高中人教物理选修3-4 第2讲.doc

第2讲　机械波
知识排查
机械波　横波和纵波
定义
机械振动在介质中的传播形成机械波
产生条件
(1)波源；(2)介质
形成原因
介质中的质点受波源或邻近质点的驱动做受迫振动
分类
横波
振动方向与传播方向垂直的波，如绳波
纵波
振动方向与传播方向平行的波，如声波
波速、波长和频率的关系
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。
2．频率f：与波源的振动频率相等。
3．波速v：波在介质中的传播速度。
4．波速与波长和频率的关系：v＝λf。
波的图象
1.坐标轴的意义：横坐标表示在波的传播方向上各质点的平衡位置，纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移。
2．图象的物理意义：某一时刻介质中各质点相对平衡位置的位移。
图1
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
明显条件：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：波源和观察者之间有相对运动。
(2)现象：观察者感到频率发生变化。
(3)实质：波源频率不变，观察者接收到的频率变化。
小题速练
1．(多选)关于机械振动与机械波，下列说法正确的是(　　)
A．机械波的频率等于振源的振动频率
B．机械波的传播速度与振源的振动速度相等
C．质点振动的方向总是垂直于波传播的方向
D．在一个周期内，沿着波的传播方向，振动在介质中传播一个波长的距离
E．机械波在介质中传播的速度由介质本身决定
解析　机械波的频率是振源的振动频率，故A正确；机械波的传播速度与振源的振动速度无关，故B错误；机械波分横波与纵波，纵波的质点振动方向与波的传播方向在同一条直线上，故C错误；由v＝可知，在一个周期内沿着波的传播方向，振动在介质中传播一个波长的距离，故D正确；机械波在介质中传播的速度由介质本身决定，故E正确。
答案　ADE
2．(多选)如图2所示为一横波在某时刻的波形图，已知质点F此时运动方向如图，则(　　)
图2
A．波向左传播
B．质点H与质点F的运动方向相同
C．质点C比质点B先回到平衡位置
D．此时质点C的加速度为零
E．此时速度大小最大的质点是A、E、I
解析　由“上下坡法”可得，选项A正确；质点H与质点F的运动方向相反，选项B错误；质点B运动方向向上，因此质点C比质点B先回到平衡位置，选项C正确；此时质点C的加速度最大，速度为零，选项D错误；平衡位置处质点速度最大，选项E正确。
答案　ACE
3.(多选)关于机械波的特性，下列说法正确的是(　　)
A．只有波长比障碍物的尺寸小或相差不多的时候才会发生明显的衍射现象
B．火车鸣笛时向我们驶来，听到的笛声频率将比声源发出的频率高
C．向人体内发射频率已知的超声波被血管中的血液反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化就能知道血液的速度，这种方法应用的是多普勒效应
D．当观察者背离波源运动，接收到的波的频率小于波源的频率
E．只要是性质相同的波，都可以发生干涉
解析　只有障碍物的尺寸比波长小或相差不多的时候才会发生明显的衍射现象，A错误；根据多普勒效应，火车鸣笛时向我们驶来，听到的笛声频率将比声源发出的频率高，B正确；向人体内发射频率已知的超声波被血管中的血液反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化就能知道血液的速度，这种方法应用的是多普勒效应，C正确；根据多普勒效应，当观察者向波源运动，接收到的波的频率大于波源的频率，当观察者背离波源运动，接收到的波的频率小于波源的频率，D正确；只有在同一介质中传播的频率相同的同类波，才能发生干涉，E错误。
答案　BCD
　波的传播与图象
波动图象的信息(如图3所示) (1)直接读取振幅A和波长λ，以及该时刻各质点的位移。
图3
(2)确定某时刻各质点加速度的方向，并能比较其大小。
(3)结合波的传播方向可确定各质点的振动方向或由各质点的振动方向确定波的传播方向。
2．波的传播过程中的特点
(1)振源经过一个周期T完成一次全振动，波恰好向前传播一个波长的距离，所以有v＝＝λf。
(2)质点振动nT(波传播nλ)时，波形不变。
(3)在波的传播方向上，当两质点平衡位置间的距离为nλ(n＝1，2，3…)时，它们的振动步调总相同；当两质点平衡位置间的距离为(2n＋1)(n＝0，1，2，3…)时，它们的振动步调总相反。
(4)波源质点的起振方向决定了它后面的质点的起振方向，各质点的起振方向与波源的起振方向相同。
【例1】　(多选) [