高二物理最新教案陕西地区物理机械波教案典型.docx
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高二物理最新教案陕西地区物理机械波教案典型
机械波习题课
波的形成和传播·典型例题解析
【例1】关于振动和波的关系,下列说法正确的是
[]
A.有机械波必有振动
B.有机械振动必有波
C.离波源远的质点振动较慢
D.波源停止振动时,介质中的波立即停止传播
解答:
应选A
点拨:
因各质点的振动都是重复波源的振动,不论距波源远近,振动的快慢都一样.在介质中传播的波独立于波源,即已形成的波跟波源无关,在波源停止振动时,波仍将继续向外传播而不会停止.
【例2】一列波由波源处向周围扩展开去,由此可知
[]
A.介质中各质点由近及远地传播开去
B.介质中质点的振动形式由近及远地传播开去
C.介质中质点振动的能量由近及远地传播开去
D.介质中质点只是振动而没有迁移
解答:
应选BCD
点拨:
波动过程是振动形式和振动能量的传递过程,介质中质点并不随波迁移.
【例3】区分横波和纵波是根据
[]
A.是否沿水平方向传播
B.质点振动的方向和波传播的远近
C.质点振动的方向和波传播的方向
D.质点振动的快慢
点拨:
区分横波和纵波的依据是看波的传播方向与质点的振动方向的关系.
参考答案:
C
【例4】下列说法不妥的有
[]
A.声波在空气中传播时是纵波,在水中传播时是横波
B.波不但传递能量,还能传递信息
C.发生地震时,由振源传出的横波和纵波的波速不同
D.一切波的传播均需要介质
点拨:
区分机械波和电磁波,区分横波和纵波
参考答案:
AD
跟踪反馈
1.在机械波中
[]
A.各质点都在各自的平衡位置附近振动
B.相邻质点间必有相互作用力
C.前一质点的振动带动相邻的后一质点振动,后一质点的振动必定落后于前一质点
D.各质点也随波的传播而迁移
2.在课本P3图10-5中
(1)说出绳中波的传播方向.
(2)标出质点3在t≠0的另外5个时刻(t=T/4,2T/4,3T/4,…)的振动方向.
(3)在t≠0的另外5个时刻,哪些时刻质点3的位移与速度同向?
哪些时刻质点3的位移与速度反向?
(4)质点1开始振动的方向是什么方向?
介质中每一个质点开始振动的方向是否相同?
参考答案
1.ABC2.
(1)向右
(2)略(3)T/4,3T/4,5T/4,T/2,T(4)向上,相同
波长、频率和波速·典型题剖析
例1 一列波的频率是8Hz,传播速度是2.4m/s,则在这列波的传播方向上相距75cm的A、B两个质点间有多少个波长?
分析 由波速和频率可算出波长,即可得出相距75cm两点间的波长数.
解答 波长为
所以相距s=0.75m两点间的波长数为
即这两个质点相距2.5个波长.
说明 根据波传播有周期性的特点,相距2.5λ的两质点的振动状态与相距0.5λ的两质点的振动状态相同.由波形图(图5-49)可知,相距0.5λ的两点的振动步调恰好始终相反(称反相质点).
例2 a、b是一条水平线上相距l的两点,一列简谐横波沿绳传播,
A.经过平衡位置向上运动.
B.处于平衡位置上方位移最大处.
C.经过平衡位置向下运动.
D.处于平衡位置下方位移最大处.
分析 根据题设条件,画出这列波沿水平径向右传播时和向左传播时的波形如图5-50所示.根据传播特点(或利用波形移动法),可画出b点的运动方向.由此可见,无论这列波向右传播或向左传播,b点都恰好经过平衡位置向下运动.
答 C.
为反相质点,所以b点一定恰在平衡位置向下运动.
例3 如图5-51,一列横波沿直线传播,从波形图(a)经△t=0.1s后变成波形图(b),已知波的传播方向向右,求这列波的波长、传播速度、频率.
分析 波长可从图中直接找出,从波形图(a)到(b),波峰向右推进3m,由已知时间即可算出波速,结合波长、波速、频率的关系可算出频率.
解答 由图可知,这列波的波长是12m.
因为在△t=0.1s内,波的传播距离△x=3m,所以波速为
波的频率为
说明 如果题中没有指出波的传播方向,应对波向有传、向左传两种情况分别考虑.
当波沿x轴向左传播时,由波形图(图5-52)可知:
在△t=0.1s内波的传播距离△x′=9m.所以波速和频率分别为
讨 论
1.波的传播是匀速运动,在△t内向前推进的距离
△x=v△t.
判断波在某段时间△t内的传播距离,可从△t始、末两时刻的波形图上波峰(或波谷)的间距确定.必须注意,介质中的每一质点并没有沿传播方向移动,仅把这种运动形式传播出去.
2.波的传播具有周期性的特点,经时间△t和△t+nT(T为周期),或传播距离△s和△s+nλ后的波形相同.
△t=(0.1+0.4n)s后的波形或△x=3m和△x=(3+12n)m后的波形与题中的相同.
波的图像·典型题剖析
例1 一列简谐波沿水平绳子传播,某一时刻的波形如图5-36所示.则图中a、b、c、d四点在此时刻具有相同运动方向的是 [ ]
A.a和c. B.a和d.
C.b和c. D.b和d.
分析 由于波的传播方向不明确,应该考虑波向右传播和向左传播的两种情况.
当波源位于左端,波向右传播时,根据波的传播特点可知,a、b、c、d四点的运动方向如图5-37所示.
当波源位于右端,波向左传播时,同理可知,a、b、c、d四点的运动方向如图5-38所示.
答 B、C.
说明 为了判断波传播时介质中各点的运动方向(速度方向),除了依据波的传播特性外,还可以采用波形平移法,即依波的传播方向将原波形微微移动到一个新的位置,如从图5-39中实线位置移到虚线位置,于是立即可判断各点的运动方向:
a向上、b向下、c向下、d向上.
例2 一列横波沿直线向右传播,某时刻在介质中形成的波动图像如图5-40所示.
(1)指出此时质点a、b、d、f的运动方向;
(2)画出当质点a第一次回到负向最大位移时在介质中形成的波动图像.
分析 波向右传播,表示波源在左方,图中质点a离波源最近,质点h离波源最远.根据波的传播特点或利用移动波形法即可确定该时刻各点的运动方向.
由于此时质点a位于平衡位置,当它第一次到达负向最大位移处时,原来处于峰、谷的质点正好回到平衡位置,原来处于平衡位置的质点分别到达正向或负向最大位移处.
答
(1)质点a、b正向下运动;质点d、f正向上运动.
(2)质点a第一次回到负向最大位移处时,在介质中形成的波形图如图5-41所示.
说明 画波形图有两种常用的方法:
(1)描点法:
在原波形图上选取位于峰、谷和平衡位置的一些质点,由此刻起的运动趋势,根据题中条件依次画出它们在新的时刻的位置,连成光滑曲线即得新的波形图(如题中所用方法).
(2)波形平移法:
与判断质点运动方向相同,沿着波的传播方向,根据题中条件向前平移一段距离即得新的波形图,如图5-42中的虚线所示.
讨 论
纵波的传播过程中,介质各质点的振动方向与传播方向在同一直线上,其位移也与传播方向同向或反向.如图5-43甲表示一根没有形变的弹簧,上面标出一些质点的平衡位置;乙图表示弹簧中出现纵波时,某一时刻各质点的位移情况.由图可知,质点1与2的位移向右,质点3正好在平衡位置,质点4与5的位移向左,…….若规定向右的位移为正,向左的位移为负,画出的这列纵波的图像如丙图所示.其中,向上的纵坐标表示质点从平衡位置向右的位移,向下的纵坐标表示质点从平衡位置向左的位移,曲线与横坐标的各个交点,依次表示纵波的密部中央和疏部中央.
机械波·典型题剖析
例1 一列横波沿绳子向右传播,某时刻绳子形成如图5-32所示的凹、凸形状.对此时绳上A、B、C、D、E五个质点 [ ]
A.它们的振幅相同.
B.质点D和F的速度方向相同.
C.质点A和C的速度方向相同.
D.从此时算起,质点B比C先回到平衡位置.
分析 波源振动时,绳上各质点通过相互间的弹力跟着作受迫振动,不考虑传播中的能量损耗时,各质点的振幅相同.A正确.
波传播时,离波源远的质点的振动落后于离波源近的质点的振动,并跟随着近的质点振动.由图可知,波源在左端,因此:
D点跟随近波源的质点C正向上运动,F点跟随近波源的质点E正向下运动,两者速度方向相反.B错.
同理,此时A点正向下运动,C点正向上运动,两者速度方向也相反.C错.
由于此时B、C两质点都向上运动,C比B迟到最大位移处,C回到平衡位置也比B较迟,D正确.
答 A、D.
例2 一列沿着绳子向右传播的波,在传播方向上有A、B两点,它们的振动方向相同,C是A、B的中点,则C点的振动 [ ]
A.跟A、B两点的振动方向一定相同.
B.跟A、B两点的振动方向一定相反.
C.跟A点的振动方向相同,跟B点的振动方向相反.
D.可能跟A、B两点的振动方向相同,也可能跟A、B两点的振动方向相反.
分析 波传播时,介质中各质点的振动方向与它们离开波源的距离有关.设某时刻绳子形成如图5-33所示的形状,正在平衡位置的1、2、3、…等点的振动方向相同(向上).
由图可知:
若A、B为1、2两点时,其中点C向下运动,与A、B两点的振动方向相反;
若A、B为1、3两点时,其中点C向上运动,与A、B两点的振动方向相同.
答 D.
机械波·例题分析
例1 M、N为介质中波的传播方向上的两点.间距s=1.5m,它们的振动图像如图7-24所示.这列波的波速的可能值为 [ ]
A.15m/s
B.7.5m/s
C.5m/s
D.3m/s
分析 因为M、N两点振动时恰好反相,所以它们的间距应等于
由振动图像知,波的周期为T=0.2s,因此,波速的一般表达式为
答 A、C、D.
例2 一列横波在某时刻的波形图如图7-25中实线所示,经2×10-2s后的波形如图7-25中虚线所示.则该波的波速v和频率f可能是
[ ]
A.v为5m/s
B.v为45m/s
C.f为50Hz
D.f为37.5Hz
分析 由图可知,波长λ=0.4m.
当波向右传时,在Δt=2×10-2s内波向前传播距离
Δx右=0.1+nλ=(0.1+0.4n)m.
所以波速和频率分别为
当波向左传时,在Δt=2×10-2s内波向前传过的距离
Δx左=0.3+nλ=(0.3+0.4n)m.
所以波速和频率分别为
分别以n=0,1,2…代入①~④式,即得可能的波速和频率为
v=5m/s,v=45m/s,f=37.5Hz.
答 A、B、C.
例3 一列简谐波在传播方向上相距x=3m的两质点P、Q的振动图像如图7-26所示.这列波的波长可能是 [ ]
A.4m
B.8m
C.12m
D.16m
分析 由于P、Q两点离波源的远、近不明确,因此要分两种情况讨论.
1.若P比Q离波源近,则P先振动.比较t=0时两质点的位移可知,Q比P落后的时间为
当n=0时,λ=4m;
随着n取值的增大,波长λ变短.这种情况下最大波长为λ=4m.
2.若Q比P离波源近,则Q先振动,同样由比较t=0时,两质点的位移可知,P比Q落后的时间为
当n=0时,λ=12m;
……
答 A、C.
波的衍射·典型题剖析
例题 在水波槽的衍射实验中,若打击水面的振子振动频率是5Hz,水波在水槽中的传播速度为0.05m/s,为观察到显著的衍射现象,小孔直径d应为 [ ]
A.10cm. B.5cm.
C.d>1cm. D.d<1cm.
分析 在水槽中激发的水波波长为
要求在小孔后产生显著的衍射现象,应取小孔的尺寸小于波长.
答 D.
讨 论
波传到小孔时,小孔仿佛一个新的波源,由它发出与原来同频率的波(称为子波)在孔后传播,于是,就出现了偏离直线传播方向的衍射现象.
波的干涉·典型题剖析
例题 图5-60中S1、S2是两个相干波源,由它们发出的波相互叠加,实线表示波峰,虚线表示波谷.则对a、b、c三点振动情况的下列判断中,正确的是 [ ]
A.b处振动永远互相减弱.
B.a处永远是波峰与波峰相遇.
C.b处在这时刻是波谷与波谷相遇.
D.c处的振动永远互相减弱.
分析 b处此刻是波谷和波谷相遇,位移为负的最大值,振动也是加强.A错,C正确.
a处此刻是波峰与波峰相遇,过半周期后变成波谷与波谷相遇,始终是振动加强的点,并非永远是波峰与波峰相遇的点.B错.
c处此刻是峰、谷相遇,过半周期后仍是峰、谷相遇,它的振动永远互相减弱.D正确.
答 C、D.
说明 两相干波的叠加区域,凡波峰与波峰相遇的点或波谷与波谷相遇的点,都是振动加强的点;凡峰、谷相遇的点,都是振动减弱的点.
讨 论
1.干涉条件的严格说法是:
同一种类的两列波,频率(或波长)相同、相差恒定,在同一平面内振动.由于书中不讲相和相差,且限于讨论一维振动的情况,所以只强调“频率相同”这一条件.显然,若两波的频率(或波长)不同,在某一时刻峰、峰(或谷、谷)相遇振动加强的点,在另一时刻,不会始终加强,也就不会出现稳定的干涉图样,只是一般的波的叠加现象.所以,对干涉的产生必须注意其条件.
2.在两相干波的重叠区域,振动加强或振动减弱的点的位置决定于
次声波和超声波·典型例题解析
【例1】一玻璃管竖直插入一水槽中,在玻璃管上端有一正在发声的音叉,频率为500Hz,上下移动玻璃管,测到相邻两次共鸣时管中空气柱的长度差为34cm,如课本图10-34甲所示,试求声速.
解析:
由于玻璃管中的空气柱要产生共鸣,空气柱的长度L是λ/4的奇数倍,因此相邻两次共鸣的空气柱的长度差:
ΔL=λ/2=34cm,所以λ=68cm,又:
v=λ/T=λf=0.68×500m/s=340m/s.
点拨:
此类题目的求解常利用:
空气柱发生共鸣的条件是空气柱的长度是λ/4的奇数倍这一结论.
【例2】一声源的发声频率为100Hz,当观察者以10m/s的速度向声源运动时,观察者感觉到的频率为多大?
(设声音在空气中的传播速度为334m/s)
解析:
当观察者静止不动时,观察者在1s内感受到的波数为100个,当观察者以10m/s的速度向波源运动时,观察者在1s内多感受到的波数为:
Δs/λ=10m/3.34m=3个,则观察者感受到的频率为103Hz.
点拨:
此类题目的求解关键是求出在1s内由于观察者的运动而多(或者少)感受到的波数.
【例3】声波和超声波相比较,穿透能力
[]
A.声波较大
B.声波较小
C.声波与超声波一样大
D.声波可能较大,也可能较小
点拨:
频率越大,波的穿透能力越强.
参考答案:
C
跟踪反馈
1.*下列关于驻波的说法正确的是
[]
A.波节处质点始终静止
B.波腹处质点的振幅最大
C.波腹处质点的位移有可能为零
D.相邻的两个波节之间的距离为一个波长
2.关于多普勒效应,下列说法正确的是
[]
A.多普勒效应是由波的干涉引起的
B.多普勒效应说明波源的频率发生了变化
C.多普勒效应是由于波源和观察者之间有相对运动而产生的
D.只有声波才可以产生多普勒效应
参考答案
1.ABC2.C
单元练习题
一、选择题
1.关于公式ν=λf,正确的说法是[]
A.ν=λf适用于一切波
B.由ν=λf知,f增大,则波速ν也增大
C.由ν、λ、f三个量中,对同一列波来说,在不同介质中传播时保持不变的只有f
D.由ν=λf知,波长是2m的声波比波长是4m的声波传播速度小2倍
2.图1所示是一列波的波形图,波沿x轴正向传播,就a、b、c、d、e五个质点而言,速度为正,加速度为负的点是[]
A.b B.a C.d D.c E.e
3.图2所示是一列横波在某一时刻的波形图,已知D点此时的运动方向如图所示,则[]
A.波向左传播
B.质点F和H的运动方向相同
C.质点B和D的加速度方向相同,而速度方向相反
D.质点G比H先回到平衡位置
4.图3所示是一列向右传播的横波在t=0时刻的波形图,已知此波的波速为2.4m/s,则此波传播的过程中,坐标为(0.9,0)的质点到t=1s时,所通过的路程为[]
A.2.56m B.2.4m C.0.16m D.0.02m
5.有一列向左传播的横波,某一时刻的波形如图4所示,可知这一时刻P点的运动方向是[]
A.y的正向
B.y的负向
C.x的负向
D.沿曲线向左上方
6.在波的传播方向上,两质点a、b相距1.05m,已知当a达到最大位移时,b恰好在平衡位置,若波的频率是200Hz,则波的传播速度可能是[]
A.120m/sB.140m/sC.280m/sD.420m/s
7.图5所示是某质点的振动图像及由此质点振动而激起的波的某时刻的波形图,下述说法中正确的是[]
A.乙是振动图像,甲是波动图像
B.由图像可知,振幅是2cm,周期是0.4,波长是0.4m
C.P质点在此时刻的速度方向为正,而波源质点在0.2s时速度方向为负
D.这列波的速度是1m/s
8.一质点作简谐振动,图象如图6所示,由图可知[]
A.4s末速度为零,加速度负向、最大
B.4s末振子的位移为-0.02m
C.振动周期是5s,振幅是0.02m
D.1s末,振动物体的速度为正向最大
9.一列波以速率v传播,如图7所示,t1时刻的波形的实线,t2时刻的波形为虚线,两时刻之差t1-t2=0.03s,且小于一个周期T,有下列各组判断中,可能正确的是:
[]
A.T=0.12s,v=100m/s
B.T=0.04s,v=300m/s
C.T=0.12s,v=300m/s
D.T=0.04s,v=100m/s
10.一个人在高处用望远镜注视地面的木工以每s一次的频率打击铁钉,他每次听到声音时,恰好看到锤都击在钉子上,当木工停止击钉后,他又听到两次击钉声,声音在空气中的传播速度为340m/s,则[]
A.木工离他340m
B.木工离他680m
C.他听到第一次声音时,看到木工第三次击在钉子上
D.他听到第一次声音时,看到木工第四次击在钉子上
11.一艘固有频率为50Hz的渔船,停泊天海岸边,若此时海浪两相邻波谷间的距离为10m,海浪的传播速度为5m/s,则渔船摇晃周期应是[]
A.2s B.0.02s C.0.5s D.0.1s
12.对声波的各种现象,以下说法中正确的是[]
A.在空房子里讲话,声音特别响,这是声音的共鸣现象
B.绕正在发音的音叉走一圈,可以听到忽强忽弱的声音,这是声音的干涉现象
C.古代某和尚房里挂着的磐常自鸣自响,属于声波的共鸣现象
D.把耳朵贴在铁轨上可以听到远处的火车声,属于声波的衍射现象
二、填空题
13.以4m/s速度正对海岸(海岸为一山崖)驶来的轮船,鸣笛后7.5s听到回声.若声凌晨在空气中的传播速度是340m/s,听到回声时,船离岸还有____m远.
14.某声波在空气中的波长为2m,传播速度为340m/s,空气中某质点从离开平衡位置起至少经过____才能重新回到平衡位置.
15.一列横波在向右传播过程中,a和b两个质点在某一时刻处于如图8所示的位置,其中b在平衡位置,a在最大位移处,在波的传播方向上,a、b两质点相距35cm,且大于一个波长而小于两个波长,则该波波长可能为____,画出相应波形图.
16.空气中的声速为340m/s,要听到回声,障碍物离我们至少____m.
17.一列向右传播的横波在某一时刻的波形如图9所示,波速为24m/s,在传播过程中,从该时刻起,质点P在1s内,经过的路程为____.
18.一列波的波速为0.5m/s,某时刻的波形图如图10所示,经过一段时间(小于一个周期)后波形如细线所示,这段时间可能是____s或____s.
19.波绕过____的现象,叫做波的衍射,发生明显衍射的条件是____比波长小,或者跟____相差不多.
20.在张紧的两端固定的弦上,满足弦长等于______,就能形成驻波.弦上的波被分成几段,每段两端的点始终是静止不动的,称为____,每段中各质点以相同的步调上、下振动,中间点振幅最大,称为____.
三、计算题
21.一列波沿+x轴方向传播,当x1=10m的A点位于波峰时,x2=140m的B点位于波谷,在A、B之间有6个波峰,振源的振动周期为0.2s,求:
(1)波的速度;
(2)B点从波谷开始经多少时间位于波峰?
22.如图11所示,实线为t1=0时刻的图象,虚线为t2=0.1s时刻的波形,求:
(1)若波的传播方向为+x方向,波速多大;
(2)若波的传播方向为-x方向,波速多大;
(3)若波速为450m/s,波沿什么方向传播.
单元练习题答案
一、选择题
1、AC2、D3、CD4、C5、B6、AC
7、ABCD8、A9、AB19、BC11、A12、BC
二、填空题
18、1,319、障碍物,障碍物或孔尺寸,波长
20、半波长的整数倍,波节、波腹
三、计算题
21、
(1)100m/s
(2)0.1s+0.2ns(n=0,1……)
22、
(1)(50+20n)m/s(n=0,1……)
(2)(150+120n)m/s(n=0,1,……)
(3)x轴正向
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