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(zhì)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(zhì)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(zhì)應具有彈性的媒質(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、波的特點和傳播 1、 把介質(zhì)看成是由大量的質(zhì)點構成的，規(guī)定離振源近的稱為前一質(zhì)點，離振源遠的稱為后一個質(zhì)點。相鄰的質(zhì)點間存在著相互作用力，振動時，前一質(zhì)點帶動后一質(zhì)點振動

2、 2、 各個質(zhì)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(zhì)點做受迫振動，各質(zhì)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(zhì)點啟動同向不同時 S 【例】 在均勻介質(zhì)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(zhì)中波是勻速、直線前進的，波由一種媒質(zhì)進入另一種媒質(zhì)，f不變，而v變，而質(zhì)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(zhì)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(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直（水波、繩波……） 2、縱波——質(zhì)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(zhì)點的平衡位置，用y表示某一時刻各個質(zhì)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(zhì)的各個質(zhì)點偏離平衡位置的位移 2、拍照 二、波的意義 橫軸：介質(zhì)各個質(zhì)點的平衡位置 縱軸：某一時刻介質(zhì)的各個質(zhì)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(zhì)中的傳播，兩者都是按正弦或余弦規(guī)律變化的曲線；振動圖象和波的圖象中的縱坐標均表示質(zhì)點的振動位移，它們中的最大值均表示質(zhì)點的振幅。 區(qū)別：①振動圖象描述的是某一質(zhì)點在不同時刻的振動情況，圖象上任意兩點表示同一質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)點的位置，箭頭的方向可以表示振動在介質(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(zhì)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(zhì)點帶動后一質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)進入另一種媒質(zhì)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(zhì)，波由一種介質(zhì)進入到另外一種介質(zhì)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(zhì)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(zhì)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?cè)? 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(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(zhì)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