2018-2019學年高中物理 模塊專題復習 專題二 機械波的理解和應用學案 魯科版選修3-4.docx

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專題二 機械波的理解和應用 一、波的圖象反映的信息及其應用 從波的圖象可以看出： (1)波長λ； (2)振幅A； (3)該時刻各質(zhì)點偏離平衡位置的位移情況； (4)如果波的傳播方向已知，可判斷各質(zhì)點該時刻的振動方向以及下一時刻的波形； (5)如果波的傳播速度大小已知，可利用圖象所得的相關信息進一步求得各質(zhì)點振動的周期和頻率：T＝，f＝. [復習過關] 1.(多選)一列簡諧橫波在t＝0時刻的波形圖如圖1實線所示，從此刻起，經(jīng)0.1s波形圖如圖虛線所示，若波傳播的速度為10m/s，則(　　) 圖1 A.這列波沿x軸負方向傳播 B.這列波的周期為0.4s C.t＝0時刻質(zhì)點a沿y軸正方向運動 D.從t＝0時刻開始質(zhì)點a經(jīng)0.2s通過的路程為0.4m E.x＝4m處的質(zhì)點的位移表達式為y＝0.2sin5πtm 答案　ABDE 解析　從題圖可以看出波長等于4m，由已知得波速等于10m/s，周期T＝0.4s；經(jīng)0.1s波傳播的距離x＝vΔt＝1m，說明波沿x軸負方向傳播；t＝0時刻質(zhì)點a沿y軸負方向運動；從t＝0時刻開始質(zhì)點a經(jīng)0.2s，即半個周期通過的路程為0.4m；由y＝Asinωt易得E正確. 2.如圖2所示的橫波正在沿x軸正方向傳播，波速為0.5m/s.請回答下列問題： 圖2 (1)質(zhì)點P此時速度方向如何？加速度方向如何？ (2)質(zhì)點K和P哪個先回到平衡位置？ (3)經(jīng)過半個周期，質(zhì)點L的位移和路程分別等于多少？波傳播的距離是多少？ (4)請畫出此波經(jīng)過1s后的波形曲線. 答案　見解析 解析　(1)由于波沿x軸正方向傳播，可判斷質(zhì)點P向上振動，即質(zhì)點P速度方向向上；加速度方向與位移方向相反，指向y軸負方向. (2)質(zhì)點P向上振動，回到平衡位置的時間大于，而質(zhì)點K經(jīng)回到平衡位置，故質(zhì)點K先回到平衡位置. (3)質(zhì)點L經(jīng)過半個周期，回到平衡位置，位移為0；路程為2A＝0.2m.波傳播的距離為λ＝1.0m. (4)T＝＝s＝4s，而Δt＝1s＝，在內(nèi)波傳播，經(jīng)后的波形如圖中虛線所示. 二、波的圖象與振動圖象的區(qū)別和聯(lián)系 面對波的圖象和振動圖象問題時可按如下步驟來分析： (1)先看兩軸：由兩軸確定圖象種類. (2)讀取直接信息：從振動圖象上可直接讀取周期和振幅；從波的圖象上可直接讀取波長和振幅. (3)讀取間接信息：利用振動圖象可確定某一質(zhì)點在某一時刻的振動方向；利用波的圖象可進行波傳播方向與某一質(zhì)點振動方向的互判. (4)利用波速關系式：波長、波速、周期間一定滿足v＝＝λf. [復習過關] 3.一列簡諧波在t＝0時刻的波形圖如圖3(a)所示，圖(b)表示該波傳播的介質(zhì)中某質(zhì)點此后一段時間內(nèi)的振動圖象，則(　　) 圖3 A.若波沿x軸正方向傳播，(b)圖應為a點的振動圖象 B.若波沿x軸正方向傳播，(b)圖應為b點的振動圖象 C.若波沿x軸正方向傳播，(b)圖應為c點的振動圖象 D.若波沿x軸正方向傳播，(b)圖應為d點的振動圖象 答案　B 解析　在題圖(b)中，t＝0時刻質(zhì)點在平衡位置且向y軸正方向運動，若波沿x軸正方向傳播，只有b點滿足此條件，選項B正確. 4.(多選)如圖4甲所示的y－x圖象表示一列簡諧波在沿x軸方向傳播時的波形圖，則圖乙所示的y－t圖象表示的是(　　) 圖4 A.當這列波沿x軸正方向傳播時，表示a質(zhì)點的振動圖象 B.當這列波沿x軸負方向傳播時，表示a質(zhì)點的振動圖象 C.當這列波沿x軸正方向傳播時，表示b質(zhì)點的振動圖象 D.當這列波沿x軸負方向傳播時，表示b質(zhì)點的振動圖象 答案　AD 解析　如果這列波沿x軸正方向傳播，a質(zhì)點應向上運動，b質(zhì)點應向下運動，振動圖象表示的是a質(zhì)點的振動圖象；如果這列波沿x軸負方向傳播，a質(zhì)點應向下運動，b質(zhì)點應向上運動，振動圖象表示的是b質(zhì)點的振動圖象. 三、波動問題的多解性 波動問題出現(xiàn)多解性的原因： (1)空間周期性：波在均勻介質(zhì)中傳播時，傳播的距離Δx＝nλ＋x0(n＝0,1,2……)，式中λ為波長，x0表示傳播距離中除去波長的整數(shù)倍部分后余下的那段距離. (2)時間周期性：波在均勻介質(zhì)中傳播的時間Δt＝nT＋t0(n＝0,1,2……)，式中T表示波的周期，t0表示總時間中除去周期的整數(shù)倍部分后余下的那段時間. (3)傳播方向的雙向性：我們解決的都是僅限于波在一條直線上傳播的情況，即有沿x軸正方向或負方向傳播的可能. (4)介質(zhì)中質(zhì)點間距離與波長的關系的不確定性：已知兩質(zhì)點平衡位置間的距離及某一時刻它們所在的位置，由于波的空間周期性，則兩質(zhì)點存在著多種可能波形.做這類題目時，可根據(jù)題意，在兩質(zhì)點間先畫出最簡波形，然后再做一般分析，從而寫出兩質(zhì)點間的距離與波長關系的通式. [復習過關] 5.如圖5所示，簡諧橫波在t時刻的波形如實線所示，經(jīng)過Δt＝3s，其波形如虛線所示.已知圖中x1與x2相距1m，波的周期為T，且2T＜Δt＜4T.則可能的最小波速為________m/s，最小周期為________s. 圖5 答案　5　 解析　由題圖可知波長為λ＝7m.若波向右傳播，則Δt＝T＋nT，故T＝，結(jié)合題目可知n＝2,3； 若波向左傳播，則Δt＝T＋mT，故T＝，結(jié)合題目可知m＝2,3. 當波向右傳播，且n＝2時，周期T最大，為T＝s，波速最小，最小波速為v＝＝m/s＝5 m/s.當波向左傳播，且m＝3時，周期最小，最小周期為T＝s. 6.一列橫波沿AB方向傳播，波的頻率為5Hz，振幅為2cm，A、B兩點間距離為6m，振動方向總是相反，在某時刻兩質(zhì)點同處于平衡位置，它們之間還有一個波峰.試求波的可能波長. 答案　4m或12m 解析　當波形曲線為圖中曲線1時，AB＝，得λ1＝2AB＝12m.當波形曲線為圖中曲線2時，AB＝，λ2＝AB＝4m. 四、波的干涉及衍射　多普勒效應 1.頻率相同的波疊加才能得到穩(wěn)定的干涉圖樣.振動加強的點仍在平衡位置附近振動，只是振幅變大了；振動減弱的點并不是不振動，只是振幅減小了；只有當兩列波的振幅相等時，振動減弱的點才不振動. 2.一切波都能發(fā)生衍射.對同一列波，縫、孔或障礙物的尺寸越小衍射現(xiàn)象越容易發(fā)生.只有縫、孔或障礙物的尺寸跟波長差不多或比波長小時才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象. 3.多普勒效應表現(xiàn)為：當觀察者接近波源時，接收到的頻率升高；當觀察者遠離波源時，接收到的頻率降低. [復習過關] 7.醫(yī)院通過彩超對人體進行體檢時，彩超機向人體內(nèi)發(fā)射頻率已精確掌握的超聲波，超聲波經(jīng)血液反射后被專用儀器接收，測出反射波的頻率變化，就可以知道血液的流速.這一技術主要利用了哪一種物理現(xiàn)象(　　) A.多普勒效應 B.波的衍射 C.波的干涉 D.共振 答案　A 解析　彩超機是利用超聲波的多普勒效應而制成的儀器. 8.已知空氣中的聲速為340m/s.現(xiàn)有幾種聲波：①周期為s；②頻率為104Hz；③波長為10m.它們傳播時若遇到寬約為13m的障礙物，能產(chǎn)生顯著的衍射現(xiàn)象的是(　　) A.①和② B.②和③ C.①和③ D.都可以 答案　C 解析?、?、②、③三種聲波的波長分別為λ1＝340m＝17m，λ2＝m＝0.034m，λ3＝10m，根據(jù)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件可知，①、③兩種聲波的波長與障礙物的尺寸差不多，能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象，故C正確.