一、機(jī)械波1.機(jī)械波的形成條件(1)有發(fā)生機(jī)械振動(dòng)的波源。(2)有傳播介質(zhì),如空氣、水等。
2.傳播特點(diǎn)(1)機(jī)械波傳播的只是振動(dòng)的_____和_____,質(zhì)點(diǎn)只在各自的平衡位置附近做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),并不隨波_____。(2)介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振幅相同,振動(dòng)周期和頻率都與_____的振動(dòng)周期和頻率相同。(3)一個(gè)周期內(nèi),質(zhì)點(diǎn)完成一次全振動(dòng),通過(guò)的路程為_(kāi)__,位移為_(kāi)__。
二、波的描述1.波的圖像(1)圖像的建立:如圖所示,用橫坐標(biāo)x表示在波的傳播方向上各質(zhì)點(diǎn)的__________,縱坐標(biāo)y表示某一時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的_____,在xOy平面上,畫出各點(diǎn)(x,y),用___________把各點(diǎn)連接起來(lái)就得到了波的圖像。
(2)圖像的物理意義:表示在波的傳播方向上,某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)_________的位移。(3)簡(jiǎn)諧波:波形圖像是_________,這樣的波叫作_______,也稱為簡(jiǎn)諧波。簡(jiǎn)諧波在傳播時(shí),介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)在做_________。
2.波長(zhǎng)、頻率和波速(1)波長(zhǎng)(λ):在波動(dòng)中,振動(dòng)相位總是_____的兩個(gè)_____質(zhì)點(diǎn)間的距離,通常用λ表示。①在橫波中,兩個(gè)相鄰波峰(或波谷)間的距離等于_____。②在縱波中,兩個(gè)相鄰密部(或疏部)間的距離等于_____。注意:“相鄰”和“振動(dòng)相位總是相同的”是波長(zhǎng)定義的關(guān)鍵,二者缺一不可。
(2)周期、頻率①規(guī)律:在波動(dòng)中,各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期或頻率是_______,它們都等于_____的振動(dòng)周期或頻率。②決定因素:波的周期或頻率由_____的周期或頻率決定。③時(shí)空的對(duì)應(yīng)性:在一個(gè)周期的時(shí)間內(nèi),振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的距離等于__________。④周期與頻率關(guān)系:周期T與頻率f互為_(kāi)____,即f= 。
(3)波速①定義:波速是指波在介質(zhì)中_____的速度。②公式:v= =____或v= 。③決定因素:機(jī)械波在介質(zhì)中的傳播速度由_____本身的性質(zhì)決定,在不同的介質(zhì)中,波速一般_____。④決定波長(zhǎng)的因素:波長(zhǎng)由_____和_____共同決定。
【情境轉(zhuǎn)換】心電圖儀是用來(lái)記錄心臟生物電變化規(guī)律的裝置,人的心臟跳動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一股股強(qiáng)弱不同的生物電,生物電的變化可以通過(guò)周圍組織傳到身體的表面。醫(yī)生將引導(dǎo)電極放置于肢體或軀體的一定部位就可通過(guò)心電圖儀記錄出心電變化的波動(dòng)曲線,這就是心電圖。下面是甲、乙兩人在同一臺(tái)心電圖儀上作出的心電圖,分別如圖a、b所示,醫(yī)生通過(guò)測(cè)量后記下甲的心率是60次/分。
問(wèn)題:(1)該心電圖儀圖紙移動(dòng)的速度。(2)乙的心動(dòng)周期和心率。提示:(1)2.5×10-2 m/s(2)0.8 s　75次/分
三、波的干涉、衍射和多普勒效應(yīng)1.波的干涉和衍射
2.多普勒效應(yīng)(1)定義:由于波源和觀察者之間有_________,使觀察者感受到波的頻率_________的現(xiàn)象。(2)實(shí)質(zhì):波源頻率_____,觀察者接收到的頻率_________。(3)規(guī)律:①波源與觀察者如果相互靠近,觀察者接收到的_________。②波源與觀察者如果相互遠(yuǎn)離,觀察者接收到的_________。③波源和觀察者如果相對(duì)靜止,觀察者接收到的頻率_____波源的頻率。
【小題快練】1.判一判(1)機(jī)械波在傳播過(guò)程中,各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期、起振方向都相同。(　　)(2)機(jī)械波在一個(gè)周期內(nèi)傳播的距離就是振幅的4倍。(　　)(3)兩列波在介質(zhì)中疊加,一定產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。(　　)(4)一切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象。(　　)(5)多普勒效應(yīng)說(shuō)明波源的頻率發(fā)生變化。(　　)(6)機(jī)械波在介質(zhì)中傳播的速度由介質(zhì)本身決定。(　　)答案:(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)√
2.練一練(1)如圖為兩機(jī)械波a和b在同一介質(zhì)中傳播時(shí)某時(shí)刻的波形圖,則兩列波的波長(zhǎng)之比λa∶λb、周期之比Ta∶Tb分別為(　　)A.1∶2　1∶2　　　　　　B.1∶2　2∶1C.2∶1　1∶2D.2∶1　2∶1
【解析】選D。由題圖可得:a波的波長(zhǎng)為b波波長(zhǎng)的兩倍,即λa∶λb=2∶1,在同一介質(zhì)中兩波的波速v相同,根據(jù)周期公式T= 可得Ta∶Tb=λa∶λb=2∶1,故A、B、C錯(cuò)誤,D正確。
(2)(2020·西城區(qū)模擬)手持軟繩的一端O點(diǎn)在豎直方向上做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)繩上的其他質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)形成沿繩水平傳播的簡(jiǎn)諧波,P、Q為繩上的兩點(diǎn)。t=0時(shí)O點(diǎn)由平衡位置出發(fā)開(kāi)始振動(dòng),至t1時(shí)刻恰好完成兩次全振動(dòng),繩上OQ間形成如圖所示的波形(Q點(diǎn)之后未畫出),則(　　)A.t1時(shí)刻之前Q點(diǎn)始終靜止B.t1時(shí)刻P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向向上C.t1時(shí)刻P點(diǎn)剛好完成一次全振動(dòng)D.t=0時(shí)O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向向上
【解析】選C。根據(jù)圖像可知,該波傳到Q點(diǎn)需要 T,而t1時(shí)刻恰好完成兩次全振動(dòng),所以t1時(shí)刻Q點(diǎn)已經(jīng)振動(dòng) T,故A錯(cuò)誤;根據(jù)“同側(cè)法”可知,t1時(shí)刻P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向向下,故B錯(cuò)誤;該波傳到P點(diǎn)需要一個(gè)周期,而t1時(shí)刻恰好完成兩次全振動(dòng),所以t1時(shí)刻P點(diǎn)剛好完成一次全振動(dòng),故C正確;在t1時(shí)刻恰好完成兩次全振動(dòng),所以振源的起振方向與t1時(shí)刻的振動(dòng)情況完全相同,該時(shí)刻O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向向下,則t=0時(shí)O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向向下,故D錯(cuò)誤。
(3)甲、乙兩列波振幅分別為A、 ,在同一介質(zhì)中相向傳播,某時(shí)刻的波形圖如圖所示,x=4 m處的質(zhì)點(diǎn)再過(guò)1 s將第一次到達(dá)波谷,以下說(shuō)法正確的是(　　)A.這兩列波不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象B.經(jīng)過(guò)4 s兩波會(huì)相遇C.x=7 m處的質(zhì)點(diǎn)振幅為AD.x=6 m處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)
【解析】選D。由題圖可知,兩列波周期和波長(zhǎng)相同,因此可以發(fā)生干涉,故A錯(cuò)誤;根據(jù)平移法可知,兩列波的波速v= =1 m/s,兩波相遇所需時(shí)間t= ,解得t=2 s,故B錯(cuò)誤;因?yàn)閮闪胁ㄖ芷诤筒ㄩL(zhǎng)相同,兩列波會(huì)發(fā)生干涉,x=3 m和x=11 m的質(zhì)點(diǎn)到x=7 m的距離相等,振動(dòng)情況相反,所以在x=7 m處兩列波相互減弱,因此在x=7 m處的振幅為 ,故C錯(cuò)誤;x=1 m和x=11 m的質(zhì)點(diǎn)到x=6 m的距離相等,振動(dòng)情況相同,因此在x=6 m處是波峰和波峰相遇,是振動(dòng)加強(qiáng),故D正確。
【剝繭抽絲】——提升演繹推理能力(1)根據(jù)圖像以及質(zhì)點(diǎn)在0到0.1 s時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)方向不變,分析所給時(shí)間與周期的關(guān)系Δt= ___T,從而找到周期T= ______;?(2)根據(jù)平移法分析波的傳播方向沿x軸_______;(3)由v=求解傳播速度v= _______。?

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