2024版新教材高考物理全程一轮总复习第八章机械振动与机械波第2讲机械波课件
展开课 程 标 准1.通过观察，掌握机械波的特征；会区别横波和纵波；能用图像描述横波；理解波速、波长和频率的特征．2.知道波的反射和折射现象．通过实验，了解波的干涉和衍射现象． 素 养 目 标物理观念：了解机械波的概念，知道波的干涉和衍射的特点．科学思维：会运用简谐运动的规律辅助机械振动图像和波动图像，解决生活中与机械振动、机械波相关的问题；能用波的叠加理论解释生活中的干涉现象．
一、机械波1．机械波(1)机械波的形成条件①有发生机械振动的________．②有传播________，如空气、水等．
(2)传播特点①机械波传播的只是振动的________和________，质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动，并不随波________． 各质点的振幅相同②波传到任意一点，该点的起振方向都和波源的起振方向________．③介质中每个质点都做________振动，因此，任一质点的振动频率和周期都和波源的振动频率和周期________．④波源经过一个周期T完成一次________，波恰好向前传播一个波长的距离．
2．波的图像(1)坐标轴：横轴表示各质点的_________，纵轴表示该时刻各质点的________．(2)意义：表示在波的传播方向上，某时刻各质点离开____________的位移． 最大位移为A或－A(3)图像(如图)
二、波的干涉、衍射和多普勒效应1．波的干涉和衍射
2.多普勒效应(1)定义：波源与观察者______________________，接收到的频率____________的现象．(2)实质：波源频率________，观察者接收到的频率____________．(3)规律：①波源与观察者如果相互靠近，观察者接收到的频率变大． 波源频率不变②波源与观察者如果相互远离，观察者接收到的频率变小． 波源频率不变③波源和观察者如果相对静止，观察者接收到的频率________波源的频率．
相互靠近或者相互远离时
走进生活汽车无人驾驶技术最常用的是ACC自适应巡航控制系统，它可以控制无人车在前车减速时自动减速、前车加速时自动跟上去．其使用的传感器主要有毫米波雷达，通过发射和接收调制过的无线电波来判断前车的距离、方位和移动速度等信息．ACC自适应巡航控制系统利用了(1)波的折射现象( )(2)波的衍射现象( )(3)波的多普勒效应( )(4)波的干涉现象( )
考点一 波的传播及波的图像波的传播方向判定质点的振动方向的方法
例3 [2022·浙江6月](多选)位于x＝0.25 m的波源P从t＝0时刻开始振动，形成的简谐横波沿x轴正负方向传播，在t＝2.0 s时波源停止振动，t＝2.1 s时的部分波形如图所示，其中质点a的平衡位置xa＝1.75 m，质点b的平衡位置xb＝－0.5 m．下列说法正确的是( )A．沿x轴正负方向传播的波发生干涉B．t＝0.42 s时，波源的位移为正C．t＝2.25 s时，质点a沿y轴负方向振动D．在0到2 s内，质点b运动总路程是2.55 m
针 对 训 练1.[2023·河南南阳镇平一中月考]波源S位于坐标原点，t＝0时刻开始沿y轴做简谐运动，一段时间后形成一列沿x轴正方向传播的机械波．t＝0.8 s时，形成如图所示的波形(由于x＝1.5 m至x＝7.5 m处被遮挡，波形未能完全显示)．
考点二 波的图像与振动图像的综合应用振动图像和波的图像的比较
例4 [2022·山东卷](多选)一列简谐横波沿x轴传播，平衡位置位于坐标原点O的质点振动图像如图所示．当t＝7 s时，简谐波的波动图像可能正确的是( )
[方法技巧]求解波的图像与振动图像综合问题三关键：“一分、一看、二找”
针 对 训 练2.一列沿x轴正方向传播的简谐横波，其波源的平衡位置在坐标原点，波源在0～4 s内的振动图像如图(a)所示，已知波的传播速度为0.5 m/s.(1)求这列横波的波长；(2)求波源在4 s内通过的路程；(3)在图(b)中画出t＝4 s时刻的波形图．
解析：(1)由题知图(a)为波源的振动图像，则可知A＝4 cm，T＝4 s由于波的传播速度为0.5 m/s，根据波长与速度关系有λ＝vT＝2 m.(2)由(1)可知波源的振动周期为4 s，则4 s内波源通过的路程为s＝4A＝16 cm.(3)由题图可知在t＝0时波源的起振方向向上，由于波速为0.5 m/s，则在4 s时根据x＝vt＝2 m可知该波刚好传到位置为2 m的质点，且波源刚好回到平衡位置，且该波沿正方向传播，则根据“上坡、下坡”法可绘制出t＝4 s时刻的波形图如下图所示答案：(1)2 m (2)16 cm (3)见解析
考点三 波的多解问题1．波动问题多解的主要因素(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：波传播的距离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．2．解决波的多解问题的思路一般采用从特殊到一般的思维方法，即找出一个周期内满足条件的关系Δt或Δx，若此关系为时间，则t＝nT＋Δt(n＝0、1、2、…)；若此关系为距离，则x＝nλ＋Δx(n＝0、1、2、…)．
例5 如图甲所示，某宇航员在太空中进行实验，左边为弹簧振动系统，弹簧振子连接一根很长的软绳，取沿绳方向为x轴，沿弹簧轴线方向为y轴(x轴与y轴垂直)，振子从平衡位置(坐标原点O点)沿y轴方向振动，某时刻绳子的波形如图乙中实线所示(t0＝0)，经过t1＝0.2 s后的波形如图乙中虚线所示，P为x＝4 m处的质点，则( )A.绳子上产生的波的传播速度可能为35 m/sB．质点P的振动频率可能为1.25 HzC．从t＝0开始，质点P经过0.8 s沿x轴正方向运动4 mD．t＝0.4 s时，质点P的位置在y＝4 cm处
考点四 波的干涉、衍射 多普勒效应1．波的叠加在波的叠加中，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和．
针 对 训 练4.(多选)下列说法正确的是( )A．在干涉现象中，振动加强点的位移总比减弱点的位移要大B．单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期与单摆的摆长无关C．火车鸣笛向我们驶来时，我们听到的笛声频率将比声源发声的频率高D．当水波通过障碍物时，若障碍物的尺寸与波长差不多，或比波长大的多时，将发生明显的衍射现象
解析：在干涉现象中，振动加强点振幅最大，位移在变化，所以振动加强点的位移不是总比减弱点的位移大，故A错误；单摆在周期性外力作用下做受迫振动，单摆的振动周期与驱动力的周期相等，与固有周期无关，故与单摆的摆长无关，故B正确；火车鸣笛向我们驶来时，根据多普勒效应知，我们听到的笛声频率大于声源发声的频率，故C正确；当水波通过障碍物时，若障碍物的尺寸与波长差不多，或比波长小的多时，将发生明显的衍射现象，故D错误．
6．[2023·广东广州模拟]频率恒定且同步振动的两个声源S1、S2相距12 m放置．一观测者在S1、S2之间的连线上移动，听到音量大小起伏变化，且其中一个音量最小的位置与S1相距5 m．若声速为340 m/s，求声源振动的最小频率．
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