0 m．t＝0时的波形如图1028所示，t＝0.6 s时质点A恰好第二次到达波峰．下列说法正确的是(　　) ‎ ‎【导学号：81370369】‎ 图1028‎ A．波速为3 m/s B．频率为2 Hz C．质点B在0～0.6 s内路程为25 cm D．质点B在t＝0.6 s时沿y轴正方向运动 BD　[从波形图象上可以直接读出波长λ＝4 m，振幅A＝5 cm，A点之前的第二个波峰传播到A点时，4.8 m＝v×0.6 s，求出v＝8 m/s，A错误；由v＝λf求出f＝2 Hz，周期为0.5 s，B正确；质点从平衡位置或者位移最大处开始运动，在一个周期内运动四个振幅，由题意有T<0.6 s<，所以B点运动的路程小于25 cm，在x轴下方沿y轴正方向运动，C错误，D正确．]‎ 考点三| 波的干涉、衍射、多普勒效应　惠更斯原理 ‎1．波的干涉和衍射 波的干涉 波的衍射 条件 两列波的频率必须相同 明显条件：障碍物或孔的尺寸比波长小或相差不多 现象 形成加强区和减弱区相互隔开的稳定的干涉图样 波能够绕过障碍物或孔继续向前传播 ‎2．多普勒效应 ‎(1)定义：当波源与观察者互相靠近或者互相远离时，观察者接收到的波的频率会发生变化．‎ ‎(2)规律 ‎①波源与观察者如果互相靠近，观察者接收到的频率增大；‎ ‎②波源与观察者如果互相远离，观察者接收到的频率减小；‎ ‎③波源和观察者如果相对静止，观察者接收到的频率等于波源的频率．‎ ‎(3)实质：声源频率不变，观察者接收到的频率变化．‎ ‎3．惠更斯原理 ‎(1)波面：波在传播过程中，振动状态相同的点构成的面叫波面．‎ 说明：球面波的波面是以波源为中心的一个球面．‎ 平面波的波面是一个个互相平行的平面．‎ ‎(2)波线：用来表示波的传播方向的线叫做波线．‎ 说明：①波线是有方向的一簇线，它的方向代表了波的传播方向．‎ ‎②在各向同性的均匀介质中，波线与波面垂直，一定条件下由波面可确定波线，由波线可确定波面．‎ ‎(3)惠更斯原理 介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面．‎ ‎1．加强点和减弱点的判断 现象判断法：若某点总是波峰与波峰或波谷与波谷相遇，该点为加强点；若总是波峰与波谷相遇，则为减弱点．‎ ‎2．波的干涉的两点提醒 ‎(1)干涉时，振动加强区域或振动减弱区域的空间位置是不变的，并非随时间变化．‎ ‎(2)干涉时，加强的点只是振幅大了，并非任一时刻的位移都大；减弱的点只是振幅小了，也并非任一时刻的位移都最小．‎ ‎3．波的衍射的三点注意 ‎(1)并非只有缝、孔或障碍物很小时才会发生明显的衍射现象，明显衍射的条件是缝、孔或障碍物与波长相比相差不多或比波长小，而不是要求缝、孔或障碍物一定要小．‎ ‎(2)任何波都能发生衍射现象，衍射不需要条件．‎ ‎(3)发生明显的衍射现象需要一定的条件．‎ ‎1．(多选)蝉的家族中的高音歌手是一种被称作“双鼓手”的蝉．它的身体两侧有大大的环形发声器官，身体的中部是可以内外开合的圆盘．圆盘开合的速度很快，抖动的蝉鸣就是由此发出的．某同学围绕蝉歇息的树干走了一圈，听到忽高忽低的蝉鸣声，以下说法中正确的是(　　)‎ A．这种现象属于声波的衍射现象 B．这种现象属于声波的干涉现象 C．身体两侧有大大的环形发声器官可以看做是相干波源 D．蝉发出的两列声波的传播速度一定相同 BCD　[“听到忽高忽低的蝉鸣声”说明这是声波的干涉现象，选项A错误，B正确；身体两侧的发声器官可以看做是相干波源，选项C正确；因波速是由介质决定，故选项D正确．]‎ ‎2．(多选)图1029中S为在水面上振动的波源，M、N是水面上的两块挡板，其中N板可以上下移动，两板中间有一狭缝，此时测得A处水面没有振动，为使A处水也能发生振动，可采用的方法是(　　)‎ 图1029‎ A．使波源的频率增大 B．使波源的频率减小 C．移动N使狭缝的间距增大 D．移动N使狭缝的间距减小 BD　[使孔满足明显衍射的条件即可，或将孔变小，或将波长变大，B、D正确．]‎ ‎3．如图10210表示产生机械波的波源O 做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰．该图表示的是(　　) ‎ 图10210‎ ‎【导学号：81370370】‎ A．干涉现象 B．衍射现象 C．反射现象 D．多普勒效应 D　[多普勒效应是在波源和观察者之间有相对运动时产生的现象，故知该图表示的是多普勒效应．]‎ ‎4．(多选)关于惠更斯原理的理解，下列说法正确的是(　　)‎ A．同一波面上的各点振动情况完全相同 B．同一振源的不同波面上的质点的振动情况一定不同 C．球面波的波面是以波源为中心的一个个球面 D．无论怎样的波，波线始终和波面垂直 ACD　[根据惠更斯原理，介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面．同一波面上各质点振动情况完全相同，选项A正确；不同波面上质点的振动情况可能相同，选项B错误；球面波是以波源为中心的一个个球面，选项C正确；波线始终与波面垂直，选项D正确．]‎ ‎5.(多选)(2017·东阳选考模拟)如图10211所示是水面上两列频率相同的波在某时刻的叠加情况，以波源S1、S2为圆心的两组同心圆弧分别表示同一时刻两列波的波峰(实线)和波谷(虚线)．S1的振幅A1＝4 cm，S2的振幅A2＝3 cm，则下列说法正确的是(　　)‎ 图10211‎ A．质点D是振动减弱点 B．质点A、D在该时刻的高度差为14 cm C．再过半个周期，质点B、C是振动加强点 D．质点C的振幅为1 cm BD　[由图象可知，D点为两波谷相遇，应该是加强点，选项A错误；此时A点在加强后的最高点，D点在加强后的最低点，由波的叠加可知A、D两点的高度差为14 cm，选项B正确；由于两波的频率相等，叠加后会形成稳定的干涉图象，所以A、D点始终是加强点，B、C点始终是减弱点，选项C错误；质点C为减弱点，振幅为两振幅之差，为1 cm，选项D正确．]‎