2022-2023版高中物理 第二章 機(jī)械波章末總結(jié)學(xué)案 教科版選修3-4

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1、2022-2023版高中物理 第二章 機(jī)械波章末總結(jié)學(xué)案 教科版選修3-4 一、對(duì)波的圖像的理解 從波的圖像中可以看出： (1)波長λ；(2)振幅A；(3)該時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)在該時(shí)刻的振動(dòng)方向以及下一時(shí)刻的波形；(5)如果波的傳播速度大小已知，可利用圖像所得的相關(guān)信息進(jìn)一步求得各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期和頻率：T＝，f＝. 例1　(多選)一列向右傳播的簡諧橫波，當(dāng)波傳到x＝2.0m處的P點(diǎn)時(shí)開始計(jì)時(shí)，該時(shí)刻波形如圖1所示，t＝0.9s時(shí)，觀測到質(zhì)點(diǎn)P第三次到達(dá)波峰位置，下列說法正確的是(　　) 圖1 A.波速為0.5m

2、/s B.經(jīng)過1.4s質(zhì)點(diǎn)P運(yùn)動(dòng)的路程為70cm C.t＝1.6s時(shí)，x＝4.5m處的質(zhì)點(diǎn)Q第三次到達(dá)波谷 D.與該波發(fā)生干涉的另一列簡諧橫波的頻率一定為2.5Hz 答案　BCD 解析　簡諧橫波向右傳播，由波形平移法知，各點(diǎn)的起振方向?yàn)樨Q直向上.t＝0.9s時(shí)，P點(diǎn)第三次到達(dá)波峰，即為(2＋)T＝0.9s，T＝0.4s，波長為λ＝2m，所以波速v＝＝m/s＝5 m/s，故A錯(cuò)誤；t＝1.4s相當(dāng)于3.5個(gè)周期，每個(gè)周期路程為4A＝20cm，所以經(jīng)過1.4s質(zhì)點(diǎn)P運(yùn)動(dòng)的路程為s＝3.5×4A＝70cm，故B正確；經(jīng)過s＝0.5s波傳到Q，再經(jīng)過2.75T即1.1s后Q第三次到達(dá)波谷，所

3、以t＝1.6s時(shí)，x＝4.5m處的質(zhì)點(diǎn)Q第三次到達(dá)波谷，故C正確；要發(fā)生干涉現(xiàn)象，另外一列波的頻率與該波頻率一定相同，即f＝＝2.5Hz，故D正確. 針對(duì)訓(xùn)練1　一列簡諧橫波沿x軸傳播，t＝0時(shí)的波形如圖2所示，質(zhì)點(diǎn)a與質(zhì)點(diǎn)b相距1m，a質(zhì)點(diǎn)正沿y軸正方向運(yùn)動(dòng)；t＝0.02s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)a第一次到達(dá)正向最大位移處，由此可知(　　) 圖2 A.此波的傳播速度為25m/s B.此波沿x軸正方向傳播 C.從t＝0時(shí)起，經(jīng)過0.04s，質(zhì)點(diǎn)a沿波傳播方向遷移了1m D.t＝0.04s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)b處在平衡位置，速度沿y軸負(fù)方向 答案　A 解析　由題意可知波長λ＝2 m，周期T＝0.08 s

4、，則v＝＝25 m/s，A對(duì)；由a點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)知此波沿x軸負(fù)方向傳播，B錯(cuò)；質(zhì)點(diǎn)不隨波遷移，C錯(cuò)；t＝0時(shí)質(zhì)點(diǎn)b向下運(yùn)動(dòng)，從t＝0到t＝0.04 s經(jīng)過了半個(gè)周期，質(zhì)點(diǎn)b回到平衡位置沿y軸正方向運(yùn)動(dòng)，D錯(cuò). 二、波的圖像與振動(dòng)圖像的區(qū)別和聯(lián)系 波的圖像與振動(dòng)圖像相結(jié)合是機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波相結(jié)合的最重要的一類題型.解題時(shí)要明確兩個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系：一是波的圖像所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻是振動(dòng)圖像橫軸上的哪個(gè)時(shí)刻，二是振動(dòng)圖像所對(duì)應(yīng)的質(zhì)點(diǎn)是波的圖像上的哪個(gè)質(zhì)點(diǎn). 例2　(多選)一列簡諧橫波，在t＝0.6s時(shí)刻的圖像如圖3甲所示，波上A質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像如圖乙所示，則以下說法正確的是(　　) 圖3 A.這列波沿x軸

5、正方向傳播 B.這列波的波速是m/s C.從t＝0.6s開始，質(zhì)點(diǎn)P比質(zhì)點(diǎn)Q晚0.4s回到平衡位置 D.從t＝0.6s開始，緊接著Δt＝0.6s時(shí)間內(nèi)，A質(zhì)點(diǎn)通過的路程是4m E.若該波在傳播過程中遇到一個(gè)尺寸為10m的障礙物，不能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 答案　ABD 解析　由題圖乙可知，t＝0.6s時(shí)A點(diǎn)的振動(dòng)是向下的，因此可判斷這列波是向x軸正方向傳播的，選項(xiàng)A正確；由題圖甲可知，該波的波長為20m，由題圖乙可知，該波的周期為1.2s，可得該波的波速為m/s，選項(xiàng)B正確；由波的傳播方向確定波上各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況可知，P點(diǎn)向上振動(dòng)，Q點(diǎn)向下振動(dòng)，P應(yīng)該先回到平衡位置，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；0.6s

6、的時(shí)間為半個(gè)周期，因此質(zhì)點(diǎn)A的振動(dòng)路程為4m，選項(xiàng)D正確；該波的波長為20m，大于10m，因此該波遇到一個(gè)尺寸為10m的障礙物時(shí)，會(huì)發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，選項(xiàng)E錯(cuò)誤. 針對(duì)訓(xùn)練2　(多選)如圖4甲所示是一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波在t＝0時(shí)刻的波形圖，P是參與波動(dòng)的、位置坐標(biāo)為x1＝2m處的質(zhì)點(diǎn)，Q是參與波動(dòng)的、位置坐標(biāo)為x2＝4m處的質(zhì)點(diǎn)，圖乙是在波的傳播方向上某質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像(波的傳播方向上所有質(zhì)點(diǎn)的計(jì)時(shí)起點(diǎn)相同).由圖可知(　　) 圖4 A.從t＝0到t＝6s，質(zhì)點(diǎn)Q通過的路程為12m B.從t＝0到t＝6s，質(zhì)點(diǎn)P通過的路程為0.6m C.這列波的傳播速度為2m/s D

7、.從t＝0時(shí)刻起，P質(zhì)點(diǎn)比Q質(zhì)點(diǎn)晚1s到達(dá)波峰 E.乙圖一定是甲圖中質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)圖像 答案　BCD 解析　由題圖乙知該波的周期T＝2s，振幅為A＝5cm，因?yàn)?s＝3T，所以從t＝0到t＝6s，質(zhì)點(diǎn)P、Q通過的路程都是3×4A＝12×5cm＝60cm＝0.6m，故B正確，A錯(cuò)誤；由題圖甲知波長λ＝4m，波速v＝＝m/s＝2 m/s，故C正確；簡諧波沿x軸正方向傳播，t＝0時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)P向下運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過tP＝T達(dá)到波峰，質(zhì)點(diǎn)Q向上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過tQ＝T達(dá)到波峰，所以P質(zhì)點(diǎn)比Q質(zhì)點(diǎn)晚Δt＝T－T＝T＝1s達(dá)到波峰，故D正確；由題圖乙看出，t＝0時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過平衡位置向上運(yùn)動(dòng)，而題圖甲中，P點(diǎn)經(jīng)過平衡位

8、置向下運(yùn)動(dòng)，故題圖乙不可能是題圖甲中質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)圖像，故E錯(cuò)誤. 三、波動(dòng)問題的多解性 波在傳播過程中，由于空間周期性、時(shí)間周期性和傳播方向的雙向性而引起多解，解決這類問題要注意下列情況： (1)波的空間周期性：在波的傳播方向上，相距為波長整數(shù)倍的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況相同. (2)波的時(shí)間周期性：由波的傳播特性可知，經(jīng)過整數(shù)倍個(gè)周期，波的圖像相同. (3)波的傳播方向的雙向性：若根據(jù)題中條件無法確定波的傳播方向，在解題時(shí)要注意考慮波的傳播方向可以有兩個(gè). 例3　已知在t1時(shí)刻簡諧橫波的波形如圖5中實(shí)線所示；在t2時(shí)刻該波的波形如圖中虛線所示.t2－t1＝0.02s，求：

9、 圖5 (1)該波可能的傳播速度大小. (2)若已知T

10、,2，…)；同理可得若該波是向左傳播的，可能的波速v＝100(3n＋2) m/s(n＝0,1,2，…) (2)P質(zhì)點(diǎn)在t1時(shí)刻瞬時(shí)速度方向向上，說明波向左傳播，T