著名机构高二物理寒假班讲义第1讲机械波
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1、第1讲 机械波 1.1 认识机械波你看过艺术体操中的“带操”表演吗?运动员手持细棒抖动彩带的一端,彩带随之波浪翻卷。这是振动在彩带上传播的结果。知识点睛1机械波 形成:振动的传播称为波动,简称波。机械振动在介质中的传播形成了机械波,抖动的彩带端叫波源,彩带则为传播振动的介质。机械波产生的条件: 振源 介质 种类:横波质点的振动方向与波的传播方向垂直。横波中,凸起的最高处叫波峰,凹下的最低处叫波谷。纵波质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上。纵波中,质点分布最密的地方叫密部,分布最疏的地方叫疏部。波是能量传播的一种方式:机械波向外传播的只是振动形式,介质上的各个质点都在自己的平衡位置附近振动,
2、并不随波迁移。2描述机械波的物理量 周期和频率在波动中,介质中各个质点的振动周期或频率都是相同的,它们都等于波源的振动周期或频率,这个周期或频率也叫做波的周期或频率。波的频率由振源决定,与介质无关。 波长在波动中,振动步调总是相同的两个相邻质点间的距离,叫做波长,通常用表示。在横波中,两个相邻的波峰(或波谷)之间的距离等于波长。在纵波中,两个相邻的密部(或疏部)之间的距离等于波长。 波速波速由介质决定,与振源无关。经过一个周期,振动在介质中传播的距离等于一个波长,所以定义波速。思考几个问题:波由一种介质进入到另一种介质时,频率会改变吗?波速呢?不同频率的声波在同种介质中的波速相同吗?波长由谁来
3、决定呢?【答案】 频率不会变,波速会变 相同 波速和频率决定过去我们研究的是单个质点的运动情况,波却是很多质点的运动。为了表示这么多质点在同一时刻的运动情况,图象是一个很有用的工具。我们以横波为例研究波的图象。3机械波的图象 波的图象:也称波形图,简称波形,描述介质中各个质点在某一时刻的位移。 如果波的图象是正弦曲线,这样的波叫做正弦波。 波上任意点的振动方向的判断方法带动法首先,明确波的传播方向,确定波源方位;然后在质点靠近波源一方附近(不超过)图象上找另一点;若在上方,则带动向上运动,若在下方,则带动向下运动。微平移法作出经微小时间后的波形,就知道了各质点经过时间到达的位置,运动方向就知道
4、了。同侧法在波的图象上的某一点,沿水平方向画一个箭头表示波的传播方向,并设想在同一点沿竖直方向画出一个箭头表示质点振动方向,那么这两个箭头总是在曲线的同侧,其中表示质点振动方向,表示波的传播方向。上下坡法沿波的传播方向看,“上坡”的质点向下振动,“下坡”的质点向上振动,简称“上坡下,下坡上”。例题精讲例题说明:例1考查波的成因以及波与振动的关系,例2考查有关波速的概念,例3考查横波与纵波,较为新颖,例4、例5考察周期、波速、波长关系的计算,例6、例7、例8考察质点的振动方向的判断,例9例12综合考察图象、周期、波长、波速关系等,其中,例12需要自己画出波形。【例1】关于振动和波的关系,下列说法
5、正确的是A振动是波的成因,波是振动的传播B振动是单个质点呈现的运动现象,波是许多质点联合起来呈现的运动现象C波的传播速度就是质点的振动速度D波源停止振动时,波立即停止传播【答案】 AB【例2】关于波速,下列说法正确的是A反映了介质中质点振动的快慢B反映了振动在介质中传播的快慢C振源的振幅越大,波速越大D由可知,振源频率越大,波速越大【答案】 B【例3】某地区地震波中的横波和纵波传播速率分别约为和,一种简易地震仪由竖直弹簧振子和水平弹簧振子组成如图所示,在一次地震中,震源在地震仪下方,观察到两振子相差开始振动,则 A先开始振动,震源距地震仪约B先开始振动,震源距地震仪约C先开始振动,震源距地震仪
6、约D先开始振动,震源距地震仪约 【解析】 由于纵波传播较快,先开始振动,设震源距地震仪约,则有:,代入数据可得,故A正确。【答案】 A【例4】一只船停在岸边,如海浪相邻波峰间的距离是,海浪的速度是,求船摇晃的周期。【答案】【例5】如图所示,一列沿轴正方向传播的简谐横波,周期为。某时刻,离开平衡位置的位移都相等的三个质点、,已知和之间的距离为,和之间的距离为,求的振动传到所需的时间。【解析】 该波的波长,故波速,所以的振动传到所需的时间为。【答案】【例6】一列沿轴正方向传播的简谐横波,某时刻的波形如图所示。为介质中的一个质点,从该时刻开始的一段极短时间内,的速度和加速度的大小变化情况是A. 变小
7、,变大 B. 变小,变小C. 变大,变大 D. 变大,变小【答案】 D【例7】一列横波在某时刻的波形图如图所示,质点的运动方向向上,下列说法正确的是A波沿轴正方向传播B质点、的运动方向相同C质点比先回到平衡位置D质点的加速度为【答案】 C【例8】一列简谐机械横波某时刻的波形如图所示,波源的平衡位置坐标为。当波源质点处于其平衡位置上方且向下运动时,介质中平衡位置坐标的质点所处位置及运动情况是A在其平衡位置下方且向上运动B在其平衡位置下方且向下运动C在其平衡位置上方且向上运动D在其平衡位置上方且向下运动【解析】 处的质点和处的质点是两个反相质点(相隔半个波长,运动情况总相反),A对【答案】 A【例
8、9】一简谐横波沿轴正方向传播,某时刻其波形如图所示。下列说法正确的是A 由波形图可知该波的波长B 由波形图可知该波的周期C 经周期后质元运动到点D 经周期后质元的速度变为零【解析】 由波的图象的物理意义,A项正确;波传递的是能量和振动形式,并不发生质点的迁移,质点只能在各自的平衡位置振动,C错误,D正确;波长、波速和周期(频率)三个量中要知道两个才能求出第三个,B项错误。【答案】 AD【例10】如图所示,是波源,各质点之间的距离为,当时,开始向上振动,经过第一次达到最大位移,此时波传播到点,则下列说法中正确的是A波的传播速度是,周期是;B波的频率是,波长是;C再经过,波传播到点,达最大的位移;
9、D波传播到点时共历时,这时质点达最大位移。【答案】 CD【例11】由原点处的波源发出一列简谐波沿轴正向传播,在时刻的波形曲线如图所示。已知这列波的质点连续出现两次波峰的时间间隔为,则A这列波的波长为B这列波的传播速度为C当时,质点第一次到达波峰D质点到达波峰时,质点恰好到达波谷【解析】 由图可知波长,根据题意可知周期,所以波速,A错B对。时刻处质点处于波峰,因此质点第一次到达波峰所需的时间,C对。、两质点相距,即两个波长,当两者均振动时,相对平衡位置的位移总是相同的,D错。【答案】 BC【例12】如图所示,在平面内有一沿轴正方向传播的简谐横波,波速为,频率为,两点位于轴上,相距。取点位于波峰时
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