2019高中物理 第2章 机械波章末知识梳理学案 教科版选修3-4.doc
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1、1机械波机械波章末知识梳理章末知识梳理【学习目标学习目标】 1波的形成与传播。 2波的多解。 3波的特有现象。 4波动图像与振动图像关系。 5波长、波速与频率的关系。 6通过波的图像综合,加深对波的理解能力、推理能力和空间想象能力,结合图像解决问题。【知识网络知识网络】【要点梳理要点梳理】要点诠释:要点诠释: 要点一、振动图像与波动图像的比较要点一、振动图像与波动图像的比较振动图像波动图像研究对象一个振动质点沿波传播方向的所有质点研究内容一个质点位移随时间的变化规律某时刻所有质点的空间分析规律图像物理意义表示一个质点存各时刻的位移表示某时刻各质点的位移图像信息(1)质点振动周期 (2)质点振幅
2、 (3)各时刻质点位移 (4)各时刻速度、加速度方向(1)波长、振幅 (2)任意一质点此刻的位移 (3)任意一质点在该时刻加速度 方向 (4)传播方向、振动方向的互判形成:机械振动在介质中的传播 条件:波源(振源) 、介质,二者缺一不可 特点:传播的是运动形式、能量、信息,质点并没随波迁移 波动与质点振动的关系 分类:按波动方向与振动方向的关系分横波、纵波机械波的形成波长(波空间的周期性) 、频率(周期) 、波速关系:或vfvT描述波的物理量形成及物理意义 与振动图像的区别 从波动图像可获得的信息波动图像衍射:波绕过障碍物或小孔的现象 叠加原理 干涉(干涉与衍射是波特有的现象) 多普勒效应:波
3、源与观察者相对运动产生的,一切波都会发生多普勒效应 反射和折射(惠更斯原理,可分析其规律)波的一些现象机械波2形象比喻记录着一个人一段时间内活动的 录像带记录着许多人某时刻动作表情的 集体照片图像变化随时间推移,图像延续,但已有 形状不变随时间推移,图像沿传播方向平 移一完整曲线占 横坐标距离表示一个周期表示一个波长要点二、波动图像问题中的多解性讨论要点二、波动图像问题中的多解性讨论 波动图像问题中的多解性涉及: (1)波的空间周期性; (2)波的时间周期性; (3)波的双向性; (4)介质中两质点间距离与波长关系未定; (5)介质质点振动方向未定 具体讨论如下: 波的空间周期性沿波的传播方向
4、,在x轴上任取一点P x、,如图所示P点的振动完全重复波源O的振动,只是时间上比O点要落后t时间,且xxtTv 。在同一波线上,凡坐标与P点坐标x之差为波长整数倍的许多质点,在同一时刻t的位移都与P点处的质点的振动位移相同,其振动速度、加速度也 都与P点处的质点相同,或者说它们的振动“相貌”完全相同因此在同一波线上,某一振动“相 貌”势必会不断地重复出现,这就是机械波的空间周期性波的空间周期性说明,在同一波线上,相 距为波长整数倍的多个质点的振动情况完全相同波的时间周期性在x轴上取一给定质点,在tkT时刻的振动情况与它在t时刻的振动情况(位移、速度、加速 度等)相同因此在t时刻的波形,在tkT
5、时刻必然多次重复出现,这就是机械波的时间周期性波的时间周期性表明,波在传播过程中,经过整数倍周期时,其波形图像相同波的双向性双向性是指波沿正、负两方向传播时,若正、负两方向传播的时间之和等于周期的整数倍,则正 负两方向传播到任一时刻波形相同波的对称性波源的振动,要带动它左、右相邻介质点的振动,波要向左右两方向传播对称性是指波在介质 中向左、向右同时传播时,关于波源对称的左、右两质点振动情况完全相同【典型例题典型例题】 类型一、类型一、已知振动情况求波长已知振动情况求波长 例 1绳上有一列简谐波向右传播,当绳上某质点A向上运动到最大位移时,在其右方距A点 0.3 m处的质点B刚好向下运动到最大位
6、移,已知波长大于0.15 m,则波长可能是( ) 3A0.2 m B0.4 m C0.6 m D0.8 m【思路点拨】分析AB、间距与波长可能的关系,由波长大于0.15 m,确定波长的可能值。【答案】A、C【解析】如图所示,由题意知,AB、间距可能为23212n、,其中0 1 2 3n ,由于0.15 m,所以AB、间只可能有两种情况,即半个波长或一个半波长如果为半个波长,则0.3m2,0.6 m;如果为1.5个波长。则 320.3 m、,0.2 m【总结升华】沿波的传播方向上相距(21)2n的质点振动反相,相距 n的质点振动同相举一反三举一反三: :【变式 1】一列横波在0t、时刻的波形如图
7、中实线所示,在1 st、时刻波形如图中虚线所示由 此可以判定此波的( ) A波长一定是4 cm B周期一定是4 s C振幅一定是4 cm D传播速度一定是1 cm/s【答案】A4【解析】由题图知,波长是4 cm,振幅是2 cm,周期及波速无法确定【变式 2】在某介质中形成一列简谐波,0t、时刻的波形如图中的实线所示若波向右传播,零 时刻刚好传到B点,且再经过0.6 s,P点也开始起振,求:(1)该列波的周期T; (2)从0t、时刻起到P点第一次达到波峰时止,O点相对平衡位置的位移0y及其所经过的路程0s各为多少?【答案】(1)0.2 s (2)2 cm、 0.3 m【解析】由图象可知,2 m、
8、,2 cmA、. 当波向右传播时,点B的起振方向竖直向下,包括P点在内的各质点的起振方向均为竖直向 下(1)波速16= m/s=10 m/s0.6xvt,由=vT,得=0.2 sTv.(2)由0t、至P点第一次到达波峰,经历的时间21330.75 (3)44ttTsT,而0t、时O点的振动方向竖直向上(沿y轴正方向),故经2t时间,O点振动到波谷,即:02 cmy 、,034(3) 4 =0.3 m4snAA.类型二、类型二、根据波动分析振动情况根据波动分析振动情况例 2一列横波沿AB方向传播,波的频率为5 Hz,振幅为2 cm,AB、两点间距为6 m,振动方向总是相反,在某时刻两质点同处于平
9、衡位置,它们之间只有一个波峰试求波从A点传到 B点时间内,A处质点通过的路程【思路点拨】AB之间只有一个波峰,只可能有图示的两种情况。分别确定波长,再利用波速、 波长、频率的关系及运动学知识求得路程。【解析】波形曲线为图中l时,有51 2AB,得1212 mAB则波速为1112 5 m/s60 m/svf故波从A传到 B 的时间1 16s0.1s60ABtv,所以A通过的路程为1 10.144 2cm4cm0.2tsAT 同理,当波形曲线为图中2时,23 2AB,则224m3AB,波速2220 m/svf,则A通过的路程为2 2/412cmAB vsAT【总结升华】机械波的多解性是本章知识考查
10、的重点,在解决该类问题时,应注意搞清题目出现 多解的原因,以防漏解一般来讲造成波动问题多解的原因有:(1)传播方向的不确定性;(2) 波动在时间上的周期性;(3)波动在空间上的周期性等等同学们只要在学习过程中,注意归纳总 结,反复练习,一定能提高自己分析问题、解决问题的能力举一反三举一反三: :【变式 1】一弹簧振子沿轴x振动,振幅为4cm,振子的平衡位置位于x 轴上的0点,图 1 中 的为四个不同的振动状态;黑点表示振子的位置,黑点上的箭头表示运动的方向,图 2 给出的 四条振动图线,可用于表示振子的振动图象( ) 6A若规定状态a时0t ,则图象为B若规定状态b时0t ,则图象为C若规定状
11、态c时0t ,则图象为D若规定状态d时0t ,则图象为【答案】AD【变式 2】如图所示,一列简谐波以8.0m/s的速度向右传播,某一时刻沿波的传播方向上有 ab、两质点,位移大小相等,方向相同以下说法正确的是( ) A无论再经过多长时间,ab、两质点位移不可能大小相等、方向相反B再经过0.25s,ab、两质点位移第一次大小相等、方向相反C再经过1.0s,ab、两质点位移第一次大小相等、方向相反D再经过1.5s,ab、两质点位移第一次大小相等、方向相反【答案】B【变式 3】一简谐机械波沿x轴正方向传播。在10t 、21.0st 时刻该波的波形曲线分别如图中实线、虚线所示。ab、为该机械波上的两个
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