第45讲机械波-2024届高中物理一轮复习提升素养导学案（全国通用）

第45讲 机械波 学习目标 明确目标 确定方向 1机械波的产生和传播 2描述机械波的物理量 3. 机械波的图像 4. 波的干涉和衍射 5. 多普勒效应 【知识回归】 回归课本 夯实基础 第一部分：基础知识梳理 一、机械波 1.形成条件 (1)有发生机械振动的波源。 (2)有传播介质，如空气、水等。 2.传播特点 (1)传播振动形式、传播能量、传播信息。 (2)质点不随波迁移。 3.机械波的分类 (1)横波：质点的振动方向与波的传播方向相互垂直，有波峰和波谷。 (2)纵波：质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上，有疏部和密部。 4.机械波的描述 (1)波长(λ)：在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离。 ①在横波中，两个相邻波峰(或波谷)间的距离等于波长。 ②在纵波中，两个相邻密部(或疏部)间的距离等于波长。 (2)频率(f)：波的频率等于波源振动的频率。 (3)波速(v)：波在介质中的传播速度，由介质本身的性质决定。 (4)波长、频率(或周期)和波速的关系：v＝＝λf。 5.波的图像 (1)坐标轴：横坐标表示沿波传播方向上各个质点的平衡位置，纵坐标表示该时刻各个质点离开平衡位置的位移。 (2)意义：表示在波的传播方向上，某时刻各质点离开平衡位置的位移。 二、波的干涉和衍射现象　多普勒效应 1.波的干涉和衍射 波的干涉 波的衍射 条件 两列波的频率必须相同，相位差保持不变 产生明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小或相差不多 现象 形成加强区和减弱区相互隔开的稳定的干涉图样 波能够绕过障碍物或孔继续向前传播 2.多普勒效应 (1)条件：声源和观察者之间有相对运动(距离发生变化)。 (2)现象：观察者感到频率发生变化。 (3)实质：声源频率不变，观察者接收到的频率变化。 第二部分：重难点辨析 波的多解问题的处理方法 1．造成波动问题多解的主要因素 (1)周期性： ①时间周期性：时间间隔Δt与周期T的关系不明确。 ②空间周期性：波传播距离Δx与波长λ的关系不明确。 (2)双向性： ①传播方向双向性：波的传播方向不确定。 ②振动方向双向性：质点振动方向不确定。 如：a.质点达到最大位移处，则有正向和负向最大位移两种可能。 b．质点由平衡位置开始振动，则起振方向有向上、向下(或向左、向右)两种可能。 c．只告诉波速不指明波的传播方向，应考虑沿两个方向传播的可能，即沿x轴正方向或沿x轴负方向传播。 d．只给出两时刻的波形，则有多次重复出现的可能。 解决此类问题时，往往采用从特殊到一般的思维方法，即找到一个周期内满足条件的特例，在此基础上，如知时间关系，则加nT；如知空间关系，则加nλ。 (3)波形的隐含性形成多解： 在波动问题中，往往只给出完整波形的一部分，或给出几个特殊点，而其余信息均处于隐含状态。这样，波形就有多种情况，形成波动问题的多解性。 2．解决波的多解问题的思路 (1)首先要考虑波传播的“双向性”，例如，nT＋T时刻向右传播的波形和nT＋T时刻向左传播的波形相同。 (2)其次要考虑波的周期性，若已知一段时间，就要找出与周期的关系，写成t＝nT＋Δt，Δt<T；若已知一段距离，就要找出与波长的关系，写成x＝nλ＋Δx，Δx<λ。 【典例分析】 精选例题 提高素养 【例1】．一列简谐横波在时的波形图如图甲所示，图乙为质点b的振动图像。下列说法正确的是（    ）    A．质点a振动的振幅为12cm B．该波沿x轴正方向传播 C．经过1s时间，质点a将向左移动2m D．时刻，处质点加速度最大 【例2】．如图所示，是两列频率相同的横波相遇后某时刻的情况，实线表示波峰，虚线表示波谷。则在两列波相互叠加的过程中（　　） A．P点相对平衡位置的位移始终最大 B．P点相对平衡位置的位移可能小于N点相对平衡位置的位移 C．P点和Q点的振动情况完全相同 D．P点和Q点连线上的某点可能与N点的振幅相同 【例3】．位于坐标原点O的波源S产生的简谐横波向右传播，波的振幅，波速，设时刻波刚好传到处，部分波形如图所示，P是在波的传播方向上的质点，求： （1）波源S开始振动的方向和该波的周期T； （2）时刻波源S的位置坐标； （3）从时刻起，处的质点第一次到达波谷的时间