2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十二章 機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波 第2單元 機(jī)械波教案

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1、2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十二章 機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波 第2單元 機(jī)械波教案 （一）機(jī)械波的產(chǎn)生和傳播 波的概念 一、機(jī)械波——機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播 二、形成條件 1、 振動(dòng)的物體――振源波源、波的發(fā)源地，最先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，不是自由振動(dòng)，而應(yīng)是受迫振動(dòng)，有機(jī)械振動(dòng)，不一定有機(jī)械波，有機(jī)械波必有機(jī)械振動(dòng)。 2、 傳播振動(dòng)的媒介物――介質(zhì)應(yīng)具有彈性的媒質(zhì)，這里的彈性與前述彈性不同，能形成波的媒質(zhì)叫彈性媒質(zhì)。 三、波的特點(diǎn)和傳播 1、 把介質(zhì)看成是由大量的質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成的，規(guī)定離振源近的稱為前一質(zhì)點(diǎn)，離振源遠(yuǎn)的稱為后一個(gè)質(zhì)點(diǎn)。相鄰的質(zhì)點(diǎn)間存在著相互作用力，振動(dòng)時(shí)，前一質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)后一質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)

2、 2、 各個(gè)質(zhì)點(diǎn)在平衡位置附近往復(fù)振動(dòng)，不隨波的傳播而遷移（水中的樹(shù)葉） 舉例：足球人浪，體操表演 3、 質(zhì)點(diǎn)做受迫振動(dòng)，各質(zhì)點(diǎn)開(kāi)始振動(dòng)時(shí)的振動(dòng)方向、頻率、振幅，對(duì)簡(jiǎn)諧波而言都和振源相同。 4、 各個(gè)質(zhì)點(diǎn)啟動(dòng)同向不同時(shí) S 【例】 在均勻介質(zhì)中有一個(gè)振源S，它以50HZ的頻率上下振動(dòng)，該振動(dòng)以40m/s的速度沿彈性繩向左、右兩邊傳播。開(kāi)始時(shí)刻S的速度方向向下，試畫(huà)出在t=0.03s時(shí)刻的波形。 v v 1.2 0.8 0.4 0 0.4 0.8 1.2 解析：從開(kāi)始計(jì)時(shí)到t=0.03s經(jīng)歷了1.5個(gè)周期，波分別向左、右傳播1.5個(gè)波

3、長(zhǎng)，該時(shí)刻波源S的速度方向向上，所以波形如右圖所示。 5、 振動(dòng)速度和波速的區(qū)別。在均勻媒質(zhì)中波是勻速、直線前進(jìn)的，波由一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)，f不變，而v變，而質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是變加速運(yùn)動(dòng)，二者沒(méi)有必然聯(lián)系，不能混淆。 四、波的意義 1、 傳播振動(dòng)的能量——啟動(dòng) 受迫（機(jī)械波傳播機(jī)械能，電磁波傳播電磁能。） 2、 傳播振動(dòng)的形式——振幅 周期 頻率（振源如何振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)就如何振動(dòng)） 3、傳播信息 （聲波、光波、電磁波） 五、波的分類 1橫波――質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直（水波、繩波……） 2、縱波——質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向共線 （聲波） 練習(xí)：都在水平

4、面的振動(dòng)也可以形成橫波 地震波有橫波也有縱波 （二）機(jī) 械 波 的 圖 象 一、波的圖象 用x表示波的傳播方向的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的平衡位置，用y表示某一時(shí)刻各個(gè)質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移，并規(guī)定在橫波中位移的方向向上為正。 取得方法：1、描點(diǎn)法――找到某一時(shí)刻介質(zhì)的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移 2、拍照 二、波的意義 橫軸：介質(zhì)各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的平衡位置 縱軸：某一時(shí)刻介質(zhì)的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移 三、對(duì)比振動(dòng)圖象和波的圖象 x（m） y（m）

5、 1 2 3 4 t（s） 1 2 3 4 x（m） 振動(dòng)圖象和波動(dòng)圖象的聯(lián)系與區(qū)別 聯(lián)系：波動(dòng)是振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播，兩者都是按正弦或余弦規(guī)律變化的曲線；振動(dòng)圖象和波的圖象中的縱坐標(biāo)均表示質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移，它們中的最大值均表示質(zhì)點(diǎn)的振幅。 區(qū)別：①振動(dòng)圖象描述的是某一質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻的振動(dòng)情況，圖象上任意兩點(diǎn)表示同一質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻偏離平衡位置的位移；波的圖象描述的是波在傳播方向上無(wú)數(shù)質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻的振動(dòng)情況，圖象上任意兩點(diǎn)表示不同的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)在同一時(shí)刻偏離平衡位置的位移。 ②振動(dòng)圖象中的橫坐標(biāo)表示時(shí)間，箭

6、頭方向表示時(shí)間向后推移；波的圖象中的橫坐標(biāo)表示離開(kāi)振源的質(zhì)點(diǎn)的位置，箭頭的方向可以表示振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播方向，即波的傳播方向，也可以表示波的傳播方向的反方向。 ③振動(dòng)圖象隨時(shí)間的延續(xù)將向著橫坐標(biāo)箭頭方向延伸，原圖象形狀不變；波的圖象隨著時(shí)間的延續(xù)，原圖象的形狀將沿橫坐標(biāo)方向整個(gè)兒地平移，而不是原圖象的延伸。 在不同時(shí)刻波的圖象是不同的；對(duì)于不同的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)圖象是不同的。 y x 0 y x 0 四、振動(dòng)方向和波的傳播方向的聯(lián)系 前一質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)后一質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng) 1、 由傳波方向確定振動(dòng)方向 2、由振動(dòng)方

7、向確定傳播方向 3、畫(huà)出一定時(shí)間的機(jī)械波的圖象 （三） 描繪機(jī)械波的物理量 一、周期和頻率 在波動(dòng)中，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期是相同的，它們都等于波源的振動(dòng)周期，這個(gè)周期也叫做波的周期。同樣，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率也是波的頻率。 二、波長(zhǎng)（λ）和波的推進(jìn) 在波動(dòng)中，相對(duì)于平衡位置的位移總相等的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離，叫做波長(zhǎng) 1、在橫波中，兩個(gè)相鄰的波峰或波谷間的距離等于波長(zhǎng)，在縱波中兩個(gè)相鄰的密部或疏部間的距離等于波長(zhǎng)。 2、波動(dòng)在一個(gè)周期中向前推進(jìn)一個(gè)波長(zhǎng) 3、在一個(gè)周期內(nèi)波峰或波谷向前推進(jìn)一個(gè)波長(zhǎng) 4、波的傳

8、播方向就是波峰或波谷的推進(jìn)方向 三、波速——1、波的傳播速度（公式） 2、波峰或波谷的推進(jìn)速度 3、與波源無(wú)關(guān)，所以波從一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)時(shí)f不變、v變化，波速也是波的能量傳播速度。 注意：1、頻率或周期取決于振源（受迫振動(dòng)） 2、 速取決于介質(zhì)，波由一種介質(zhì)進(jìn)入到另外一種介質(zhì)時(shí)，波速改變，但是頻率不變。類比：頻率相同，“步長(zhǎng)”不同 四 波的多解問(wèn)題 時(shí)間的周期性 距離的周期性 方向的雙向性 例1：如圖為t=0時(shí)刻波形，波向左傳。已知在t1=0.7s時(shí)P點(diǎn)第二次出現(xiàn)波峰，則 ①質(zhì)點(diǎn)A和B的位移在t=0時(shí)刻相等 ②

9、在t=0時(shí)刻C向上運(yùn)動(dòng) ③在t2=0.9s末Q點(diǎn)第一次出現(xiàn)波峰 ④在t3=1.26s末Q點(diǎn)第二次出現(xiàn)波峰 例2：以正弦波沿x軸負(fù)方向傳播，某時(shí)刻波形如圖。v=10m/s，試畫(huà)出t1=1.3s;t2=1.5s的波形圖 例3：一列橫波在x軸上傳播，在t1=0和t2=0.005s時(shí)的波形圖如圖，求： ①設(shè)T＞(t2-t1)，如果波向左傳播波速是多大？如果波向右傳播波速是多大？ ②設(shè)T＜(t2-t1)，且v=6000m/s求波的傳播方向。 ③若無(wú)條件限制，波速是多大？ 例4：A和B為一列橫波上相距6m的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)

10、，如圖分別為其的振動(dòng)圖像，如果波長(zhǎng)大于14m，則這列波的波速為多少？ 例5：一列橫波沿直線A、B傳播，已知AB兩點(diǎn)間距離為3m,某一時(shí)刻AB兩點(diǎn)相對(duì)平衡位置的位移均為零，且AB之間只有一個(gè)波峰，求波長(zhǎng)λ （四 ） 波的特性 Ⅰ波的衍射 實(shí)驗(yàn)一：機(jī)械波遇到小孔 結(jié)論：當(dāng)小孔的尺寸小于波長(zhǎng)或與波長(zhǎng)相差不多時(shí)，衍射明顯 實(shí)驗(yàn)二：機(jī)械波遇到障礙物 結(jié)論：當(dāng)障礙物的尺寸小于波長(zhǎng)或與波長(zhǎng)相差不多時(shí)衍射明顯 S A 練習(xí) 1、 聞其聲不見(jiàn)其人——衍射 2、 空山不見(jiàn)人，但聞人語(yǔ)響——衍射 3、 余音繞梁，三日不絕——反射 4、

11、雷聲轟鳴不斷——反射 5、 讓A點(diǎn)動(dòng)起來(lái)的方法有多少？ Ⅱ波的干涉 一 波的疊加原理 1、 相遇時(shí)，位移和速度都是矢量和 2、 相遇后，保持原狀，繼續(xù)傳播 3、 峰峰疊加加強(qiáng)，谷谷疊加加強(qiáng)，峰谷疊加減弱 二 波的干涉 1、波的傳播就是波峰或波谷的推進(jìn) 2、干涉條件：振動(dòng)相同的兩列波（相干波源）疊加 3、干涉圖樣的特點(diǎn)（定性分析） ① 形成加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū) ② 加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)相互間隔 ③ 強(qiáng)總強(qiáng)，弱總?cè)? ④ 加強(qiáng)區(qū)振幅增加，但是位移有時(shí)可以為零 4、 定量分析加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)的計(jì)算 步調(diào)一致 步調(diào)相反 5．干涉和衍射現(xiàn)

12、象是波的特有的現(xiàn)象，一切波（包括電磁波）都能發(fā)生干涉知衍射，反之，能發(fā)生干涉和衍射的一定是波。 6．聲波：①空氣中的聲波是縱波②人耳能感覺(jué)的聲波的頻率范圍是20Hz～20000Hz，波長(zhǎng)范圍是17mm～17m。③人耳能區(qū)分回聲和原聲的最小時(shí)間是0.1s④聲波有干涉、衍射、反射現(xiàn)象，聲音的共振叫共鳴 例1：如圖所示，a、b兩質(zhì)點(diǎn)是兩列相向傳播的簡(jiǎn)諧橫波的振源，它們的間距為6m，若a、b振動(dòng)頻率均為5Hz，位移大小和方向始終相同，兩列波的波速均為10m/s，則（答案：A.B.D） A.ab連線中點(diǎn)是振幅最大點(diǎn) B.ab連線上離a為1.5m處無(wú)振動(dòng) C.ab連線上振動(dòng)最弱的位置共三處 D

13、. ab連線上振動(dòng)最強(qiáng)的位置共五處 例2：如圖，湖面上有一個(gè)半徑為45m的圓周，AB是它的直徑，在圓心O和圓周上的A點(diǎn)分別裝有同樣的振動(dòng)源，其波在湖面上傳播的波長(zhǎng)是10m。若一只小船在B處恰好感覺(jué)不到振動(dòng)，它沿圓周慢慢向A劃行，在到達(dá)A之前的過(guò)程中還有幾次感覺(jué)不到振動(dòng)？(答案：8次) 【例2】 如圖所示表示兩列相干水波的疊加情況，圖中的實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷。設(shè)兩列波的振幅均為5 cm，且圖示的范圍內(nèi)振幅不變，波速和波長(zhǎng)分別為1m/s和0.5m。C點(diǎn)是BE連線的中點(diǎn)，下列說(shuō)法中正確是BCD A．C、E兩點(diǎn)都保持靜止不動(dòng) B．圖示時(shí)刻A、B兩點(diǎn)的豎直高度差為20cm C．圖

14、示時(shí)刻C點(diǎn)正處于平衡位置且向水面上運(yùn)動(dòng) D．從圖示的時(shí)刻起經(jīng)0.25s，B點(diǎn)通過(guò)的路程為20cm 補(bǔ)充：波的反射和折射，遵循兩個(gè)定律 （五） 多 普 勒 效 應(yīng) S A 一 波源發(fā)出的頻率f——波源單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出波的個(gè)數(shù) 觀察者接收到的頻率f ′——觀察者單位時(shí)間內(nèi)接收到的波的個(gè)數(shù) 二 相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)頻率的影響 1、 波源和觀察者都不動(dòng)f ′= f B A S 波長(zhǎng)不變 波速不變 2、 波源不動(dòng) ⑴觀察者接近波源f ′＞f ⑵觀察者遠(yuǎn)離波源f ′＜f 3、觀察者不動(dòng) 波長(zhǎng)改變 波速不變 波源遠(yuǎn)離觀察者f ′＜f 波源

15、靠近觀察者f ′＞f 三 結(jié)論 當(dāng)波源與觀察者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果二者相互接近，觀察者接收到的頻率增大；如果二者遠(yuǎn)離，觀察者接收到的頻率減小。 四 應(yīng)用 ①有經(jīng)驗(yàn)的鐵路工人可以從火車的汽笛聲判斷火車的運(yùn)動(dòng)方向和快慢. ②有經(jīng)驗(yàn)的戰(zhàn)士可以從炮彈飛行時(shí)的尖叫聲判斷飛行的炮彈是接近還是遠(yuǎn)去. ③交通警察向行進(jìn)中的汽車發(fā)射一個(gè)已知頻率的電磁波，波被運(yùn)動(dòng)的汽車反射回來(lái)時(shí)，接收到的頻率發(fā)生變化，由此可指示汽車的速度. ④由地球上接收到遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光波的頻率可以判斷遙遠(yuǎn)天體相對(duì)于地球的運(yùn)動(dòng)速度. 五 多普勒效應(yīng)是波動(dòng)過(guò)程共有的特征. 例：一列火車?guó)Q笛通過(guò)某測(cè)速站，當(dāng)火車駛來(lái)時(shí)，測(cè)速儀接受到汽笛的頻率為f1=440Hz；當(dāng)火車離去時(shí)，測(cè)得汽笛聲頻率f2=390Hz，若空氣中的聲速為v=340m/s，試求列車的速度是多少？ 解析：設(shè)列車速度為v’ 六、次聲波和超聲波 人耳能聽(tīng)到的聲音的頻率范圍為20Hz～20000Hz v1、次聲波：頻率低于20HZ的聲波。v2、超聲波：頻率高于20000HZ的聲波