机械波作业答案 ppt课件

第三讲机械波考点一、机械波横波和纵波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.考点二、横波的图象波速、波长和频率(周期)的关系1．横波的图象(1)坐标轴：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．(2)意义：表示在波的传播方向上，某时刻各质点离开平衡位置的位移．(3)图象：(4)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和速度的方向，并能比较大小．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．2．波长、波速、频率及其关系(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)波速v：波在介质中的传播速度，由介质本身的性质决定．(3)频率f：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 .考点三、波的干涉和衍射现象 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．基 础 自 测1．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 AC2．(2011·上海卷，10)两波源S 1、S 2在水槽中形成的波形如图2－1所示，其中实线表示波峰，虚线表示波谷，则( )．图2－1A ．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 B3．如图2－2所示为观察水面波衍射的实验装置，AC 和BD 是两块挡板，AB 是一个小孔，O是波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹(图中曲线)之间的距离表示一个波长，则对波经过孔后的传播情况，下列描述不正确的是()．图2－2A．此时能明显观察到波的衍射现象B．挡板前后波纹间距相等C．如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象D．如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显地观察到衍射现象解析由题图可以看出，孔AB尺寸与波长相差不大，因只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象，故选项A、C正确；由λ＝vf知，v不变，f增大，只能使λ减小，故选项D错；既然衍射是指“波绕过障碍物而传播的现象”，那么经过孔后的波长自然不变，故选项B正确．答案 D4．如图2－3甲所示，男同学站立不动吹口哨，一位女同学坐在秋千上来回摆动，下列关于女同学的感受的说法正确的是()．图2－3A．女同学从A向B运动过程中，她感觉哨声音调变高B．女同学从E向D运动过程中，她感觉哨声音调变高C．女同学在C点向右运动时，她感觉哨声音调不变D．女同学在C点向左运动时，她感觉哨声音调变低答案AD5．如图2－4所示，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()．图2－4A．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＝λ＝1280s＝0.15 s，D正确；根据x＝v t＝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 D6．沿x轴正向传播的一列简谐横波在t＝0时刻的波形如图2－5所示，P为介质中的一个质点，该波的传播速度为2.5 m/s，则t＝0.8 s时()．图2－5A．质点P相对平衡位置的位移为正值B．质点P的速度方向与相对平衡位置的位移方向相同C．质点P的速度方向与加速度的方向相同D．质点P的加速度方向与相对平衡位置的位移方向相反解析由波形图可知波长为4 m，周期T＝λv＝1.6 s，t＝0.8 s时，质点P相对平衡位置的位移为负值，质点P的速度方向与相对平衡位置的位移方向相同，选项A错误，B正确；t＝0.8 s时，质点P的速度方向与加速度方向相反，质点P的加速度方向与相对平衡位置的位移方向相反，选项C错误，D正确．答案BD热点一对机械波及图象的理解和应用1．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．2．对波的图象的理解波的图象反映的是波在传播过程中某一时刻各个质点相对于各自的平衡位置的位移情况，从图象中可以看出：(1)波长λ；(2)振幅A；(3)该时刻各质点偏离平衡位置的位移情况；(4)如果波的传播方向已知，可判断各质点该时刻的振动方向以及下一时刻的波形；(5)如果波的传播速度大小已知，可利用图象所得的相关信息进一步求得各质点振动的周期和频率：T＝λv，f＝vλ.【典例1】[2013·课标Ⅰ，34(1)]如图2－6，a、b、c、d是均匀媒质中x轴上的四个质点，相邻两点的间距依次为2 m 、4 m 和6 m ．一列简谐横波以2 m/s 的波速沿x 轴正向传播，在t ＝0时刻到达质点a 处，质点a 由平衡位置开始竖直向下运动，t ＝3 s 时a 第一次到达最高点．下列说法正确的是( )．图2－6A ．在t ＝6 s 时刻波恰好传到质点d 处B ．在t ＝5 s 时刻质点c 恰好到达最高点C ．质点b 开始振动后，其振动周期为4 sD ．在4 s<t <6 s 的时间间隔内质点c 向上运动E ．当质点d 向下运动时，质点b 一定向上运动解析 波由a 到d 匀速传播，v ＝2 m/s ，t ＝ad v ＝12 m 2 m/s ＝6 s ，A 项正确．第一个波峰在t 1＝3 s 时产生于a 点，再经t 2＝ac v ＝6 m 2 m/s＝3 s 到达c 点，共计t ＝t 1＋t 2＝6 s ，B 项错误．a 点从向下起振至到达最高点用时3 s ，可知34T ＝3 s ，即T ＝4 s ，则b 点的振动周期也为4 s ，C 项正确．波经t 2＝ac v ＝3 s 到达c 点，说明此时c 点开始从平衡位置向下振动，再经T4＝1 s ，共计4 s 到达最低点，再经T 2＝2 s 可到达最高点，故在4 s<t <6 s 的时间内点c 向上运动，D 项正确．因λ＝v ·T ＝8 m ，而db ＝10 m ＝114λ，并不是12λ或12λ的奇数倍，故E 项说法错误．答案 ACD反思总结 波的传播方向与质点振动方向的互判方法1．(2013·北京理综，15)一列沿x 轴正方向传播的简谐机械横波，波速为4 m/s.某时刻波形如图2－7所示，下列说法正确的是( )．图2－7A ．这列波的振幅为4 cmB ．这列波的周期为1 sC ．此时x ＝4 m 处质点沿y 轴负方向运动D ．此时x ＝4 m 处质点的加速度为0解析 由波动图象知，波的振幅为2 cm ，A 选项错误；波长λ＝8 m ，周期T ＝λv ＝84s ＝2 s ，B 选项错误；由于波沿x 轴正向传播，由波传播方向和质点振动方向的关系知，x ＝4 m 处质点此时向y 轴正方向运动，C 选项错误；此时x ＝4 m 处的质点处于平衡位置，其加速度为零，D 选项正确．答案 D2．(2013·福建理综，16)如图，t ＝0时刻，波源在坐标原点从平衡位置沿y 轴正向开始振动，振动周期为0.4 s ，在同一均匀介质中形成沿x 轴正、负两方向传播的简谐横波．下图中能够正确表示t ＝0.6 s 时波形的图是( )．解析 介质中各质点开始振动的方向与振源起振的方向相同，C 正确，A 、B 、D 错误．答案 C热点二 波的多解问题求解波的多解问题一般思路(1)根据初末两时刻的波形图确定传播距离与波长的关系通式． (2)根据题设条件判断是唯一解还是多解． (3)根据波速公式v ＝Δx Δt 或v ＝λT ＝λf 求波速． 【典例2】(2013·天津理综，7)一列简谐横波沿直线传播，该直线上平衡位置相距9 m 的a 、b 两质点的振动图象如图2－8所示，下列描述该波的图象可能正确的是( )．图2－8解析 根据a 、b 两质点的振动图象可知其间距应为λ4的奇数倍，即nλ4＝9 m ，n ＝1、3、5…，那么波长λ的可能值是：36 m 、12 m 、365 m 、367 m 、4 m 、3611m 等等．综上可知答案为A 、C.答案 AC 反思总结 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．3．波形的隐含性形成多解在波动问题中，往往只给出完整波形的一部分，或给出几个特殊点，而其余信息均处于隐含状态．这样，波形就有多种情况，形成波动问题的多解性．【跟踪短训】3．[2013·重庆理综，11(1)]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 mC．4 m、6 m和12 m D．4 m、8 m和12 m解析根据题意，有以下三种情况符合要求：故C正确，A、B、D错误．答案 C热点三波的图象与振动图象的综合应用1．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．2．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．(3)不知道波传播过程中任意质点的起振方向与波源的起振方向相同． (4)不会区分波的传播位移和质点的振动位移． (5)误认为质点随波迁移．【典例3】 (2013·四川理综，5)图2－9甲是一列简谐横波在t ＝1.25 s 时的波形图，已知c 位置的质点比a 位置的晚0.5 s 起振，则图乙所示振动图象对应的质点可能位于( )．图2－9A ．a <x <bB ．b <x <cC ．c <x <dD ．d <x <e解析 由题图甲可知a 、c 位置间距离为半个波长，则波长从a 位置的质点传播到c 位置的质点需要半个周期的时间，即T ＝1 s ．当t ＝1.25 s ＝54T 时，由图乙可以看出该质点正处于从波峰向平衡位置运动的过程中．因c 位置的质点比a 位置的质点的起振时间晚，故波是沿x 轴正向传播的，结合图甲可知t ＝1.25 s 时处于从波峰向平衡位置运动的质点可能在d 、e 两位置之间，故D 正确．答案 D【跟踪短训】4．(2012·大纲全国卷，20)一列简谐横波沿x 轴正方向传播，图2－10(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2－10A.13 m B.23 m C ．1 mD.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 ＝116m)．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 ＝nλ＋()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 ′＝nλ＋()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热点四 波的干涉、衍射、多普勒效应1．波的干涉中振动加强点和减弱点的判断某质点的振动是加强还是减弱，取决于该点到两相干波源的距离之差Δr . (1)当两波源振动步调一致时若Δr ＝nλ(n ＝0,1,2，…)，则振动加强； 若Δr ＝(2n ＋1)λ2(n ＝0,1,2，…)，则振动减弱． (2)当两波源振动步调相反时若Δr ＝(2n ＋1)λ2(n ＝0,1,2,3…)，则振动加强； 若Δr ＝nλ(n ＝0,1,2，…)，则振动减弱． 2．多普勒效应的成因分析(1)接收频率：观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数． (2)当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率变大，当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频率变小．【典例4】(2013·山东理综，37(1))如图2－11所示，在某一均匀介质中，A 、B 是振动情况完全相同的两个波源，其简谐运动表达式均为x ＝0.1sin(20πt ) m ，介质中P 点与A 、B 两波源间的距离分别为4 m 和5 m ，两波源形成的简谐横波分别沿AP 、BP 方向传播，波速都是10 m/s.图2－11(1)求简谐横波的波长．(2)P 点的振动________(填“加强”或“减弱”)．解析 (1)设简谐波的波速为v ，波长为λ，周期为T ，由题意知T ＝0.1 s ① 由波速公式v ＝λT ②代入数据得λ＝1 m ③(2)|Δs |＝BP －AP ＝5 m －4 m ＝1 m 因Δs ＝λ，所以P 点为加强点 答案 (1)1 m (2)加强【跟踪短训】5．利用发波水槽得到的水面波形如图2－12a、b所示，则()．图2－12A．图a、b均显示了波的干涉现象B．图a、b均显示了波的衍射现象C．图a显示了波的干涉现象，图b显示了波的衍射现象D．图a显示了波的衍射现象，图b显示了波的干涉现象解析题图a中可以看出只有一条狭缝，穿过水波发生明显的衍射；图b中有两个振源，有些区域振动加强，有些区域振动减弱，是干涉现象．答案 D6．对声波的各种现象，以下说法中正确的是()．A．在空房子里讲话，声音特别响，这是声音的共振现象B．绕正在发音的音叉走一圈，可以听到忽强忽弱的声音，这是声音的干涉现象C．火车远去时，音调变低D．把耳朵贴在铁轨上可以听到远处的火车声，属于声波的衍射现象解析在空房子里讲话，声音特别响，是波的叠加现象，故选项A错；把耳朵贴在铁轨上可以听到远处的火车声，属于声波在铁轨中的传播，故选项D错．答案BC附：对应高考题组(PPT课件文本，见教师用书)1．(2012·浙江理综，16)用手握住较长软绳的一端连续上下抖动，形成一列简谐横波．某一时刻的波形如图所示，绳上a、b两质点均处于波峰位置．下列说法正确的是()．A．a、b两点之间的距离为半个波长B．a、b两点振动开始时刻相差半个周期C．b点完成全振动次数比a点多一次D．b点完成全振动次数比a点少一次解析相邻的两个波峰之间的距离为一个波长，A错误．波在一个周期内向前传播的距离为一个波长，a点比b点早振动一个周期，完成全振动的次数也比b点多一次，故B、C错误，D正确．答案 D2．(2012·天津理综，7)沿x轴正向传播的一列简谐横波在t＝0时刻的波形如图所示，M为介质中的一个质点，该波的传播速度为40 m/s，t＝140s时()．A．质点M对平衡位置的位移一定为负值B．质点M的速度方向与对平衡位置的位移方向相同C．质点M的加速度方向与速度方向一定相同D．质点M的加速度方向与对平衡位置的位移方向相反解析由波形图及传播方向可知，t＝0时质点M的振动方向向上，由T＝λv＝440s＝110s知t＝140s＝T4，质点M经过T4后处在从正向最大位移回到平衡位置的过程中，所以对平衡位置的位移方向为正，速度方向为负，加速度方向为负，所以A、B错误，C、D正确．答案CD3．(2012·福建卷，13)一列简谐横波沿x轴传播，t＝0时刻的波形如图甲所示，此时质点P正沿y轴负方向运动，其振动图象如图乙所示，则该波的传播方向和波速分别是()．A．沿x轴负方向，60 m/s B．沿x轴正方向，60 m/sC．沿x轴负方向，30 m/s D．沿x轴正方向，30 m/s解析由t＝0时质点P振动方向向下，而从波形图看出波是沿x轴负方向传播，B、D错误．由图甲可得到该波波长λ＝24 m，由图乙可得到周期T＝0.4 s，根据三者关系v＝λT＝60 m/s，A正确，B错误．答案A4．[2012·海南单科，18(1)]某波源S发出一列简谐横波，波源S的振动图象如图所示．在波的传播方向上有A、B两点，它们到S的距离分别为45 m和55 m．测得A、B两点开始振动的时间间隔为1.0 s．由此可知()．①波长λ＝________m；②当B点离开平衡位置的位移为＋6 cm时，A点离开平衡位置的位移是________cm.解析①由波源S的振动图象可知波的周期T＝2.0 s，振幅为A′＝6 cm，由A、B两点开始振动的时间间隔为Δt＝1.0 s，两点间的距离x AB＝55 m－45 m＝10 m，可求出波速为v＝x ABΔt＝10 m/s，由v＝λT可得λ＝v T＝10×2.0 m＝20 m.②由波的图象知A点离开平衡位置的位移是－6 cm.答案 ①20 ②－65．(2012·四川卷，19)在xOy 平面内有一列沿x 轴正方向传播的简谐横波，波速为2 m/s ，振幅为A .M 、N 是平衡位置相距2 m 的两个质点，如图所示．在t ＝0时，M 通过其平衡位置沿y 轴正方向运动，N 位于其平衡位置上方最大位移处．已知该波的周期大于1 s ．则( )．A ．该波的周期为53 sB ．在t ＝13 s 时，N 的速度一定为2 m/s C ．从t ＝0到t ＝1 s ，M 向右移动了2 m D ．从t ＝13 s 到t ＝23 s ，M 的动能逐渐增大解析 根据题意，M 、N 间的基本波形如右图所示，则Δx ＝nλ＋34λ(n ＝0,1,2，…)，所以该简谐横波的波长λ＝84n ＋3 m(n ＝0,1,2，…)．根据v ＝λT ，得简谐横波的周期T ＝λv ＝44n ＋3 s(n ＝0,1,2，…)．当n ＝0时，T ＝43 s ；当n ＝1时，T ＝47 s ．又题设T >1 s ，所以该波的周期T ＝43 s ，选项A 错误．波的传播速度与质点的振动速度是两个不同的物理量，当t ＝13 s 时，N 在平衡位置，振动速度最大但不一定为2 m/s ，选项B 错误．波在传播的过程中，介质质点不沿波的传播方向移动，选项C 错误．从t ＝13 s 到t ＝23 s ，M 从正的最大位移处向平衡位置振动，速度逐渐增大，动能逐渐增大，选项D 正确．答案 D6．(2012·安徽卷，15)一列简谐波沿x 轴正方向传播，在t ＝0时波形如图所示，已知波速为10 m/s.则t ＝0.1 s 时正确的波形应是下图中的( )．解析 由题知：波长λ＝4.0 m ，波在t ＝0.1 s 内传播的距离x ＝v t ＝10×0.1 m ＝1 m ＝14λ，故将原波形图沿波的传播方向(即x轴正方向)平移14λ即可，故选项C 正确，选项A 、B 、D 错误。

机械波ppt课件•机械波基本概念与分类•机械波产生与传播条件•机械波在各向同性介质中传播特性•机械波在各向异性介质中传播特性目•机械波检测技术应用领域及发展趋势•总结回顾与拓展延伸录机械振动在介质中的传播称为机械波。

机械波定义依赖于介质传播传播的是振动形式和能量周期、频率与振源相同机械波的传播需要介质，真空不能传声。

质点只在平衡位置附近振动，并不随波迁移。

波传播过程中，各质点的振动周期和频率都等于振源的振动周期和频率。

机械波定义及特点根据质点振动方向与波传播方向的关系，机械波可分为横波和纵波。

横波与纵波机械波分类与性质质点振动方向与波传播方向垂直的波。

横波质点振动方向与波传播方向在同一直线上的波。

纵波单位时间内波形传播的距离，反映了振动的传播快慢。

波速沿波的传播方向，两个相邻的、相位差为2π的质点间的距离。

波长单位时间内质点振动的次数，反映了振动的快慢。

频率通过演示绳波的形成过程，分析横波的特点和传播规律。

绳波的形成与传播通过演示声波的形成过程，分析纵波的特点和传播规律。

声波的形成与传播通过演示水波的形成过程，分析水波的波动性质和传播规律。

水波的形成与传播通过演示地震波的形成过程，分析地震波的波动性质和传播规律，以及地震波对地球结构和人类活动的影响。

地震波的形成与传播波动现象实例分析产生机械振动的物体或系统，为机械波提供能量。

振源介质作用关系传播机械振动的物质，如固体、液体或气体。

振源的振动通过介质中的质点间相互作用力传递，形成机械波。

030201振源与介质作用关系描述机械波传播规律的数学方程，通常为一阶或二阶偏微分方程。

波动方程根据机械波的传播规律，结合牛顿第二定律和介质本构关系，推导出波动方程。

建立方法采用分离变量法、行波法、驻波法等方法求解波动方程，得到波的传播速度、振幅、相位等参量。

求解方法波动方程建立与求解方法波动能量传递过程探讨波动能量01机械波传播过程中携带的能量，表现为质点振动的动能和势能之和。