机械波.docx

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机械波

机械波

第九章　机械波

第一课时知识梳理

一、考点内容与要求内容要求说明振动在介质中的传播――波横波和纵波，横波的图象，波长、频率和波速的关系波的叠加，波的干涉、衍射现象声波，超声波及其应用多普勒效应ⅡⅡⅠⅠⅠ

二、知识结构

三、本章知识考查特点及高考命题趋本考点内容是历年高考的必考内容，其中命题频率最高的知识点是波的图像、频率、波长、波速的关系。

题型多以选择题、填空题的形式出现，试题信息容量大、综合性强，一道题往往考查多个概念和规律，特别是通过波的图像综合考查对波的理解能力、推理能力和空间想象推理能力。

涉及波的图像的题目在近几年的高考中重现率为100%，一般以选择题的形式出现，常常和质点的振动以及波速公式结合在一起考查，另外，围绕波的干涉、衍射现象、多普勒效应等内容，以新的背景出题的可能性也在不断的增大。

预计在高考中，本考点作为大题出现的可能性比较小，仍将以选择、填空或作图的方式出现，在波的图象上出题的次数仍将最高。

用图象考核理解能力和推理能力以及对图象的理解和应用的题目应予以足够的重视。

四、课后练习1、质点的方向跟波的方向垂直的波，叫做横波。

在横波中，凸起的最高处叫做，凹下的最低处叫做。

质点的方向跟波的方向在同一直线上的波，叫做纵波。

在纵波中，质点分布最密的地方叫做，质点分布最疏的地方叫做。

2、发生地震时，从地震源传出的地震波，既有也有。

3、绳、弹簧、水、空气、地壳等借以传播波的物质，叫做。

在中的传播，形成机械波。

4、介质中有机械波传播时，介质中的质点发生，但质点并不随波而，传播的只是这种形式，同时也将波源的，传递出去，因此波是传递的一种形式。

5、波的运动情况可以用图象表示，用横坐标x表示在波的传播方向上各个质点的，纵坐标y表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的，画出各个质点的x、y坐标，并把这些点连成曲线，就得到某一时刻的波的图象。

波形图象是或曲线的波叫做简谐波。

简谐波是一种最、最的波，其他的波可以看作是由若干简谐波的。

6、波长：

在波动中，对平衡位置的总是相等的两个质点间的，叫做波长。

波长通常用表示。

7、波速：

波速等于和的乘积。

通常用公式表示为。

机械波在介质中的传播速度由的性质所决定。

8、波可以继续传播，这种现象叫做波的衍射。

只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长，或者比波长时，才能观察到明显的衍射现象。

一切波都能发生。

是波特有的现象。

9、几列波相遇时能够保持各自的，继续传播，在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的。

。

相同的两列波叠加，使某些区域振动，某些区域振动，而且振动的区域和振动的区域相互隔开。

这种现象叫做波的干涉，所形成的图样叫做图样。

一切波都能发生。

是波特有的现象。

10、多普勒效应：

由于和观察者之间有，使观察者感到发生变化的现象，叫做多普勒效应。

当波源与观察者有相对运动时，如果二者相互接近，观察者接受到的频率，如果二者相互远离，观察者接受到的频率。

11、频率低于的声波，我们称它为次声波。

频率高于的声波，我们称它为超声波。

12、振动图象和波动图象：

振动图象和波动图像在外形上是非常相似的，都是曲线，但它们所研究的对象和内容却有着本质的区别。

振动图像的横坐标表示，波动图像的横坐标表示。

振动图像反映了质点在时刻的位移，波动图像反映了质点在时刻对各自平衡位置的位移。

从振动图像可以直接读出振动的振幅和，从波动图象可以直接读出振幅和。

随着时间的推移，振动图像已有形状、图像往后，而波动图象是沿着波的传播方向。

第二课时　机械波的形成和传播波的图象一、考点理解1、机械波

（1）定义：

机械振动在介质中传播过程，叫做机械波。

（2）产生条件：

①振源；②传播振动的介质。

（3）分类：

①横波：

质点的振动方向跟波的传播方向垂直的波。

②纵波：

质点的振动方向跟波的传播方向在同一直线上的波。

（4）特点：

①每一质点都以它的平衡位置为中心做振动，后一质点的振动总是落后于带动它的前一质点的振动。

②波传播的是振动的形式，质点并不随波而迁移。

③波是传播能量的一种方式。

④波可以传递信息，例如，语言――利用声波，广播、电视――利用无线电波，光缆――利用光波。

２、描述波的物理量

（1）波长：

在波的传播方向上，两个相邻的在振动过程中对平衡位置的位移总是相等的质点之间的距离叫做波长。

说明：

①在横波中，两个相邻的波峰（或波谷）间的距离等于波长；在纵波中，两个相邻的密部（或疏部）间的距离等于波长。

②波的传播实质上就是波形的平移，波形在一个周期里向前平移的距离等于波长。

（2）频率f：

波源的振动频率，就是波的频率。

因为介质各质点做受迫振动，其振动是由波源的振动引起的，故各个质点的振动频率都等于波源的振动频率，波的频率不随介质的不同而变化，当波从一种介质进入另一种介质时，波的频率不变。

（3）波速：

单位时间内某一波的波峰（或波谷）向前移动的距离，叫波速。

波速由介质本身的性质决定，不同介质中，波速不同。

同类波在同一种均匀介质，波速是一个定值，因，而波的频率f就是波源振动频率，跟介质无关。

说明：

①电磁波传播不需要介质。

②电磁波在介质中传播的速度由介质和电磁波的频率决定。

③气体、液体和固体都能传播纵波，但液体和气体不能传播横波。

３、波动图象

（1）物理意义：

表示波的传播方向上，介质中的各个质点在同一时刻相对平衡位置的位移。

当波源做简谐运动时，它在介质中形成简谐波，其波动图象为正弦或余弦曲线。

（2）由波的图象可获取的信息；①该时刻各质点的位移。

②质点振动的振幅A。

③波长。

④若知道波速的方向,可知各质点的运动方向。

如右图中，设波速向右，则1、4质点沿-y方向运动，2、3质点沿+y方向运动。

⑤若知道该时刻某质点的运动方向。

可判断波的传播方向。

如右上图中，设质点4向上运动，则该波向左传播。

⑥若已知波速υ的大小，可求频率f及周期T：

⑦若已知f或T，可求的大小：

⑧若已知波速的大小和方向，可画出后一时刻的波形图：

波在均匀介质中做匀速运动，在时间△t内各质点的运动形式沿波速方向传播△x=υ△t，即把原波形图沿波的传播方向平移△x，每过一个周期T，波向前传播一个波长λ的距离，波形复原一次。

4、振动和波动的比较类别振动波动运动现象振动是单个质点表现出的周而复始的运动现象波动是质点群联合起来表现出的周而复始的运动现象运动成因质点由于某种原因离开平衡位置，同时受到指向平衡位置的力―――回复力的作用介质中质点受到相邻质点的扰动而随着运动，并由近及远传播开去，各质点间存在相互作用弹力相互联系振动是波的起因，波是振动的传播，就单个质点来看，所呈现的是振动，就各质点的整体来看，所呈现的是波动，都是周而复始的运动现象５、振动图象和波动图象的比较图象名称

对比内容振动图象波动图象研究对象单个振动质点连续介质中的大量质点横坐标轴时间介质中各质点的平衡位置与所选坐标原点的距离（即质点平衡位置的坐标）纵坐标轴振动质点对平衡位置的位移同一时刻各质点对平衡位置的位移物理意义描述一个振动质点的位移随时间变化的规律，能直观表示一个振动质点在一段时间内的运动情况描述介质中大量质点在某一时刻的位移随质点平衡位置的变化情况，能直观表示一列波在某时刻的波形两个相邻峰值间沿横轴的距离等于质点振动的周期，显示出振动的时间对称性等于一个波长，显示出波动的空间对称性图象随时间的变化随着时间的推移，图象将沿着横坐标轴的正方向延伸，但原有的图象不发生变化随着时间的推移，波的图象将沿波的传播方向平移，且每经一个周期，图象又恢复原来的形状图象显示的主要物理量①由纵轴坐标可知振幅②由横轴坐标可知周期③由图象的切线斜率可知速度的大小及方向的变化情况④由位移的变化情况可知加速度的大小及方向的变化情况①由纵轴坐标可知振幅②由横轴坐标可知波长③可根据波的传播方向确定各质点某时刻的运动方向，也可根据某质点的运动方向确定波的传播方向④由位移情况可确定介质中各质点在某一时刻加速度的大小及方向情况二、方法讲解1、画波的图象：

要画出波的图象通常要知道波长λ、振幅A、波的传播方向以及横轴上某质点在该时刻的振动状态（包括位移和振动方向）这四个要素。

2、已知波的传播方向（或某质点的振动方向）来判定图象上该时刻各质点的振动方向（或波的传播方向），方法为如下。

（1）带动法：

根据波的形成，利用靠近波源的点带动它邻近的离波源稍远的点的道理，在被判定振动方向的点附近图象上靠近波源一方找另一点。

若在上方，则带动向上运动如右图所示；若在的下方，则带动向下运动。

（2）微平移法：

将波形沿波的传播方向作微小移动，则可判定点沿y方向的运动方向了。

反过来已知波形和波形上一点的振动方向也可判定波的传播方向。

（3）“口诀”法：

沿波的传播方向看。

“上山低头”“下山抬头”，其中“低头”表示质点向下振动，“抬头”表示质点向上振动。

与“人低头爬山，下山举头远眺”类比形象助记，十分简捷地判定两者方向间的关系。

如下图（a）中已知波向右传播，则向右看，OA段为上山，故质点P向下运动；AB段为下山，则质点Q向上运动，在（b）图中，已知质点P向下运动，即低头，只有上山才低头，也只有向左看才上山。

故波向左传播。

3、已知波速和波形，画出再经△t时间波形图的方法。

（1）平移法：

先算出经△t时间波传播的距离，再把波形沿波的传播方向平移△x即可。

因为波动图象的重复性，若知波长λ，则波形平移nλ时波形不变，当时，可采取去整留零x的方法，只需平移x即可。

（2）特殊点法：

在波形上找两特殊点，如过平衡位置的点和与它相邻的峰（谷）点，先确定这两点的振动方向，再看，由于经波形不变，所以也采取整去留零t的方法，分别作出两特殊点经t后的位置，然后按正弦规律画出新波形。

三、考点应用例1：

关于机械波的说法正确的是（）A、相邻的质点要相互做功B、纵波的质点可以随波迁移，而横波的质点不能C、振源开始时怎样振动，其他质点开始时就怎样振动D、波中各质点振动频率是相同的分析：

机械波是由于介质中前面的质点带动后面的质点，使振源的振动形式与振源的能量向远处传播而形成的，前后质点间存在相互作用力，因而相互做功，故A正确。

波传播过程中，各质点只能在各自的平衡位置附近振动，故质点不随波迁移，因此B错。

振源依次带动下面的质点，每个质点都做受迫振动，其振动频率都与振源频率相同，并且都“仿照”振源振动，故C、D正确。

答案：

A、C、D点评：

理解机械波的形成和传播是正确作出判断的关键。

注意相邻的质点相互作用力做正功时，质点动能增加；做负功时，质点动能减少。

例2：

下图为一横波在某时刻的波形图，已知F质点此时的运动方向如图所示，则（）A、波向右传播B、质点H的运动方向与质点F的运动方向相同C、质点C比质点B先回到平衡位置D、质点C在此时的加速度为零分析：

由于F质点向下运动，跟着右边质点运动，此波从右向左传播，选项A错误。

在此时刻，质点H的运动方向应向上，选项B错误。

由于质点C运动方向向下。

T/4后回到平衡位置，而质点B此时刻运动方向向上，到最大位移后，再用T/4的时间才回到平衡位置，选项C正确。

质点C此时在最大位移处，它的加速度最大，选项D错误。

答案：

C。

点评：

深刻理解波的形成过程，“后边跟前边，时间滞后点”，即灵活运用“带动看齐法”是解此类题的关键，这也是正确把握波动问题的基本能力要求。

例3：

（全国高考题）如下图所示，在xOy平面内有一沿x轴正方向传播的简谐横波，波速为1m/s，振幅为4cm，频率为2.5Hz。

在t=0时刻，P点位于其平衡位置上方最大位移处，则距P为0.2m的Q点（）A、在0.1s时的位移是4cmB、