新高考物理一輪復(fù)習(xí)第3課時機械波的概念及圖象導(dǎo)學(xué)案

第三課時機械波的概念及圖象第一關(guān)：基礎(chǔ)關(guān)展望高考基礎(chǔ)知識一、機械波知識講解1機械波的產(chǎn)生(1)機械振動在介質(zhì)中傳播,形成機械波(2)產(chǎn)生條件①振;②傳播振動的介質(zhì)二者缺一不可2機械波的分類(1)橫波質(zhì)點振動方向與波的傳播方向垂直的波叫橫波橫波有凸部(波峰)和凹部(波谷)(2)縱波質(zhì)點振動方向與波的傳播方向在同一直線上的波叫縱波縱波有密部和疏部3描述波的物量(1)波長λ①定義在波的傳播方向上,兩個相鄰的,在振動過程中相對平衡位置的位移總是相等的質(zhì)點之間的距離叫做波長②解在橫波中,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b波的傳播等效于波向前平移,波形在一個周期里向前平移的距離等于波長在Δ時間內(nèi),向前傳播的距離為Δ,則Δ=(+Δ)λ,Δ=(+Δ)T,其中=0\,1\,2\,3…,0<Δ<1(2)頻率f波的振動頻率,即波的頻率因為介質(zhì)中各質(zhì)點做受迫振動,其振動是由波的振動引起的,故各個質(zhì)點的振動頻率都等于波振動頻率,不隨介質(zhì)的不同而變當(dāng)波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時,波的頻率不變(3)波速v單位時間內(nèi)某一波的波峰(或波谷)向前移動的距離,叫波速波速由介質(zhì)決定同類波在同一種均勻介質(zhì)中波速是一個定值,則式中v為波的傳播速率,即單位時間內(nèi)振動在介質(zhì)中傳播的距離;T為振的振動周期,常說成波的周期活活用1在均勻介質(zhì)中選取平衡位置在同一直線上的9個質(zhì)點,相鄰兩質(zhì)點的距離均為L,如圖()所示,一列橫波沿該直線向右傳播,=0時到達質(zhì)點1,質(zhì)點1開始向下運動,經(jīng)過時間Δ第一次出現(xiàn)如圖(b)所示的波形,則該波（）A周期為Δ,波長為8LB周期為Δ,波長為8L周期為Δ,波速為D周期為Δ,波速為解析：由題圖(b)可以判斷波長為8L;圖(b)中質(zhì)點9振動方向向上,而質(zhì)點1開始時向下振動,說明質(zhì)點9后還有半個波長沒有畫出,即在Δ時間內(nèi)傳播了15個波長,Δ為15個周期,所以其周期為Δ,由波長\,周期\,波速之間的關(guān)系式v=可計算出波速為答案：B二、波的圖象知識講解以介質(zhì)中各質(zhì)點的位置坐標(biāo)為橫坐標(biāo),某時刻各質(zhì)點相對于平衡位置的位移為縱坐標(biāo)畫出的圖象叫做波的圖象(1)波動圖象的特點①橫波的圖象形狀與波在傳播過程中介質(zhì)中各質(zhì)點某時刻的分布相似,波形中的波峰即為圖象中的位移正向最大值,波谷即為圖象中位移負(fù)向的最大值,波形中通過平衡位置的質(zhì)點在圖象中也恰處于平衡位置②波形圖線是正弦或余弦曲線的波稱為簡諧波簡諧波是最簡單的波對于簡諧波而言,各個質(zhì)點振動的最大位移都相同③波的圖象的重復(fù)性相隔時間為周期整倍的兩個時刻的波形相同④波的傳播方向的雙向性不指定波的傳播方向時,圖象中波可能向軸正向或軸負(fù)向傳播(2)簡諧波圖象的應(yīng)用[,,]①從圖象上直接讀出波長和振幅②可確定任一質(zhì)點在該時刻的位移[]③可確定任一質(zhì)點在該時刻的加速度的方向④若知道波速v的方向,可知各質(zhì)點的運動方向,如圖中,設(shè)波速向右,則1\,4質(zhì)點沿-y方向運動;2\,3質(zhì)點沿+y方向運動⑤若知道該時刻某質(zhì)點的運動方向,可判斷波的傳播方向如上圖中,設(shè)質(zhì)點4向上運動,則該波向左傳播⑥若已知波速v的大小,可求頻率f或周期T⑦若已知f或T，可求v的大?。簐=λf=⑧若已知波速v的大小和方向，可畫出在Δ前后的波形圖，沿（或逆著）傳播方向平移活活用2如圖所示，一列簡諧橫波沿軸正方向傳播，從波傳到=5的M點時開始計時，已知P點相繼出現(xiàn)兩個波峰的時間間隔為04,下面的說法中正確的是（）A這列波的波長是4B這列波的傳播速度是10/質(zhì)點Q（=9)經(jīng)過05才第一次到達波峰DM點以后各質(zhì)點開始振動時的方向都是向下的解析：從題圖上可以看出波長為4,A正確實際上\!相繼出現(xiàn)兩個波峰\"應(yīng)解為,出現(xiàn)第一個波峰與出現(xiàn)第二個波峰之間的時間間隔因為在一個周期內(nèi)質(zhì)點完成一次全振動,而一次會振動應(yīng)表現(xiàn)為\!相繼出現(xiàn)兩個波峰\",即T=04,則v=,代入據(jù)可得波速為10/,B正確質(zhì)點Q(=9)經(jīng)過04開始振動,而波是沿軸正方向傳播,即介質(zhì)中的每一個質(zhì)點都被它左側(cè)的質(zhì)點所帶動,從波向前傳播的波形圖(如題圖)可以看出04波傳到Q時,其左側(cè)質(zhì)點在它下方,所以Q點在05時處于波谷,再經(jīng)過02即總共經(jīng)過07才第一次到達波峰,錯誤M以后的每個質(zhì)點都是重復(fù)M的振動情況,D正確綜上所述,答案為A\,B\,D答案：ABD三、振動圖象與波的圖象的比較知識講解振動圖像波的圖像研究對象一振動質(zhì)點沿波傳播方向所有質(zhì)點研究內(nèi)容一質(zhì)點位移隨時間變規(guī)則某時刻所有質(zhì)點的空間分布規(guī)則圖像物體意義表示一質(zhì)點在各時刻的位移表示某時刻各質(zhì)點的位移圖像變隨時間推移圖象延續(xù)，但已有形態(tài)不變隨時間推移，圖像沿傳播方向平移[]一完整曲線占橫坐標(biāo)距離表示一個周期表示一個波長活活用3一列簡諧橫波沿軸負(fù)方向傳播,下圖中圖甲是=1時的波形圖,圖乙是波中某振動質(zhì)點的位移隨時間變的振動圖象(兩圖用同一時刻做起點),則圖乙可能是圖甲中哪個質(zhì)點的振動圖象()A=0處的質(zhì)點B=1處的質(zhì)點=2處的質(zhì)點D=3處的質(zhì)點解析由振動圖象可知,=1時,質(zhì)點從平衡位置向y軸的負(fù)方向運動,因波的圖象是表示=1時的波的圖象,正在平衡位置的點有=0處\,=2等處的質(zhì)點,由于波沿軸負(fù)方向傳播,平移波形曲線,可知=1后的時刻=0處和=4處的質(zhì)點向y軸負(fù)方向運動,=2處質(zhì)點向y軸正方向運動所以選A答案A第二關(guān)：技法關(guān)解讀高考解題技法一、波的傳播方向與質(zhì)點振動方向的判斷方法技法講解已知質(zhì)點振動速度方向可判斷波的傳播方向;相反地,已知波的傳播方向和某時刻波的圖象可判斷介質(zhì)質(zhì)點的振動方向方法一上下坡法沿坡的傳播速度的正方向看,\!上坡\"的點向下振動,\!下坡\"的點向上振動,簡稱\!上坡下,下坡上\"(見圖1甲所示)方法二同側(cè)法在波的圖象上的某一點,沿縱軸方向畫出一個箭頭表示質(zhì)點振動方向,并設(shè)想在同一點沿軸方向畫個箭頭表示波的傳播方向,那么這兩個箭頭總是在曲線的同側(cè)(見圖1乙所示)方法三帶動法(特殊點法)如圖2甲所示為一沿軸正方向傳播的橫波,根據(jù)波的形成,靠近波的點能帶動它鄰近的離波稍遠(yuǎn)的點,可判斷質(zhì)點的振動方向在質(zhì)點P附近靠近波一方的圖線上另找一點P′,若P′在P上方,P′帶動P向上運動,則P向上運動;若P′在下方,P′帶動P向下運動,則P向下運動方法四微平移法將波形沿波的傳播方向做微小移動(如圖2乙中虛線),由于質(zhì)點僅在y方向上振動,所以A′\,B′\,′\,D′即為質(zhì)點運動后的位置,故該時刻A\,B沿y軸正方向運動,\,D沿y軸負(fù)方向運動典例剖析例1簡諧橫波在某時刻的波形圖象如圖所示,由此圖可知（）A若質(zhì)點向下運動,則波是從左向右傳播的B若質(zhì)點b向上運動,則波是從左向右傳播的若波從右向左傳播,則質(zhì)點c向下運動D若波從右向左傳播,則質(zhì)點d向上運用解析：機械波是機械振動在介質(zhì)中的傳播,解答此題可采用\!特殊點法\"和\!波形移動法\"用“特殊點法”分析假設(shè)此波從左向右傳播,順著傳播方向看去,可知\,b兩質(zhì)點向上,c\,d兩質(zhì)點向下振動;假設(shè)此波從右向左傳播,同可知\,b兩質(zhì)點向下振動,c\,d兩質(zhì)點向上振動,所以B\,D正確用\!波形移動法\"分析設(shè)這列波是從左向右傳播的,則在相鄰的一小段時間內(nèi),這列波的形狀向右平移一小段距離,如圖虛線所示因此所有的質(zhì)點從原在實線的位置沿y軸方向運動到虛線的位置,即質(zhì)點向上運動,質(zhì)點b也向上運動,由此可知選項A\,B中B是正確的類似地可以判定選項D是正確的答案：BD二、已知波速v和波形,畫出再經(jīng)Δ時間波形圖的方法技法講解(1)平移法先算出經(jīng)Δ時間波傳播的距離Δ=v\5Δ,再把波形沿波的傳播方向平移Δ即可因為波動圖象的重復(fù)性,若已知波長λ,則波形平移個λ時波形不變當(dāng)Δ=λ+時,可采取去整λ留零的方法,只需平移即可(2)特殊點法在波形上找兩特殊點,如過平衡位置的點和與它相鄰的峰(谷)點,先確定這兩點的振動方向,再看Δ=T+由于經(jīng)T波形不變,所以也采取去整T留零的方法,分別作出兩特殊點經(jīng)后的位置,然后按正弦規(guī)律畫出新波形圖如果是由時刻的波形確定(-Δ)時刻的波形,用平移法時應(yīng)向速度的反方向平移,用特殊點法時應(yīng)按確定的振動方向向反方向振動典例剖析例2如圖所示為一列沿軸向右傳播的簡諧橫波在某時刻的波動圖象已知此波的傳播速度大小v=2/,試畫出該時刻5前和5后的波動圖象解析：方法一(特殊點振動法)因為v=2/,從圖得λ=8,所以T==4又因為此波向右傳播,故平衡位置坐標(biāo)2\,6的兩個特殊質(zhì)點的初始振動方向分別為沿y軸的正向與沿y軸的負(fù)向經(jīng)過5(125T),這兩個質(zhì)點分別位于正向最大位移與負(fù)向最大位移,由此便得出5后的波形如圖實線所示同可得,5前的波動圖象如圖中虛線所示方法二(波形平移法)因為波速v=2/,所以由Δ=vΔ,可得Δ=10,注意到去整后為,故將整個波形向右平移,即為5后的波動圖象而將整個波形向左平移,即為5前的波動圖象第三關(guān)：訓(xùn)練關(guān)笑對高考隨堂訓(xùn)練1關(guān)于波長，下列說法正確的是（）A沿著波的傳播方向，兩個任意時刻，對平衡位置位移都相等的質(zhì)點間的距離叫波長B在一個周期內(nèi)，振動在介質(zhì)中傳播的距離等于一個波長在橫波的傳播過程中，沿著波的傳播方向兩個相鄰的波峰間的距離等于一個波長D波長大小與介質(zhì)中的波速和波頻率有關(guān)解析：沿著波的傳播方向，任意時刻，對平衡位置位移都相等的兩個相鄰的質(zhì)點間的距離叫波長，A錯由v=λf知λ=v/f=v\5T,B正確在橫波的波形曲線中一個完整的正弦（余弦）曲線在軸截取的距離是一個波長，正確由v=λf知λ=，D正確答案：BD２一列波在介質(zhì)中向某一方向傳播，如

圖為此波在某一時刻的波形圖，并且

此時振動還只發(fā)生在Ｍ、Ｎ之間，已

知此波的周期為Ｔ，Ｑ質(zhì)點速度方向

在波形圖中是向下的，下面說法中正確的是()A波是M，由波起振開始計時，P點已經(jīng)振動時間TB波是N，由波起振開始計時，P點已經(jīng)振動時間T波是N，由波起振開始計時，P點已經(jīng)振動時間D波是M，由波起振開始計時，P點已經(jīng)振動時間解析：因為此時Q質(zhì)點向下振動，且此時Q質(zhì)點右方鄰近質(zhì)點在Q點下方，說明波向左傳播，所以N是波，振動從N點傳播到M點，經(jīng)過一個周期；又P、N間水平距離為3λ/4，故P質(zhì)點已振動了答案：3如圖所示是沿軸傳播的一列簡諧波在某時刻的波形圖已知波的傳播速度為4/，從此時起，圖中所標(biāo)的P質(zhì)點比Q質(zhì)點先回到自己的平衡位置那么下列說法中正確的是（）Ａ這列波一定沿ｘ軸正向傳播

Ｂ這列波的周期是０．５ｓ

Ｃ從此時起０．２５ｓ末Ｐ質(zhì)點的速度和加速度都沿ｙ軸正向D從此時起025末Q質(zhì)點的速度和加速度都沿y軸負(fù)向解析：由于P比Q先回到平衡位置，故此時P向y軸負(fù)方向運動，Q向y軸正方向運動，波應(yīng)向軸負(fù)方向傳播，故A錯誤；由T=λ/v，可得T=05，所以B項正確；從此時刻經(jīng)025（即半個周期后），P質(zhì)點一定會運動至現(xiàn)在的對稱位置，并與現(xiàn)在振動情況恰好相反，故項正確；同可知此時Q點的加速度應(yīng)沿y軸正向，所以D項錯誤答案：B4一列簡諧橫波，在=0時波形如圖所示，P、Q兩點的坐標(biāo)分別為(-1,0),(-7,0)，波的傳播方向由右向左，已知=07時，P點第二次出現(xiàn)波峰，則（）[]ｔ＝０．９ｓ時，Ｑ點第一次出現(xiàn)波峰

②ｔ＝１．２ｓ時，Ｑ點第一次出現(xiàn)波峰

③振的起振方向一定向上

④質(zhì)點Ｑ位于波峰時，質(zhì)點Ｐ位于波谷Ａ①③④Ｂ②③

Ｃ②④Ｄ②解析：由于=07時，P點出現(xiàn)第二次波峰，所以v傳=/=10/由圖可知λ=4，則T==04∴=09時第一個波峰傳播距離=v=10×09=9，故波峰由2傳播到-7的Q點，因而①選項正確，②選項錯誤由于波從右向左傳播，故各質(zhì)點的起振方向都和該時刻1質(zhì)點振動方向相同，向上起振，因而③選項正確又因SPQ=［-1-(-7)］=6=×3=×3,所以P、Q質(zhì)點為反相質(zhì)點，所以P、Q兩質(zhì)點，任一時刻對平衡位置位移總是大小相等方向相反，故④項正確答案：A5一列在豎直方向振動的簡諧橫波,波長為λ,沿正方向傳播某一時刻,在振動位移向上且大小等于振幅一半的各點中,任取相鄰的兩點P1\,P2,已知P1的坐標(biāo)小于P2的坐標(biāo)則（）A若,則P1向下運動,P2向上運動B若,則P1向上運動,P2向下運動若,則P1向上運動,P2向下運動D若,則P1向下運動,P2向上運動解析：本題解題關(guān)鍵是依據(jù)題意正確作出圖示，然后借助圖示分析求解，按圖示可判斷選項A、正確答案：ＡＣ1如圖所示為兩個波S1和S2在水面產(chǎn)生的兩列波疊加后的干涉圖樣,由圖可推知下列說法正確的是（）A兩波振動頻率一定相同[]B兩波振動頻率可能不相同[++]兩列水波的波長相等D兩列水波的波長可能不相等解析：兩列波產(chǎn)生干涉圖樣的條件是波的頻率必須相同,故A項正確;在同種介質(zhì)中,各種水波的傳播速度相同,根據(jù)波長\,波速和頻率的關(guān)系可知,兩列水波的波長一定相同,項正確答案：A2一列簡諧橫波沿軸傳播，周期為T=0時刻的波形如圖所示此時平衡位置位于=3處的質(zhì)點正在向上運動，若、b兩質(zhì)點平衡位置的坐標(biāo)分別為=25,b=55，則()A當(dāng)質(zhì)點處在波峰時，b質(zhì)點恰在波谷B=T/4時，質(zhì)點正在向y軸負(fù)方向運動=3T/4時，b質(zhì)點正在向y軸負(fù)方向運動D在某一時刻，、b兩質(zhì)點的位移和速度可能相同解析、b兩質(zhì)點平衡位置之間的距離為Δ=b-=3=λ，所以，當(dāng)質(zhì)點處在波峰時，b質(zhì)點恰在平衡位置，A錯；由圖象可知波沿軸負(fù)方向傳播，將波沿軸負(fù)方向分別平移波長和波長，可知B錯、正確；只有平衡位置間的距離為波長整倍的兩質(zhì)點位移和速度才分別相同，故D錯答案3一列簡諧橫波沿軸正方向傳播，振幅為A=0時，平衡位置在=0處的質(zhì)元位于y=0處，且向y軸負(fù)方向運動；此時，平衡位置在=015處的質(zhì)元位于y=A處該波的波長可能等于()A060B020012D0086解析由題意知，其波形如下圖所以,，（=0,1,2……），當(dāng)=0時，λ=06，A對；當(dāng)=1，λ=012,對，故選A、答案A4一列簡諧橫波沿直線由向b傳播，相距105的、b兩處的質(zhì)點振動圖象如圖中、b所示，則()A該波的振幅可能是20cB該波的波長可能是84該波的波速可能是105/D該波由傳播到b可能歷時7解析由振動圖象可知T=4，振幅A=10c，且、b距離相差（+075）λ,、b的振動時間相差（+075）T,又105=（+075）λ，則λ=105/(+075),v=λ/T=105/(4+3),因而D對（取0，1，2，3……）答案D5一列簡諧橫波沿直線傳播，該直線上的、b兩點相距442圖中實、虛兩條曲線分別表示平衡位置在、b兩點處質(zhì)點的振動曲線從圖示可知()A此時波的頻率一定是10HzB此列波的波長一定是01此列波的傳播速度可能是34/D點一定比b點距波近解析由振動曲線知T=01，故f==10Hz,A正確若波經(jīng)→b，則Δ1=01+003若波經(jīng)b→，則Δ2=01+007由v1·Δ1=b和v2·Δ2=b，取=0,1,2……可知正確，B、D錯答案A6某地區(qū)地震波中的橫波和縱波傳播速率分別約為4/和9/一種簡易地震儀由豎直彈簧振子P和水平彈簧振子H組成（下圖），在一次地震中，震在地震儀下方，觀察到兩振子相差5開始振動，則()AP先開始振動，震距地震儀約36BP先開始振動，震距地震儀約25H先開始振動，震距地震儀約36DH先開始振動，震距地震儀約25解析由兩種波的傳播速率可知，縱波先傳到地震儀，設(shè)所需時間為，則橫波傳到地震儀的時間為+5由位移關(guān)系可得4(+5)=9,=4，距離=v=36，故A正確答案A7某質(zhì)點在y方向做簡諧運動，平衡位置在坐標(biāo)原點O處，其振幅為005，振動周期為04，振動在介質(zhì)中沿軸正方向傳播，傳播速度為1/當(dāng)它由平衡位置O開始向上振動，經(jīng)過02后立即停止振動，由此振動在介質(zhì)中形成一個脈沖波那么，在停止振動后經(jīng)過02的波形可能是圖中的()解析在O處，質(zhì)點開始向上振動，經(jīng)02時，O處質(zhì)點向下振動，且波向右傳播半個波長,=02的質(zhì)點將要振動此時停止振動，波形不變，在02內(nèi)又向右傳播半個波長，故B正確答案B8如圖所示，兩列簡諧橫波分別沿軸正方向和負(fù)方向傳播，兩波分子位于=-2、10-1和=12×10-1處，兩列波的波速均為v=04/，兩波的振幅均為A=2c圖示為=0時刻兩列波的圖象（傳播方向如圖），此刻處于平衡位置=02和08的P、Q兩質(zhì)點剛開始振動質(zhì)點M的平衡位置處于=05處關(guān)于各質(zhì)點運動情況的判斷正確的是()A質(zhì)點P、Q都首先沿y軸正方向運動B=075時刻，質(zhì)點P、Q都運動到M點=1時刻，質(zhì)點M的位移為+4cD=1時刻，質(zhì)點M的位移為-4c解析根據(jù)波動與振動方向間的關(guān)系可知，此時P、Q兩質(zhì)點均向y軸負(fù)方向運動，選項A錯誤再經(jīng)過=075，兩列波都傳播Δ=v=03，恰好都傳播到M點，但P、Q兩質(zhì)點并未隨波遷移，選項B錯誤=1時，兩列波都傳播Δ=v=04，兩列波的波谷同時傳播到M點，根據(jù)波的疊加原，質(zhì)點M的位移為-4c，選項錯誤，選項D正確答案D9一列沿著軸正方向傳播的橫波，在=0時刻的波形如圖甲所示圖甲中某質(zhì)點的振動圖象如圖乙所示質(zhì)點N的振幅是________,振動周期為________，圖乙表示質(zhì)點_______（從質(zhì)點、L、M、N中選填）的振動圖象該波的波速為______/解析由圖甲可知，振幅為08由圖乙可知，振動周期T=4由圖乙可知該質(zhì)點在=0時，正由平衡位置向y軸正方向振動，故它表示質(zhì)點L的振動圖象由λ=vT可得，答案084L0510如圖所示，一列沿軸正方向傳播的簡諧橫波，波速大小為06/，P點的橫坐標(biāo)為96c從圖中狀態(tài)開始計時，問：（1）經(jīng)過多長時間，P質(zhì)點開始振動？振動時方向如何？（2）經(jīng)過多長時間，P質(zhì)點第一次到達波峰？解析（1）開始計時時，這列波的最