高考物理复习第2课时 机械波.docx
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高考物理复习第2课时机械波
1.机械波的形成条件:
(1)波源;
(2)介质.
2.机械波的特点.
(1)机械波传播的只是振动的形式和能量,质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动,并不随波迁移.
(2)介质中各质点的振幅相同,振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同.
(3)各质点开始振动(即起振)的方向均相同.
(4)一个周期内,质点完成一次全振动,通过的路程为4A,位移为零.
3.波长、波速、频率及其关系.
(1)波长:
在波动中,振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离,用λ表示.
(2)波速:
波在介质中的传播速度.由介质本身的性质决定.
(3)频率:
由波源决定,等于波源的振动频率.
(4)波长、波速和频率的关系:
v=_fλ.
特别提醒:
(1)机械波从一种介质进入另一种介质,频率不变,波速、波长都改变;
(2)机械波的波速仅由介质来决定,波速在固体、液体中比在空气中大.波速的计算方法:
v=
或v=
.
4.波的图象的物理意义:
反映了某一时刻介质中各质点相对平衡位置的位移.
5.波的干涉.
(1)产生稳定干涉的条件:
频率相同的两列同性质的波相遇.
(2)现象:
两列波相遇时,某些区域振动总是加强,某些区域振动总是减弱,且加强区和减弱区互相间隔.
(3)对两个完全相同的波源产生的干涉来说,凡到两波源的路程差为一个波长整数倍时,振动加强;凡到两波源的路程差为半个波长的奇数倍时,振动减弱.
6.产生明显衍射现象的条件:
障碍物或孔(缝)的尺寸跟波长差不多,或者比波长更小.
7.多普勒效应.
(1)波源不动
(2)观察者不动
1.在机械波的传播中,各质点随波的传播而迁移(×)
2.机械波在传播过程中,各个质点振动的周期、振幅都相等.(√)
3.周期或频率,只取决于波源,而与v、λ无直接关系.(√)
4.波速v取决于介质的性质,它与T、λ无直接关系.只要介质不变,v就不变;如果介质变了,v也一定变.(√)
5.机械波在一个周期内传播的距离等于一个波长.(√)
6.两列波在介质中叠加,一定产生干涉现象.(×)
7.一切波都能发生衍射现象.(√)
8.多普勒效应说明波源的频率发生变化.(×)
1.(2017·长沙模拟)下列物理现象:
①在春天里一次闪电过后,有时雷声轰鸣不绝; ②“闻其声而不见其人”; ③学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音;
④当正在鸣笛的火车向着我们疾驶而来时,我们听到汽笛声的音调变高.分别属于波的( )
A.反射、衍射、干涉、多普勒效应
B.折射、衍射、多普勒效应、干涉
C.反射、折射、干涉、多普勒效应
D.衍射、折射、干涉、多普勒效应
解析:
在春天里一次闪电过后,有时雷声轰鸣不绝,属于声波的反射;“闻其声而不见其人”属于声波的衍射;学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音属于声波的干涉;当正在鸣笛的火车向着我们疾驶而来时,我们听到汽笛声的音调变高属于多普勒效应.正确选项是A.
答案:
A
2.(2015·重庆卷)如图所示为一列沿x轴正方向传播的简谐机械横波某时刻的波形图,质点P的振动周期为0.4s.求该波的波速并判断P点此时的振动方向.
解析:
由波形图可知λ=1.0m,
则v=
=2.5m/s.
波沿x轴正方向,由同侧法可知P点沿y轴正向振动.
答案:
2.5m/s P点沿y轴正向振动
一、单项选择题
1.(2017·恩施模拟)利用发波水槽得到的水面波形如图甲、乙所示,则( )
A.图甲、乙均显示了波的干涉现象
B.图甲、乙均显示了波的衍射现象
C.图甲显示了波的干涉现象,图乙显示了波的衍射现象
D.图甲显示了波的衍射现象,图乙显示了波的干涉现象
解析:
由图容易看出甲是小孔衍射,图乙是波的干涉,选项D正确.
答案:
D
2.(2017·济南模拟)小河中有一个实心桥墩P,A为靠近桥墩浮在水面上的一片树叶,俯视图如图所示,小河水面平静.现在S处以某一频率拍打水面,使形成的水波能带动树叶A振动起来,可以采用的方法是( )
A.提高拍打水面的频率
B.降低拍打水面的频率
C.无论怎样拍打,A都不会振动起来
D.无需拍打,A也会振动起来
解析:
使形成的水波能带动树叶A振动起来,必须使水面形成的波波长足够长,衍射现象明显,可以采用的方法是降低拍打水面的频率,选项B正确.
答案:
B
3.(2015·福建卷)简谐横波在同一均匀介质中沿x轴正方向传播,波速为v.若某时刻在波的传播方向上,位于平衡位置的两质点a、b相距为s,a、b之间只存在一个波谷,则从该时刻起,下列四副波形中质点a最早到达波谷的是( )
解析:
由图A知,波长λ=2s,周期T=
,由图知质点a向上振动,经
第一次到达波谷,用时t1=
T=
,B图对应波长λ=s,周期T=
,由图知质点a向下振动,经
第一次到达波谷,用时t2=
T=
,C图对应波长λ=s,周期T=
,由图知质点a向上振动,经
第一次到达波谷,用时t3=
T=
,D图对应波长λ=
,由图知质点a向下振动,经
第一次到达波谷,用时t4=
T=
,所以D正确.
答案:
D
4.(2016·日照模拟)在坐标原点处有一质点O做简谐振动,它形成沿x轴传播的简谐横波,波长为16m,在其右侧相距4m处的质点P的振动图象如图所示,使用与P质点相同的计时起点,那么当t=5s时的波动图象是下图中的( )
解析:
由振动图象可知,t=5s时,质点P正经过平衡位置向上运动.比较波形图中距离O点右侧面4m处的质点,A、B波形图中该处质点并不在平衡位置上,故A、B错;D图中4m处质点正经过平衡位置向下运动,D项错.
答案:
C
5.(2016·烟台模拟)如图甲所示,S点为振源,P点距S的距离为r,t=0时刻S点由平衡位置开始振动,产生沿直线向右传播的简谐横波,图乙为P点从t1时刻开始振动的振动图象,则以下说法正确的是( )
A.t=0时刻振源S的振动方向沿y轴负方向
B.t2时刻P点振动速度最大,方向沿y轴负方向
C.该简谐波的波长为
D.若波源停止振动,则P点也马上停止振动
解析:
据题意,当机械波在t1时刻刚传到P点时,P点的起振方向向上,说明这列波的起振方向向上,则t=0时,振源的振动方向沿y轴正方向,A选项错误;据图可知,t2时刻质点P处于平衡位置向上振动,即此时质点P具有正向的最大速度,B选项错误;这列波从波源S传到距离r的P点时所用的时间为t1,则这列波的传播速度为v=
,那么由图可得这列波的波长为λ=vT=
,则C选项正确;如果波源停止振动,则P点需要经过t1时间才会停止振动,所以D选项错误.
答案:
C
6.(2015·北京卷)周期为2.0s的简谐横波沿x轴传播,该波在某时刻的图象如图所示,此时质点P沿y轴负方向运动,则该波( )
A.沿x轴正方向传播,波速v=20m/s
B.沿x轴正方向传播,波速v=10m/s
C.沿x轴负方向传播,波速v=20m/s
D.沿x轴负方向传播,波速v=10m/s
解析:
根据机械波的速度公式v=
,由图可知波长为20m,再结合周期为2s,可以得出波速为10m/s.应用“同侧法”等方法判断波沿x轴正方向传播.因此答案为B.
答案:
B
二、多项选择题
7.(2016·衡水模拟)为了研究乐音的物理规律,某同学用计算机录制下优美的笛音do和sol,然后在电脑上用软件播放,分别得到如图中a和b的两个振动图线,由此可以判断( )
A.do和sol的频率之比约为2∶3
B.do和sol的周期之比约为2∶3
C.do和sol在空气中传播的波速之比约为3∶2
D.do和sol在空气中传播的波长之比约为3∶2
解析:
由题图可知,相同长度的do的4个波长对应sol的6个波长,故do和sol在空气中传播的波长之比约为3∶2,选项D正确;由于二者在空气中传播速度相等,由v=λf可知,do和sol的频率之比约为2∶3,do和sol的周期之比约为3∶2,选项A正确,B、C错误.
答案:
AD
8.(2017·唐山模拟)如图所示,实线和虚线分别表示振幅、频率均相同的两列波的波峰和波谷,此刻,M是波峰与波峰相遇点,下列说法中正确的是( )
A.该时刻质点O正处在平衡位置
B.P、N两点始终处于平衡位置
C.点M到两波源的距离之差一定是波长的整数倍
D.从该时刻起,经过
周期,质点M到达平衡位置
解析:
由题图可知,O、M为振动加强的点,此时点O处于波谷,点M处于波峰,点M是峰、峰相遇,只有当两波源振动相位相同时,点M到两波源的距离差才是波长的整数倍,若两波源振动相位相反,则点M到两波源的距离差为半波长的奇数倍,故A、C均错;P、N两点为减弱点,又因为两列波的振幅相同,因此P、N两点的振幅为零,即两点始终处于平衡位置,B正确;从该时刻经
周期,两列波分别引起的振动都使点M位于平衡位置,故点M位于平衡位置,D正确.
答案:
BD
9.(2015·海南卷)一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形如图所示,质点P的x坐标为3m.已知任意振动质点连续2次经过平衡位置的时间间隔为0.4s.下列说法正确的是( )
A.波速为4m/s
B.波的频率为1.25Hz
C.x坐标为15m的质点在t=0.2s时恰好位于波谷
D.x坐标为22m的质点在t=0.2s时恰好位于波峰
E.当质点P位于波峰时,x坐标为17m的质点恰好位于波谷
解析:
任意振动质点连续2次经过平衡位置的时间间隔为0.4s,则
T=0.4s,解得T=0.8s,从图象中可知λ=4m,所以根据公式v=
=
m/s=5m/s,故选项A错误;根据公式f=
可得波的频率为1.25Hz,选项B正确;x坐标为15m的质点和x坐标为3m的质点相隔12m,为波长的整数倍,即两质点为同相点,而x坐标为3m的质点经过t=0.2s,即四分之一周期振动到平衡位置,所以x坐标为15m的质点在t=0.2s时振动到平衡位置,选项C错误;x的坐标为22m的质点和x的坐标为2m的质点为同相点,x的坐标为2m的质点经过t=0.2s,即四分之一周期恰好位于波峰,故x的坐标为22m的质点在t=0.2s时恰好位于波峰,选项D正确;当质点P位于波峰时,经过了半个周期,而x坐标为17m的质点和x坐标为1m的质点为同相点,经过半个周期x坐标为1m的质点恰好位于波谷,选项E正确.
答案:
BDE
三、非选择题
10.(2015·课标全国II卷)平衡位置位于原点O的波源发出简谐横波在均匀介质中沿水平x轴传播,P、Q为x轴上的两个点(均位于x轴正向),P与O的距离为35cm,此距离介于一倍波长与二倍波长之间,已知波源自t=0时由平衡位置开始向上振动,周期T=1s,振幅A=5cm.当波传到P点时,波源恰好处于波峰位置;此后再经过5s,平衡位置在Q处的质点第一次处于波峰位置,求:
(1)P、Q之间的距离;
(2)从t=0开始到平衡位置在Q处的质点第一次处于波峰位置时,波源在振动过程中通过路程.
解析:
(1)由题意,O、P两点的距离与波长满足
OP=
λ,
波速与波长的关系为v=
.
在t=5s时间间隔内波传播的路程为vt,
由题意有vt=PQ+
,
综上解得PQ=133cm.
(2)Q处的质点第一次处于波峰位置时,波源运动时间为
t1=t+
T.
波源由平衡位置开始运动,每经过
,波源运动的路程为A,由题意可知t1=25×
T,
故t1时间内,波源运动的路程为s=25A=125cm.
答案:
(1)133cm
(2)125cm
11.(2016·南京模拟)如图所示,在坐标原点O处有一波源S,它沿y轴做频率为50Hz,振幅为2cm的简谐振动,形成的波可沿x轴正、负方向传播,波速为20cm/s,开始振动时,S恰好通过O点沿y轴正方向运动.
(1)当S完成第一次全振动时,画出此时的波形图.
(2)如图,波传到坐标为x1=2.7cm的M点时,还要经过多长时间才能传到N点?
波传到N点时,M点在什么位置?
解析:
(1)波形图象如图.
(2)当波到达M点时,波也已经传到x=-2.7cm的位置.
还要再经过t=
=0.01s才能传到N点.
当波传播到N点时,M点已经振动了半个周期,故M点正在平衡位置且正在向y轴负向运动.
答案:
(1)见解析
(2)0.01s M点正在平衡位置
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