1、【 精品教育资源文库 】 第 2 讲 机械波 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 ( )：在波动中，振动相位总是 相同 的两个 相邻 质点间的距离 . 在横波中，两个相邻波峰 (或波谷 )间的距离等于 波长 . 在纵波中，两个相邻密部 (或疏部 )
2、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 T f . 5.波的图象 (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 . 自测 1 (多选 )下列说法正确的是 ( ) A.在机械波传播过程中，介质中的质点随波的传播而迁移 B.周 期或频率，只取决于波源，而与 v、 无直接关系 C.波速 v 取决于介质的性质
3、，它与 T、 无直接关系 D.一切波都能发生衍射现象 答案 BCD 【 精品教育资源文库 】 自测 2 教材 P28第 1题 (多选 )简谐横波某时刻的波形如图 1所示 .P为介质中的一个质点，波沿 x 轴的正方向传播 .以下说法正确的是 ( ) 图 1 A.质点 P 此时刻的速度沿 x 轴的正方向 B.质点 P 此时刻的加速度沿 y 轴的正方向 C.再过半个周期时，质点 P 的位移为负值 D.经过一个周期，质点 P 通过的路程为 4a 答案 CD 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
4、：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 ； (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 . 自测 3 教材 P35 第 1 题 (多选 )以下关于波的衍射的说法，正确的是 ( ) A.波遇到障碍物时，一定会发生明显的衍射现象 B.当障碍物的尺寸比波 长大得多时，会发生明显的衍射现象 C.当孔的大小比波长小时，会发生明显的衍射现象 D.通常讲话产生的声波，经过尺寸为 1 m 左右的障碍物时会发生明
5、显的衍射现象 答案 CD 【 精品教育资源文库 】 命题点一 机械波的形成与传播 1.机械波的传播特点 (1)波传到任意一点，该点的起振方向都和波源的起振方向相同 . (2)介质中每个质点都做受迫振动，因此，任一质点的振动频率和周期都和波源的振动频率和周期相同 . (3)波从一种介质进入另一种介质，由于介质的情况不同，它的波长和波速可能改变，但频率和周期都不会改变 . (4)波经过一个周 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 v T f . 2.波的传播方向与质点振动方向的互判方法 内容 图象 “ 上下 坡 ” 法 沿波的传播方向， “ 上坡 ” 时质点向下振动， “
6、下坡 ” 时质点向上振动 “ 同侧 ” 法 波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧 “ 微平 移 ” 法 将波形沿传播方向进行微小的平移，再由对应同一 x 坐标的两波形曲线上的点来判断振动方向 类型 1 机械波及波速公式的应用 例 1 (多选 )(2016 全国卷 34(1) 某同学漂浮在海 面上，虽然水面波正平稳地以 1.8 m/s 的速率向着海滩传播，但他并不向海滩靠近 .该同学发现从第 1 个波峰到第 10 个波峰通过身下的时间间隔为 15 s.下列说法正确的是 ( ) A.水面波是一种机械波 B.该水面波的频率为 6 Hz C.该水面波的波长为 3 m D.水面波没有将该同
7、学推向岸边，是因为波传播时能量不会传递出去 E.水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时振动的质点并不随波迁移 【 精品教育资源文库 】 答案 ACE 解析 水面波是机械振动在水面上传播，是一种典型机械波， A 对；从第一个波峰到第十个波峰中经历了九个波形，时间间隔 为 15 s，所以其振动周期为 T 159 s 53 s，频率为 f 1T 0.6 Hz， B 错；其波长 vT 1.8 m/s 53 s 3 m， C 对；波传播过程中，传播的是振动形式，能量可以传送出去，但质点并不随波迁移， D 错， E 对 . 变式 1 (多选 )(2016 天津理综 7) 在均匀介质中坐标原点 O 处
8、有一波源做简谐运动，其表达式为 y 5sin ( 2 t)，它在介质中形成的简谐横波沿 x 轴正方向传播，某时刻波刚好传播到 x 12 m 处，波形图象如图 2 所示，则 ( ) 图 2 A.此后再经 6 s 该波传播到 x 24 m 处 B.M 点在此后第 3 s 末的振动方向沿 y 轴正方向 C.波源开始振动时的运动方向沿 y 轴负方向 D.此后 M 点第一次到达 y 3 m 处所需时间是 2 s 答案 AB 解析 波的周期 T 2 22s 4 s，波长 8 m，波速 v T 2 m/s，则再经过 6 s，波传播的距离为 x vt 12 m，该波传到 x 24 m 处，选项 A 正确； M
9、 点 在此时振动方向沿y 轴负方向，则此后第 3 s 末，即经过了 34T，该点的振动方向沿 y 轴正方向，选项 B 正确；因波传到 x 12 m 处时，质点向 y 轴正方向振动，故波源开始振动时的运动方向沿 y 轴正方向，选项 C 错误； M 点第一次到达 y 3 m 位置时，所需的时间小于 T2 2 s，选项 D 错误 . 类型 2 波动与质点振动的综合分析 例 2 (多选 )(2017 全国卷 34(1) 如图 3，一列简谐横波沿 x 轴正方向传播，实线为t 0 时的波形图，虚线为 t 0.5 s 时的波形图 .已知该简谐波的 周期大于 0.5 s.关于该简谐波，下列说法正确的是 ( )
10、 【 精品教育资源文库 】 图 3 A.波长为 2 m B.波速为 6 m/s C.频率为 1.5 Hz D.t 1 s 时， x 1 m 处的质点处于波峰 E.t 2 s 时， x 2 m 处的质点经过平衡位置 答案 BCE 解析 由题图波形图可知，波长 4 m，故 A 错误；横波沿 x 轴正方向传播，实线为 t 0时的波形图，虚线为 t 0.5 s 时的波形图，又该简谐波的周期大于 0.5 s，则波传播的距离 x 34 ， 34T 0.5 s，故周期 T 23 s，频率为 1.5 Hz，波速 v f 6 m/s，故 B、 C正确； t 1 s 32T 时， x 1 m 处的质点处于波谷位
11、置，故 D 错误； t 2 s 3T 时， x 2 m处的质点正经过平衡位置向上运动，故 E 正确 . 变式 2 (多选 )(2016 全国卷 34(1) 由波源 S 形成的简谐横波在均匀介质中向左、右传播 .波源振动的频率为 20 Hz，波速为 16 m/s.已知介质中 P、 Q 两质点位于波源 S 的两侧，且 P、 Q 和 S 的平衡位置在一条直线上， P、 Q 的平衡位置到 S 的平衡位置之间的距离分别为15.8 m、 14.6 m.P、 Q 开始振动后，下列判断正确的是 ( ) A.P、 Q 两质点运动的方向始终相同 B.P、 Q 两质点运动的方向始终相反 C.当 S 恰好通过平衡位置
12、时， P、 Q 两点也正好通过平衡位置 D.当 S 恰好通过平衡位置向上运动时， P 在波峰 E.当 S 恰好通过平衡位置向下运动时， Q 在波峰 答案 BDE 解析 根据题意可得 T 120 s 0.05 s， v 16 m/s，故波长为 vT 0.8 m，找 P 点关于S 点的对称点 P ，根据对称性可知 P 和 P 的振动情况完全相同， P 、 Q 两点相距 x(15.80.8 14.60.8 ) 32 ，为半波长的整数倍， P 、 Q 两点振动方向始终相反，即 P、 Q 两点振动方向始终相反， A 错误， B 正确； P 点距离 S 点 x 1934 ，当 S 恰好通过平衡位置向上【
13、 精品教育资源文库 】 运动时， P 点在波峰，同理 Q 点相距 S 点 x 1814 ，当 S 恰好通过平衡位置向下运动时，Q 点在波峰， D、 E 正确， C 错误 . 命题点二 波动图象和振动图象的理解和应用 图象类型 振动图象 波动图象 研究对象 一 振动质点 沿波传播方向的所有质点 研究内容 一质点的位移随时间的变化规律 某时刻所有质点的空间分布规律 图象 物理意义 表示同一质点在各时刻的位移 表示某时刻各质点的位移 图象信息 (1)质点振动周期 (2)质点振幅 (3)某一质点在各时刻的位移 (4)各时刻速度、加速度的方向 (1)波长、振幅 (2)任意一质点在该时刻的位移 (3)任意
14、一质点在该时刻的加速度方向 (4)传播方向、振动方向的互判 图象变化 随着时间推移，图象延续，但已有形状不变 随着时间推移，波形沿传播方向平移 一完整曲 线占横坐 标的距离 表示一个周期 表示一个波长 例 3 (多选 )(2017 安徽江南十校联考 )一简谐机械横波沿 x 轴负方向传播，已知波的波长为 8 m，周期为 2 s， t 1 s 时刻波形如图 4 甲所示， a、 b 是波上的两个质点 .图乙是波上某一点的振动图象 .则下列说法正确的是 ( ) 【 精品教育资源文库 】 图 4 A.图乙可以表示 d 质点的振动 B.图乙可以表示 b 质点的振动 C.a、 b 两质点在 t 1.5 s
15、 时速度大小相同 D.该波传播速度为 v 4 m/s E.t 0 时 b 质点速度沿 y 轴正方向 答案 ADE 解析 a、 b、 d 三质点中在 t 1 s 时位于平衡位置的是 b 和 d 质点，其中 d 质点向上振动、b 质点向下振动，则题图乙可以表示 d 质点的振动， A 项正确， B 项错误； t 1.5 s 时的波形图如图 a 所示，则知此时 a 质点速度大于 b 质点速度， C 项错误；由题图甲可知 8 m，由题图乙可知 T 2 s，则波速 v T 4 m/s， D 项正确； t 0 时波形如图 b 所示，此时 b质点速度沿 y 轴正方向， E 项正确 . 变式 3 (多选 )(2017 河南六市一联 )某横波在介质中沿 x 轴传播，图 5 甲为 t
