2020高中物理第十二章机械波学案1新人教版选修3-4.docx

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★教学目标:

通过例题的讲解,使学生对本章的基本概念和基本规律有进一步地理解,并能
熟练应用本章知识分析解决物理问题。

在熟练掌握基本概念、基本规律的基础上,能够分析和解决一些实际问题。

通过复****培养学生归纳知识和进一步运用知识的能力,学****一定的研究问题的科学方法。
★复****重点:
对物理概念的深刻含义、对物理概念的综合性运用
★教学方法:
复****提问,讲练结合,学案导学
★教具
投影片,学案
★教学过程
一、本章知识脉络

形成和传播特点
类型 横波 纵波
波的图象
描述方法
机械波 波的公式:

vT x=vt
特性 波的叠加 干涉 衍射
多普勒效应
实例 声波,超声波及其应用
二、本章要点追踪及典题例析
:①波源(机械振动)②传播振动的介质(相邻质点间存
在相互作用力)。

机械波可分为横波和纵波两种。
(1)质点振动方向和波的传播方向垂直的叫横波。
(2)质点振动方向和波的传播方向平行的叫纵波。
分类
质点的振动方向和
形状
举例
波的传播方向关系
横波
垂直
凹凸相间;有波峰、波谷
绳波等
纵波
在同一条直线上
疏密相间;有密部、疏部
弹簧波、声波等

(1)在同一种均匀介质中机械波的传播是匀速的。波速、波长和频率之间满足公式:
v=λf。
(2)介质质点的运动是在各自的平衡位置附近的简谐运动,是变加速运动,介质质点并不随波迁移。
(3)机械波转播的是振动形式、能量和信息。
(4)机械波的频率由波源决定,而传播速度由介质决定。
、折射、衍射、干涉
一切波都能发生反射、折射、衍射、干涉。特别是衍射、干涉,是波特有的性
质。
(1)衍射。
①波绕过障碍物的现象叫做波的衍射。
②能够发生明显的衍射现象的条件是:障碍物或孔的尺寸比波长小,或者跟波长相差不多。
(2)干涉。产生干涉的必要条件是:两列波源的频率必须相同。
在稳定的干涉区域内,振动加强点始终加强;振动减弱点始终减弱。
“波峰和波峰叠加得到振动加强点”,“波谷和波谷叠加也得到振动加强点”,“波峰和波谷叠加得到振动减弱点”。
【例1】如图所示,S1、S2是两个相干波源,它们振动同步且振幅相同。实线和虚线分别表示在某一时刻它们所发出的波的波峰和
波谷。关于图中所标的a、b、c、d四点,下列说法中正确的有
,b、c质点振动最强,
质点振动既不是最强也不是最弱
,b、c、d质点振动都最强
, b、c、d质点的振动始终是最强的
、b、c三个质点都将处于各自的平衡位置,因此振动最
弱
答案:B、C
【例2】如图所示表示两列相干水波的叠加情况,图中的实线表示波峰,虚线表示波谷。设两列波的振幅均为5cm,且图示的范围内振幅不变,波速和波长分别为1m/。C点是BE连线的
中点,下列说法中正确的是 ( )
、E两点都保持静止不动
、B两点的竖直高度差为 20cm

,B点通过的路程为 20cm
答案:BCD

当波源或者接受者相对于介质运动时,接受者会发现波的频率发生了变化,这种现象叫多普勒效应。
学****多普勒效应”必须弄清的几个问题:
(1)当波源以速率v匀速靠近静止的观察者A时,观察者“感觉”到的频率变大了。但不是“越来越大”。
(2)当波源静止,观察者以速率v匀速靠近波源时,观察者“感觉”到的频率也变大了。
(3)当波源与观察者相向运动时,观察者“感觉”到的频率变大。
(4)当波源与观察者背向运动时,观察者“感觉”到的频率变小。
【例3】(2020年高考科研测试)a为声源,发出声波;b为接收者,接收a发出的声波。a、b若运动,只限于在沿两者连线方向上,下列说法正确的是
,b向a运动,则b收到的声频比a发出的高
、b向同一方向运动,则 b收到的声频一定比 a发出的高
、b向同一方向运动,则 b收到的声频一定比 a发出的低
、b都向相互背离的方向运动,则 b收到的声频比a发出的高
答案:A

振动图象和波的图象从图形上看好象没有什么区别,但实际上它们有本质的区
别。
(1)物理意义不同:振动图象表示同一质点在不同时刻的位移;波的图象表示介质中的各个质点在同一时刻的位移。
(2)图象的横坐标的单位不同:振动图象的横坐标表示时间;波的图象的横坐标表示距离。
(3)从振动图象上可以读出振幅和周期;从波的图象上可以读出振幅和波长。
简谐振动图象与简谐横波图象的列表比较:
简谐振动
简谐横波
图
象
坐
横坐标
时间
介质中各质点的平衡位置
标
纵坐标
质点的振动位移
各质点在同一时刻的振动
位移
研究对象
一个质点
物理意义
一个质点在不同时刻的
....
振动位移
随时间的变化
原有图形不变,图线随
时间而延伸
运动情况 质点做简谐运动

介质中的大量质点
介质中各质点 在同一时刻
...
的振动位移
原有波形沿波的传播方向平移
波在介质中匀速传播;介质中各质点做简谐振动
,介质质点的运动是简谐运动(是一种变加速运动)
在一个周期内,波形匀速向前推进一个波长。 n个周期波形向前推进 n个波长
(n可以是任意正数)。因此在计算中既可以使用 v=λf,也可以使用v=s/t,后者
往往更方便。
任何一个介质质点在一个周期内经过的路程都是 4A,在半个周期内经过的路程
都是2A,但在四分之一个周期内经过的路程就不一定是 A了。
——波速、周期、波长:
(1)波速v:运动状态或波形在介质中传播的速率;同一种波的波速由介质决
定。
注:在横波中,某一波峰(波谷)在单位时间内传播的距离等于波速。
(2)周期T:即质点的振动周期;由波源决定。
(3)波长λ:在波动中,振动位移总是相同的两个相邻质点间的距离。
注:在横波中,两个相邻波峰(波谷)之间的距离为一个波长。
结论:(1)波在一个周期内传播的距离恰好为波长。
由此:①v=λ/T=λf;λ=vT. ②波长由波源和介质决定。
(2)质点振动nT(波传播nλ)时,波形不变。
(3)相隔波长整数倍的两质点,振动状态总相同;相隔半波长奇数倍的两质点,振动状态总相反。

波的图象中,波的图形、波的传播方向、某一介质质点的瞬时速度方向,这三
者中已知任意两者,可以判定另一个。(口诀为“上坡下,下坡上”;或者“右上右、左上左))
:介质中每个质点开始振动的方向都和振源开始振动的方向相同。
【例4】在均匀介质中有一个振源S,它
以
50HZ的频率上下振动,该振动以40m/s的速度
沿
弹性绳向左、右两边传播。开始时刻
S的速度
方
向向下,试画出在 t=。
解析:从开始计时到t=

v
v
个周期,波分别向左、
个波长,该


时刻波源S的速度方向向上,所以波形如右图
所示。
【例5】如图所示是一列简谐横波在t=0时刻的波形图,已知这列波沿x轴正方向传播,波速为20m/s。P是离原点为2m的一个介质质点,则在t=,质点P的:①速度和加速度都沿-y方向;②速度沿+y方向,加速度沿-y方向;③速度和加速度都正在增大;④速度正在增大,加速度正在减小。
以上四种判断中正确的是
① B .只有④
①④ D .只有②③
解析:由已知,该波的波长λ =4m,波速
v=20m/s,因此周期为T=λ/v=;因为波向右传播,所以 t=0时刻P质点振动方
向向下;<<T,所以P质点在其平衡位置上方,正在向平衡位置运动,
位移为正,正在减小;速度为负,正在增大;加速度为负,正在减小。①④正确,
选C
三、课外练****br/>
y/cm
形图。由图可知:这列波的振幅为
5cm,波长为4m。此时刻
5
P
,速度方向为沿y轴正方向,加速度方向
0
4
x/m
沿y轴负方向;Q点的位移为-5cm,速度为0,加速度方向沿y轴正方向。
=0时刻的波形,波的传播速度为2m/s,若传播方向沿x轴负向,则从t1=0到t2=,质点M通过的路程为______,位移为_____。
解析:由图:波长λ=,又波速v=2m/s,可得:

y/cm
5
周期T=,。
0


M
x/m
对于简谐振动,质点振动
1T,通过的路程总是4A;振动
,通过的路程总是2A。
所以,质点M通过的路程12×4A+2A=250cm=。
时仍在平
衡位置。
所以位移为0。
,距离一定的P与Q点之间只有一个波谷的四种情况, 如
图A、B、C、D所示。已知这四列波在同一种介质中均向右传播,则质点P能首先达到波谷的是()
解析:四列波在同一种介质中传播,则波速v应相同。由T=λ/v得:TD>TA=TB>TC;
再结合波动方向和振动方向的关系得: C图中的P点首先达到波谷。
。已知波速
v=,
画出该时刻7s前及7s后的瞬时波形图。
y
解析:λ=2m,v=,T==⑴波在7s内
v
0
1
2x/m
传播的距离为x=vt==13λ⑵质点振动时间为13T。
4
4
方法1波形平移法:现有波形向右平移
3λ可得7s后的波形;现有波形向左
4
平移3λ可得7s前的波形。
y
4
0
x/m
由上得到中7s后的瞬波形(粗)和 7s前的瞬波形(虚)。
方法2特殊点振法:根据波方向和振方向的关系,确定两个特殊点(如平衡点和峰点)在3T/4前和3T/4后的位置而确定波形。者着自行分析画出波形。
,虚是
。求:
y
①波播的可能距离②可能的周期(率)
0
4x/m
③可能的波速④若波速是35m/s,求波的播
方向
⑤,播的距离、周期(率)、波速。
解析:①中没出波的播方向,所以有两种可能:向左播或向右播。
向左播,播的距离 x=nλ+3λ/4=(4n+3)m (n=0、1、2 ⋯)
向右播,播的距离 x=nλ+λ/4=(4n+1)m (n=0、1、2 ⋯)
②向左播,播的t=nT+3T/4得:T=4t/(4n+3)=/(4n+3)(n=0、
1、2

⋯)
向右播,播的
1、2 ⋯)

t=nT+T/4

得:T=4t/(4n+1)=/(4n+1)

(n=0、
③算波速,有两种方法。

v=x/t

或v=λ/T
向左播,v=x/t=

(4n+3)/=

(20n+15)m/s.

或v=λ/T=4

(4n+3)/=
(20n+15)m/s.(n=0、1、2

⋯)
向右播,

v=x/t=

(4n+1)/=

(20n+5)m/s.

或v=λ/T=4

(4n+1)/=
(20n+5)m/s.

(n=0、1、2

⋯)
3
④若波速是35m/s, x=vt=35×=7m=1λ,所
4
以波向左传播。
⑤,说明波在 。则:
向左传播时,传播的距离x=3λ/4=3m;传播的时间t=3T/4得:周期T=;波速v=15m/,传播的距离为λ/4=1m;传播的时间t=T/4得:周期
T=;波速v=5m/s.
点评:做此类问题的选择题时,可用答案代入检验法。
,如图是此波在某一时刻的波形图,且此时振动还只发生在M、N之间,并知此波的周期为T,Q质点速度方向在波形中是向下的。则:波源是
_____;P质点的起振方向为_________;从波源起振开始计时时,P点已经振动的时
..........
间为______。
解析:由Q点的振动方向可知波向左传播, N是波源。
由M点的起振方向(向上)得P质点的起振方向向上。振动从N点传播到M点需要1T,传播到P点需要3T/4,所以质点P已经
振动的时间为T/4.
t=0
时刻(开始计时)的波形图,已知在 时,
.... t=1s B
点第三次达到波峰(在 1s内B点有三次达到波峰)。则:
①周期为________

②波速为______;
③D点起振的方向为_________;
④在t=____s时刻,此波传到D点;在t=____s和t=___s时D点分别首次达到
波峰和波谷;在 t=____s和t=___s时D点分别第二次达到波峰和波谷。