2019版高考物理培优一轮计划全国创新版培优讲义:第15章 选修3-4 第54课时机械波 WORD版含解析.docx
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- 2019版高考物理培优一轮计划全国创新版培优讲义:第15章选修3-4 第54课时机械波 WORD版含解析 2019 高考
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1、第54课时机械波考点1机械波的形成与传播1机械波的形成条件:(1)波源;(2)介质。2机械波的特点(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(填“相同”或“不同”),振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同(填“相同”或“不同”)。(3)各质点开始振动(即起振)的方向均相同(填“相同”或“不同”)。(4)一个周期内,质点完成一次全振动,通过的路程为4A,位移为零。3波长、波速、频率及其关系(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)
2、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:vf。特别提醒:机械波从一种介质进入另一种介质,频率不变,波速、波长都改变。4机械波的波速仅由介质来决定,波速在固体、液体中比在空气中大。波速的计算方法:v或v。5波的传播方向与质点振动方向的互判方法内容图象“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“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“微平移”法将波形沿传播方向进行微小的平移,再由对应同一x坐标的两波形曲线上的点来判断振动方向例1如图所示,是某绳波形成过程的示意图。质点1在外力作用下沿直线方向做简谐运动,带动2、3、4各
3、个质点依次上下振动,把振动从绳的左端传到右端。已知t0时,质点1开始向上运动,t时,1到达最上方,5开始向上运动。问:(1)t时,质点8、12、16的运动状态(是否运动、运动方向)如何?(2)t时,质点8、12、16的运动状态如何?(3)tT时,质点8、12、16的运动状态如何?解析各时刻的波形图如图甲、乙、丙所示。(1)由甲图可知,t时,质点8未达到波峰,正在向上振动,质点12、16未振动。(2)由乙图可知,t时,质点8正在向下振动,质点12向上振动,质点16未振动。(3)由丙图可知,tT时,质点8、12正在向下振动,质点16向上振动。答案见解析(1)介质中每个质点做的都是受迫振动,所以任一
4、质点的振动频率和周期都和波源相同,因此可以断定:波从一种介质进入另一种介质,由于介质的情况不同,它的波长和波速可能改变,但频率和周期都不会改变。(2)波传到任意一点,该点的起振方向都和波源的起振方向相同。(3)振源经过一个周期T完成一次全振动,波恰好向前传播一个波长的距离,所以有vf。(4)质点振动nT(波传播n)时,波形不变。(5)相隔波长整数倍的两质点,振动状态总相同;相隔半波长奇数倍的两质点,振动状态总相反。1(2015四川高考)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
5、一个波峰,这列水面波()A频率是30 Hz B波长是3 mC波速是1 m/s D周期是0.1 s答案C解析由题意画出波形图如图所示,可知甲、乙两小木块间的距离x3 m,故波长2 m,B错误。又知两小木块都是每分钟振动30次,故周期T2 s,频率f0.5 Hz,则波速v1 m/s。故A、D错误,C正确。2如图所示,1、2、3、4是某绳(可认为是均匀介质)上一系列等间距的质点。开始时绳处于水平方向,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。已知t0时,质点1开始向下运动,经过二分之一周期,质点9开始运动。则在二分之一周期时,下列说法正确的
6、是()A质点3向上运动 B质点5所受回复力为零C质点6的加速度向下 D质点9的振幅为零答案A解析经过二分之一周期,质点9开始运动,波形图如图所示。此时质点9开始向下振动,其位移为零,但振幅不为零,D错误;质点3向上运动,A正确;质点5到达最低点回复力向上最大,B错误;质点6在平衡位置以下向下振动,加速度向上,C错误。3(人教版选修34 P28T1改编)(多选)简谐横波某时刻的波形如图所示。a为介质中的一个质点,由图象可知()A质点a的加速度方向一定沿y轴负方向B质点a的速度方向一定沿y轴负方向C经过半个周期,质点a的位移一定为负值D经过半个周期,质点a通过的路程一定为2AE经过半个周期,质点a
7、的速度方向一定沿y轴正方向答案ACD解析质点a做简谐运动,其回复力指向平衡位置,故其加速度一定沿y轴负方向。速度方向与波的传播方向有关,若波向右传播,则质点a向y轴正方向运动;若波向左传播,则质点a向y轴负方向运动。经过半个周期后,质点a到达x轴下方的对称点,且通过的路程一定是2A,故A、C、D正确,B错误;经过半个周期后,质点a到达x轴下方的对称点,速度方向可能沿y轴正方向,也可能沿y轴负方向,E错误。考点2波动图象与振动图象的综合问题振动图象波动图象研究对象一振动质点沿波传播方向的所有质点研究内容一质点的位移随时间的变化规律某时刻所有质点的空间分布规律图象物理意义表示同一质点在各时刻的位移
8、表示某时刻各质点的位移图象信息(1)质点振动周期(2)质点振幅(3)质点在各时刻的位移(4)各时刻速度、加速度的方向(1)波长、振幅(2)任意一质点在该时刻的位移(3)任意一质点在该时刻的加速度方向(4)传播方向、振动方向的互判图象变化随时间推移,图象延续,但已有形状不变随时间推移,波形沿传播方向平移一完整曲线占横坐标的距离表示一个周期表示一个波长例2(2015天津高考)图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图,a、b两质点的横坐标分别为xa2 m和xb6 m,图乙为质点b从该时刻开始计时的振动图象。下列说法正确的是()A该波沿x方向传播,波速为1 m/sB质点a经4 s振动的路程为4 mC此时刻
9、质点a的速度沿y方向D质点a在t2 s时速度为零解析由题图乙可知,简谐横波的周期T8 s,且t0时质点b沿y方向运动,根据“同侧法”可知波沿x方向传播,质点a沿y方向运动,A、C错误;质点a经过4 s振动的路程s2A1 m,B错误;质点a在t2 s时,处于负向最大位移处,速度为零,D正确。答案D解决振动图象与波动图象的综合问题的注意点(1)分清振动图象与波动图象。(2)找准波动图象对应的时刻。(3)找准振动图象描述的质点。(多选)如图a所示为一列简谐横波在t0.10 s时刻的波形图,P是平衡位置在x1.0 m处的质点,Q是平衡位置在x4.0 m处的质点;图b为质点Q的振动图象。下列说法正确的是
10、()A在t0.10 s时,质点Q向y轴正方向运动B在t0.25 s时,质点P的加速度方向与y轴正方向相同C从t0.10 s到t0.25 s,该波沿x轴负方向传播了6 mD从t0.10 s到t0.25 s,质点P通过的路程为30 cmE质点Q简谐运动的表达式为y0.10sin10t(m)答案BCE解析由图a得8 m,由图b得T0.2 s,所以v40 m/s。由图b知,在t0.10 s时,质点Q通过平衡位置向y轴负方向运动,A错误;结合图a,由“同侧法”判得波沿x轴负方向传播,画出t0.25 s时的波形图,如图所示,标出P、Q点,此时P点在x轴下方,其加速度向上,B正确;t0.25 s0.10 s
11、0.15 sT,xvt6 m,C正确;P点起始位置不在平衡位置或最大位移处,所以经过tT质点通过的路程不等于3A(即30 cm),故D错误;由图知A0.10 m,10 rad/s,所以Q点简谐运动表达式为y0.10sin10t(m),E正确。考点3波的多解问题造成波动问题多解的主要因素1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。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周期性(1)时间周期性:时间间隔t与周期T的关系不明确。(2)空间
12、周期性:波传播距离x与波长的关系不明确。例3一根张紧的水平弹性长绳上的a、b两点,相距14 m,b点在a点的右方,如图所示,当一列简谐横波沿此长绳向右传播时,若a点的位移达到正向最大时,b点的位移恰好为零,且向下运动,经过1 s后,a点的位移为零,且向下运动,求这简谐横波的波速。解析由题知,当a点的位移达到正向最大时,b点的位移恰好为零,且向下运动,分析可得ab之间的水平距离至少为,画出波形图如图所示。考虑周期性可以得到xab,n0,1,2根据题意,经过1 s后,a点的位移为零,且向下运动,则有tT,k0,1,2则得到波长,T,波速v m/s(k0,1,2,n0,1,2)。答案 m/s(k0,
13、1,2,n0,1,2)根据a、b两点的状态,分析它们平衡位置之间的距离与波长的关系。当a点的位移达到正极大值时,b点的位移恰为0,且向下运动,a、b平衡位置间距离至少等于波长,根据波的周期性,得出波长的通项。根据经过1 s后,a点的位移为0,且向下运动,得出时间与周期的关系式,得到周期的通项,求出波速的通项。(多选)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t0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 sB该波的周期为 sC在t s时,
14、N的速度一定为2 m/sD从t0到t1 s,M向右移动了2 mE从t s到t s,M的动能逐渐增大答案BE解析本题宜先画出一个正弦波形图,再根据题意,结合周期性标明合适的M、N点,如图所示。由上图可知M、N两点平衡位置相距d(n0,1,2,3,),又因为T,联立解得T s。由于周期大于1 s,即 s1 s,所以n0,解得T s,A错误、B正确;t s,即t,N将处于平衡位置,其振动速度达到最大,但大小未知,因为振动速度与传播速度2 m/s无关,C错误;机械波传播的是振动的形式和能量,质点本身并不会随波迁移,D错误;t s和t s分别对应和,即M从正向最大位移处向平衡位置运动,其速度从零逐渐增至
15、最大,动能也是如此,E正确。考点4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r。(1)当两波源振动步调一致时若rn (n0,1,2,),则振动加强;若r(2n1)(n0,1,2,),则振动减弱。(2)当两波源振动步调相反时若r(2n1)(n0,1,2,),则振动加强;若rn(n0,1,2,),则振动减弱。2波的衍射现象是指波能绕过障碍物继续传播的现象,产生明显衍射现象的条件是缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不大或者小于波长。3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
16、全波的个数,当波以速度v通过观察者时,时间t内通过的完全波的个数为N,因而单位时间内通过观察者的完全波的个数,即接收频率。(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。1(人教版选修34 P36T2改编)(多选)如图所示,S是振源,M、N是挡板,其中N固定,M可以上下移动,为了使原来不振动的A点振动起来,可采用的办法是()A增大S的振动频率 B减小S的振动频率CM下移 DM上移答案BC解析要使A振动起来,则S振动产生的波必须经窄缝发生明显衍射,原来A未振动,说明窄缝的宽度太大,所以应使窄缝的宽度减小,C正确、D错误;当然A未振动的另一
17、个原因是波长太小,在传播速度一定的前提下,要增大波长则必须减小S的振动频率,B正确、A错误。2(人教版选修34 P39T2改编)(多选)当人听到的声音频率越来越低时,可能是因为()A声源和人都是静止的,但声源振动的频率越来越低B人静止,声源远离人做匀速直线运动,且声源振动的频率不变C人静止,声源远离人做匀加速直线运动,且声源振动的频率不变D声源静止,人远离声源做匀加速直线运动,且声源振动的频率不变答案ACD解析B项中人听到的频率低于声源频率且不变,故B错误;发生多普勒效应时,两者加速远离时听到的频率越来越低,当两者都静止时,不发生多普勒效应,但声源频率越来越低时,听到的频率也越来越低,故选A、
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