章末素養(yǎng)提升物理觀念機(jī)械波(1)形成條件：波源、介質(zhì)，二者缺一不可(2)特點(diǎn)：傳播振動(dòng)形式、傳遞能量和信息，質(zhì)點(diǎn)不會(huì)隨波遷移(3)波與振動(dòng)的關(guān)系：有機(jī)械振動(dòng)不一定有機(jī)械波，有機(jī)械波必有機(jī)械振動(dòng)(4)分類：按機(jī)械波傳播方向和振動(dòng)方向的關(guān)系分為橫波和縱波描述波的物理量(1)波長(zhǎng)λ：一個(gè)周期傳播的距離(2)頻率f(周期T)：由波源決定(3)波速v：由介質(zhì)決定(4)關(guān)系：v＝ λf 或v＝ 波的一些現(xiàn)象波的反射、波的折射、波的衍射、波的疊加、波的干涉、多普勒效應(yīng)。科學(xué)思維圖像法波的圖像：(1)物理意義：橫坐標(biāo)表示波的傳播方向上各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置，縱坐標(biāo)表示某一時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移(2)圖像信息：波長(zhǎng)λ、各質(zhì)點(diǎn)的振幅A、各質(zhì)點(diǎn)的位移x等(3)波的傳播方向和各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向互判模型法橫波和縱波模型多普勒效應(yīng)模型科學(xué)探究(1)通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)波的反射和折射現(xiàn)象(2)探究波發(fā)生明顯衍射的條件(3)通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究和分析波的干涉現(xiàn)象科學(xué)態(tài)度與責(zé)任(1)通過(guò)了解機(jī)械波在介質(zhì)中的傳播速度及影響因素，讓學(xué)生理解物理學(xué)的本質(zhì)(2)通過(guò)分析多普勒效應(yīng)的產(chǎn)生原理，認(rèn)識(shí)超聲波的多普勒測(cè)速儀、“彩超”等具體應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理學(xué)的興趣 例1　分析下列所描述的四個(gè)物理現(xiàn)象：①聽(tīng)到迎面而來(lái)越來(lái)越尖銳的汽笛聲②水塘中的水波能繞過(guò)障礙物繼續(xù)傳播③夏天里一次閃電過(guò)后，有時(shí)會(huì)雷聲轟鳴不絕④圍繞振動(dòng)的音叉轉(zhuǎn)一圈會(huì)聽(tīng)到忽強(qiáng)忽弱的聲音這些現(xiàn)象分別是波的(　　)A．多普勒效應(yīng)、反射現(xiàn)象、衍射現(xiàn)象、干涉現(xiàn)象B．多普勒效應(yīng)、衍射現(xiàn)象、反射現(xiàn)象、干涉現(xiàn)象C．干涉現(xiàn)象、衍射現(xiàn)象、多普勒效應(yīng)、折射現(xiàn)象D．多普勒效應(yīng)、反射現(xiàn)象、干涉現(xiàn)象、衍射現(xiàn)象答案　B解析　①聽(tīng)到迎面而來(lái)越來(lái)越尖銳的汽笛聲是多普勒效應(yīng)；②水塘中的水波能繞過(guò)障礙物繼續(xù)傳播是衍射現(xiàn)象；③夏天里一次閃電過(guò)后，有時(shí)會(huì)雷聲轟鳴不絕是反射現(xiàn)象；④圍繞振動(dòng)的音叉轉(zhuǎn)一圈會(huì)聽(tīng)到忽強(qiáng)忽弱的聲音是干涉現(xiàn)象，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤。例2　(2022·北京卷)在如圖所示的xOy坐標(biāo)系中，一條彈性繩沿x軸放置，圖中小黑點(diǎn)代表繩上的質(zhì)點(diǎn)，相鄰質(zhì)點(diǎn)的間距為a。t＝0時(shí)，x＝0處的質(zhì)點(diǎn)P0開(kāi)始沿y軸做周期為T、振幅為A的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。t＝T時(shí)的波形如圖所示。下列說(shuō)法正確的是(　　)A．t＝0時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P0沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)B．t＝T時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P4的速度最大C．t＝T時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P3和P5相位相同D．該列繩波的波速為答案　D解析　由t＝T時(shí)的波形圖可知，波剛好傳到質(zhì)點(diǎn)P6，根據(jù)“上下坡法”可知此時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P6沿y軸正方向運(yùn)動(dòng)，波源起振的方向也沿y軸正方向，故t＝0時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P0沿y軸正方向運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤；由題圖可知，在t＝T時(shí)質(zhì)點(diǎn)P4處于正的最大位移處，故速度為零，故B錯(cuò)誤；由題圖可知，在t＝T時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P3沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)P5沿y軸正方向運(yùn)動(dòng)，故兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)的相位不相同，故C錯(cuò)誤；由題圖可知＝2a，解得λ＝8a，故該列繩波的波速為v＝＝，故D正確。例3　(多選)(2022·西安市高二期末)如圖所示，波源O垂直于紙面做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，所激發(fā)的橫波在均勻介質(zhì)中向四周傳播，圖中虛線表示兩個(gè)波面。t＝0時(shí)，離O點(diǎn)5 m的A點(diǎn)開(kāi)始振動(dòng)，且向上振動(dòng)；t＝1 s時(shí)，離O點(diǎn)10 m的B點(diǎn)也開(kāi)始振動(dòng)，此時(shí)A點(diǎn)回到平衡位置向下運(yùn)動(dòng)。則下列判斷正確的是(　　)A．該波的波速一定為5 m/sB．該波的波長(zhǎng)一定為2 mC．波源開(kāi)始振動(dòng)時(shí)振動(dòng)方向向下D．t＝1 s時(shí)，AB連線上可能有3個(gè)點(diǎn)處于最大位移答案　AD解析　分析題意可知，1 s時(shí)間內(nèi)，波傳播了5 m的距離，波速v＝＝5 m/s，故A正確；1 s時(shí)間內(nèi)，A點(diǎn)從開(kāi)始向上振動(dòng)到回到平衡位置時(shí)向下運(yùn)動(dòng)，則1 s＝(n＋)T(n＝0,1,2,3，…)解得T＝ s(n＝0,1,2,3，…)則λ＝vT＝5× m＝ m(n＝0,1,2,3，…)波長(zhǎng)不一定是2 m，故B錯(cuò)誤；波源開(kāi)始振動(dòng)的方向與每個(gè)質(zhì)點(diǎn)開(kāi)始振動(dòng)的方向相同，由題意可知t＝0時(shí)A點(diǎn)開(kāi)始向上振動(dòng)，則波源開(kāi)始振動(dòng)的方向向上，故C錯(cuò)誤；若n＝1，則波長(zhǎng)為λ1＝ m＝ mAB間距Δx＝5 m＝λ1＝1.5λ1則t＝1 s時(shí)，AB連線上有三個(gè)點(diǎn)處于最大位移處，故D正確。例4　(多選)(2022·山東卷)一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸傳播，平衡位置位于坐標(biāo)原點(diǎn)O的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)圖像如圖所示。當(dāng)t＝7 s時(shí)，簡(jiǎn)諧波的波動(dòng)圖像可能正確的是(　　)答案　AC解析　由O點(diǎn)的振動(dòng)圖像可知，周期為T＝12 s，振幅A＝20 cm設(shè)原點(diǎn)處的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方程為y＝Asin (t＋φ)將(0,10 cm)代入，解得φ＝在t＝7 s時(shí)刻y7＝20sin (×7＋) cm＝－10 cm≈－17.3 cm因7 s＝T＋T由題可知在t＝7 s時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)在y軸負(fù)半軸向下振動(dòng)，根據(jù)“同側(cè)法”可判斷若波向右傳播，則波形為C所示；若波向左傳播，則波形如A所示，故選A、C。例5　(2022·遂寧市高二期末)一根長(zhǎng)20 m的軟繩拉直后放置在光滑水平地板上，以繩中點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以繩上各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置為x軸建立圖示坐標(biāo)系。兩人在繩端沿y軸方向不斷有節(jié)奏地抖動(dòng)，形成兩列振幅分別為10 cm、20 cm的相向傳播的機(jī)械波P、Q。已知P的波速為2 m/s，t＝0時(shí)刻的波形如圖所示。下列判斷正確的有(　　)A．兩波源的起振方向相反，Q的傳播速度小于2 m/sB．t＝4.5 s時(shí)，坐標(biāo)原點(diǎn)處質(zhì)點(diǎn)位移為30 cmC．兩列波的頻率均為2 Hz，疊加區(qū)域有穩(wěn)定干涉圖樣D．兩波在t＝3.5 s時(shí)第一次相遇，相遇處質(zhì)點(diǎn)位移為10 cm答案　B解析　P起振方向沿y軸負(fù)方向，而Q起振方向沿y軸正方向，因此起振方向相反，波速由介質(zhì)決定，因此兩列波的速度大小相等，則Q的傳播速度等于2 m/s，故A錯(cuò)誤；t＝4.5 s時(shí)，兩列波都向前傳播了Δx＝vΔt＝9 m則P、Q的波峰傳播到了坐標(biāo)原點(diǎn)處，該質(zhì)點(diǎn)位移為10 cm＋20 cm＝30 cm，故B正確；由于波長(zhǎng)λ＝4 m兩列波的速度大小相等，根據(jù)v＝λf＝可知f＝0.5 Hz，T＝2 s因此兩列波的頻率均為0.5 Hz，疊加區(qū)域有穩(wěn)定干涉圖樣，故C錯(cuò)誤；兩波第一次相遇時(shí)，有Δx′＝2vt′解得t′＝＝ s＝3.5 s故t＝3.5 s時(shí)兩波第一次相遇，且相遇處兩列波都在平衡位置，因此質(zhì)點(diǎn)位移為0，故D錯(cuò)誤。例6　(多選)(2022·浙江6月選考)位于x＝0.25 m的波源P從t＝0時(shí)刻開(kāi)始振動(dòng)，形成的簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正負(fù)方向傳播，在t＝2.0 s時(shí)波源停止振動(dòng)，t＝2.1 s時(shí)的部分波形如圖所示，其中質(zhì)點(diǎn)a的平衡位置xa＝1.75 m，質(zhì)點(diǎn)b的平衡位置xb＝－0.5 m。下列說(shuō)法正確的是(　　)A．沿x軸正負(fù)方向傳播的波發(fā)生干涉B．t＝0.42 s時(shí)，波源的位移為正C．t＝2.25 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)a沿y軸負(fù)方向振動(dòng)D．在0到2 s內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)b運(yùn)動(dòng)總路程是2.55 m答案　BD解析　波沿x軸正負(fù)方向傳播，向相反方向傳播的波不會(huì)相遇，不會(huì)發(fā)生干涉，故A錯(cuò)誤；由題圖可知，波的波長(zhǎng)λ＝1 m，由題意可知0.1 s內(nèi)波傳播四分之一波長(zhǎng)，可得＝0.1 s，解得T＝0.4 s，波源振動(dòng)了2 s，即波傳播了5個(gè)周期，故波源的起振方向與t＝2.1 s時(shí)x＝1.5 m處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向相同，則波源的振動(dòng)方向向上，在t＝0.42 s，即T<t<時(shí)，波源會(huì)向上振動(dòng)，位移為正，故B正確；波的波速v＝＝2.5 m/s，波源停止振動(dòng)后到質(zhì)點(diǎn)a停止振動(dòng)的時(shí)間為t1＝ s＝0.6 s>0.25 s，即t＝2.25 s時(shí)質(zhì)點(diǎn)a還在繼續(xù)振動(dòng)，從t＝2.1 s到t＝2.25 s，經(jīng)過(guò)時(shí)間為t2＝0.15 s，即<t2<，結(jié)合題圖可知質(zhì)點(diǎn)a位移為正且沿y軸正方向振動(dòng)，故C錯(cuò)誤；波傳到b點(diǎn)所需的時(shí)間為t3＝ s＝0.3 s，在0到2 s內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)b振動(dòng)的時(shí)間為t4＝2 s－0.3 s＝1.7 s＝T，質(zhì)點(diǎn)b在此時(shí)間段內(nèi)運(yùn)動(dòng)總路程s＝17A＝17×0.15 m＝2.55 m，故D正確。

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