2022年高考物理一輪復習 第十二章 機械振動和機械波 第2單元 機械波教案

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1、2022年高考物理一輪復習 第十二章 機械振動和機械波 第2單元 機械波教案 （一）機械波的產(chǎn)生和傳播 波的概念 一、機械波——機械振動在彈性介質中的傳播 二、形成條件 1、 振動的物體――振源波源、波的發(fā)源地，最先振動的質點，不是自由振動，而應是受迫振動，有機械振動，不一定有機械波，有機械波必有機械振動。 2、 傳播振動的媒介物――介質應具有彈性的媒質，這里的彈性與前述彈性不同，能形成波的媒質叫彈性媒質。 三、波的特點和傳播 1、 把介質看成是由大量的質點構成的，規(guī)定離振源近的稱為前一質點，離振源遠的稱為后一個質點。相鄰的質點間存在著相互作用力，振動時，前一質點帶動后一質點振動

2、 2、 各個質點在平衡位置附近往復振動，不隨波的傳播而遷移（水中的樹葉） 舉例：足球人浪，體操表演 3、 質點做受迫振動，各質點開始振動時的振動方向、頻率、振幅，對簡諧波而言都和振源相同。 4、 各個質點啟動同向不同時 S 【例】 在均勻介質中有一個振源S，它以50HZ的頻率上下振動，該振動以40m/s的速度沿彈性繩向左、右兩邊傳播。開始時刻S的速度方向向下，試畫出在t=0.03s時刻的波形。 v v 1.2 0.8 0.4 0 0.4 0.8 1.2 解析：從開始計時到t=0.03s經(jīng)歷了1.5個周期，波分別向左、右傳播1.5個波

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

4、面的振動也可以形成橫波 地震波有橫波也有縱波 （二）機 械 波 的 圖 象 一、波的圖象 用x表示波的傳播方向的各個質點的平衡位置，用y表示某一時刻各個質點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、描點法――找到某一時刻介質的各個質點偏離平衡位置的位移 2、拍照 二、波的意義 橫軸：介質各個質點的平衡位置 縱軸：某一時刻介質的各個質點偏離平衡位置的位移 三、對比振動圖象和波的圖象 x（m） y（m）

5、 1 2 3 4 t（s） 1 2 3 4 x（m） 振動圖象和波動圖象的聯(lián)系與區(qū)別 聯(lián)系：波動是振動在介質中的傳播，兩者都是按正弦或余弦規(guī)律變化的曲線；振動圖象和波的圖象中的縱坐標均表示質點的振動位移，它們中的最大值均表示質點的振幅。 區(qū)別：①振動圖象描述的是某一質點在不同時刻的振動情況，圖象上任意兩點表示同一質點在不同時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數(shù)質點在某一時刻的振動情況，圖象上任意兩點表示不同的兩個質點在同一時刻偏離平衡位置的位移。 ②振動圖象中的橫坐標表示時間，箭

6、頭方向表示時間向后推移；波的圖象中的橫坐標表示離開振源的質點的位置，箭頭的方向可以表示振動在介質中的傳播方向，即波的傳播方向，也可以表示波的傳播方向的反方向。 ③振動圖象隨時間的延續(xù)將向著橫坐標箭頭方向延伸，原圖象形狀不變；波的圖象隨著時間的延續(xù)，原圖象的形狀將沿橫坐標方向整個兒地平移，而不是原圖象的延伸。 在不同時刻波的圖象是不同的；對于不同的質點振動圖象是不同的。 y x 0 y x 0 四、振動方向和波的傳播方向的聯(lián)系 前一質點帶動后一質點運動 1、 由傳波方向確定振動方向 2、由振動方

7、向確定傳播方向 3、畫出一定時間的機械波的圖象 （三） 描繪機械波的物理量 一、周期和頻率 在波動中，各個質點的振動周期是相同的，它們都等于波源的振動周期，這個周期也叫做波的周期。同樣，各個質點的振動頻率也是波的頻率。 二、波長（λ）和波的推進 在波動中，相對于平衡位置的位移總相等的兩個相鄰質點間的距離，叫做波長 1、在橫波中，兩個相鄰的波峰或波谷間的距離等于波長，在縱波中兩個相鄰的密部或疏部間的距離等于波長。 2、波動在一個周期中向前推進一個波長 3、在一個周期內(nèi)波峰或波谷向前推進一個波長 4、波的傳

8、播方向就是波峰或波谷的推進方向 三、波速——1、波的傳播速度（公式） 2、波峰或波谷的推進速度 3、與波源無關，所以波從一種媒質進入另一種媒質時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） 2、 速取決于介質，波由一種介質進入到另外一種介質時，波速改變，但是頻率不變。類比：頻率相同，“步長”不同 四 波的多解問題 時間的周期性 距離的周期性 方向的雙向性 例1：如圖為t=0時刻波形，波向左傳。已知在t1=0.7s時P點第二次出現(xiàn)波峰，則 ①質點A和B的位移在t=0時刻相等 ②

9、在t=0時刻C向上運動 ③在t2=0.9s末Q點第一次出現(xiàn)波峰 ④在t3=1.26s末Q點第二次出現(xiàn)波峰 例2：以正弦波沿x軸負方向傳播，某時刻波形如圖。v=10m/s，試畫出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時的波形圖如圖，求： ①設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T＜(t2-t1)，且v=6000m/s求波的傳播方向。 ③若無條件限制，波速是多大？ 例4：A和B為一列橫波上相距6m的兩個質點

10、，如圖分別為其的振動圖像，如果波長大于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兩點間距離為3m,某一時刻AB兩點相對平衡位置的位移均為零，且AB之間只有一個波峰，求波長λ （四 ） 波的特性 Ⅰ波的衍射 實驗一：機械波遇到小孔 結論：當小孔的尺寸小于波長或與波長相差不多時，衍射明顯 實驗二：機械波遇到障礙物 結論：當障礙物的尺寸小于波長或與波長相差不多時衍射明顯 S A 練習 1、 聞其聲不見其人——衍射 2、 空山不見人，但聞人語響——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點動起來的方法有多少？ Ⅱ波的干涉 一 波的疊加原理 1、 相遇時，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，谷谷疊加加強，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 2、干涉條件：振動相同的兩列波（相干波源）疊加 3、干涉圖樣的特點（定性分析） ① 形成加強區(qū)和減弱區(qū) ② 加強區(qū)和減弱區(qū)相互間隔 ③ 強總強，弱總弱 ④ 加強區(qū)振幅增加，但是位移有時可以為零 4、 定量分析加強區(qū)和減弱區(qū)的計算 步調一致 步調相反 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人耳能感覺的聲波的頻率范圍是20Hz～20000Hz，波長范圍是17mm～17m。③人耳能區(qū)分回聲和原聲的最小時間是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兩質點是兩列相向傳播的簡諧橫波的振源，它們的間距為6m，若a、b振動頻率均為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連線中點是振幅最大點 B.ab連線上離a為1.5m處無振動 C.ab連線上振動最弱的位置共三處 D

13、. ab連線上振動最強的位置共五處 例2：如圖，湖面上有一個半徑為45m的圓周，AB是它的直徑，在圓心O和圓周上的A點分別裝有同樣的振動源，其波在湖面上傳播的波長是10m。若一只小船在B處恰好感覺不到振動，它沿圓周慢慢向A劃行，在到達A之前的過程中還有幾次感覺不到振動？(答案：8次) 【例2】 如圖所示表示兩列相干水波的疊加情況，圖中的實線表示波峰，虛線表示波谷。設兩列波的振幅均為5 cm，且圖示的范圍內(nèi)振幅不變，波速和波長分別為1m/s和0.5m。C點是BE連線的中點，下列說法中正確是BCD A．C、E兩點都保持靜止不動 B．圖示時刻A、B兩點的豎直高度差為20cm C．圖

14、示時刻C點正處于平衡位置且向水面上運動 D．從圖示的時刻起經(jīng)0.25s，B點通過的路程為20cm 補充：波的反射和折射，遵循兩個定律 （五） 多 普 勒 效 應 S A 一 波源發(fā)出的頻率f——波源單位時間內(nèi)發(fā)出波的個數(shù) 觀察者接收到的頻率f ′——觀察者單位時間內(nèi)接收到的波的個數(shù) 二 相對運動時對頻率的影響 1、 波源和觀察者都不動f ′= f B A S 波長不變 波速不變 2、 波源不動 ⑴觀察者接近波源f ′＞f ⑵觀察者遠離波源f ′＜f 3、觀察者不動 波長改變 波速不變 波源遠離觀察者f ′＜f 波源

15、靠近觀察者f ′＞f 三 結論 當波源與觀察者有相對運動時，如果二者相互接近，觀察者接收到的頻率增大；如果二者遠離，觀察者接收到的頻率減小。 四 應用 ①有經(jīng)驗的鐵路工人可以從火車的汽笛聲判斷火車的運動方向和快慢. ②有經(jīng)驗的戰(zhàn)士可以從炮彈飛行時的尖叫聲判斷飛行的炮彈是接近還是遠去. ③交通警察向行進中的汽車發(fā)射一個已知頻率的電磁波，波被運動的汽車反射回來時，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天體發(fā)出的光波的頻率可以判斷遙遠天體相對于地球的運動速度. 五 多普勒效應是波動過程共有的特征. 例：一列火車鳴笛通過某測速站，當火車駛來時，測速儀接受到汽笛的頻率為f1=440Hz；當火車離去時，測得汽笛聲頻率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：設列車速度為v’ 六、次聲波和超聲波 人耳能聽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