波的性質(zhì)與波的圖像、波的現(xiàn)象與聲波

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高中物理 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)

一. 教學(xué)內(nèi)容:

1. 波的性質(zhì)與波的圖像

2. 波的現(xiàn)象與聲波

【要點(diǎn)掃描】

波的性質(zhì)與波的圖像

(一)機(jī)械波

1、定義:機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播就形成機(jī)械波.

2、產(chǎn)生條件:(1)有做機(jī)械振動(dòng)的物體作為波源.(2)有能傳播機(jī)械振動(dòng)的介質(zhì).

3、分類:①橫波:質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直.凸起部分叫波峰,凹下部分叫波谷

②縱波:質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在一直線上.質(zhì)點(diǎn)分布密的叫密部,疏的部分叫疏部,液體和氣體不能傳播橫波。

4. 機(jī)械波的傳播過程

(1)機(jī)械波傳播的是振動(dòng)形式和能量.質(zhì)點(diǎn)只在各自的平衡位置附近做振動(dòng),并不隨波遷移.后一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)總是落后于帶動(dòng)它的前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)。

(2)介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期和頻率都與波源的振動(dòng)周期和頻率相同.

(3)由波源向遠(yuǎn)處的各質(zhì)點(diǎn)都依次重復(fù)波源的振動(dòng).

(二)描述機(jī)械波的量

1. 波長(zhǎng)λ:兩個(gè)相鄰的,在振動(dòng)過程中相對(duì)平衡位置的位移總是相等的質(zhì)點(diǎn)間的距離叫波長(zhǎng).在橫波中,兩個(gè)相鄰的波峰或相鄰的波谷之間的距離.在縱波中兩相鄰的密部(或疏部)中央間的距離,振動(dòng)在一個(gè)周期內(nèi)在介質(zhì)中傳播的距離等于波長(zhǎng)

2. 周期與頻率.波的頻率由振源決定,在任何介質(zhì)中傳播波的頻率不變。波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),唯一不變的是頻率(或周期),波速與波長(zhǎng)都發(fā)生變化.

3. 波速:?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)波向外傳播的距離。v=s/t=λ/T=λf,波速的大小由介質(zhì)決定。

(三)說明:①波的頻率是介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率,質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是一種受迫振動(dòng),驅(qū)動(dòng)力來源于波源,所以波的頻率由波源決定,是波源的頻率.

波速是介質(zhì)對(duì)波的傳播速度.介質(zhì)能傳播波是因?yàn)榻橘|(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)間有彈力的作用,彈力越大,相互對(duì)運(yùn)動(dòng)的反應(yīng)越靈敏,則對(duì)波的傳播速度越大.通常情況下,固體對(duì)機(jī)械波的傳播速度較大,氣體對(duì)機(jī)械波的傳播速度較。畬(duì)縱波和橫波,質(zhì)點(diǎn)間的相互作用的性質(zhì)有區(qū)別,那么同一物質(zhì)對(duì)縱波和對(duì)橫波的傳播速度不相同.所以,介質(zhì)對(duì)波的傳播速度由介質(zhì)決定,與振動(dòng)頻率無關(guān).

波長(zhǎng)是質(zhì)點(diǎn)完成一次全振動(dòng)所傳播的距離,所以波長(zhǎng)的長(zhǎng)度與波速v和周期T有關(guān).即波長(zhǎng)由波源和介質(zhì)共同決定.

由以上分析知,波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì),頻率不會(huì)發(fā)生變化,速度和波長(zhǎng)將發(fā)生改變.

②振源的振動(dòng)在介質(zhì)中由近及遠(yuǎn)傳播,高中英語,離振源較遠(yuǎn)些的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)要滯后一些,這樣各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)雖然頻率相同,但步調(diào)不一致,離振源越遠(yuǎn)越滯后.沿波的傳播方向上,離波源一個(gè)波長(zhǎng)的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)要滯后一個(gè)周期,相距一個(gè)波長(zhǎng)的兩質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)步調(diào)是一致的.反之,相距1/2個(gè)波長(zhǎng)的兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)步調(diào)是相反的.所以與波源相距波長(zhǎng)的整數(shù)倍的質(zhì)點(diǎn)與波源的振動(dòng)同步(同相振動(dòng));與波源相距為1/2波長(zhǎng)的奇數(shù)倍的質(zhì)點(diǎn)與波源的振動(dòng)步調(diào)相反(反相振動(dòng).)

(四)波的圖象

(1)波的圖象

①坐標(biāo)軸:取質(zhì)點(diǎn)平衡位置的連線作為x軸,表示質(zhì)點(diǎn)分布的順序;取過波源質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向作為y軸表示質(zhì)點(diǎn)位移.

②意義:在波的傳播方向上,介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻相對(duì)各自平衡位置的位移.

③形狀:正弦(或余弦).

要畫出波的圖象通常需要知道波長(zhǎng)λ、振幅A、波的傳播方向(或波源的方位)、橫軸上某質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的振動(dòng)狀態(tài)(包括位移和振動(dòng)方向)這四個(gè)要素.

(2)簡(jiǎn)諧波圖象的應(yīng)用

①從圖象上直接讀出波長(zhǎng)和振幅.

②可確定任一質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的位移.

③可確定任一質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的加速度的方向.

④若已知波的傳播方向,可確定各質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的振動(dòng)方向.若已知某質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向,可確定波的傳播方向.

⑤若已知波的傳播方向,可畫出在Δt前后的波形.沿傳播方向平移Δs=vΔt.

波的現(xiàn)象與聲波

(一)波的現(xiàn)象

1. 波的反射:波遇到障礙物會(huì)返回來繼續(xù)傳播的現(xiàn)象.

(1)波面:沿波傳播方向的波峰(或波谷)在同一時(shí)刻構(gòu)成的面.

(2)波線:跟波面垂直的線,表示波的傳播方向.

(3)入射波與反射波的方向關(guān)系.

①入射角:入射波的波線與平面法線的夾角.

②反射角:反射波的波線與平面法線的夾角.

③在波的反射中,反射角等于入射角;反射波的波長(zhǎng)、頻率和波速都跟入射波的相同.

(4)特例:夏日轟鳴不絕的雷聲;在空房子里說話會(huì)聽到聲音更響.

(5)人耳能區(qū)分相差0.1 s以上的兩個(gè)聲音.

2. 波的折射:波從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時(shí),傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象.

(1)波的折射中,波的頻率不變,波速和波長(zhǎng)都發(fā)生了改變.

(2)折射角:折射波的波線與界面法線的夾角.

(3)入射角i與折射角r的關(guān)系

v1和v2是波在介質(zhì)I和介質(zhì)Ⅱ中的波速.i為I介質(zhì)中的入射角,r為Ⅱ介質(zhì)中的折射角.

3. 波的衍射:波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象.

衍射是波的特性,一切波都能發(fā)生衍射.

產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是:障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小或與波長(zhǎng)相差不多。

例如:“隔墻有耳”就是聲波衍射的例證.

說明:衍射是波特有的現(xiàn)象.

4. 波的疊加與波的干涉

(1)波的疊加原理:在兩列波相遇的區(qū)域里,每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都將參與兩列波引起的振動(dòng),其位移是兩列波分別引起位移的矢量和.相遇后仍保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài).波在相遇區(qū)域里,互不干擾,有獨(dú)立性.

(2)波的干涉:

①條件:頻率相同的兩列同性質(zhì)的波相遇.

②現(xiàn)象:某些地方的振動(dòng)加強(qiáng),某些地方的振動(dòng)減弱,并且加強(qiáng)和減弱的區(qū)域間隔出現(xiàn),加強(qiáng)的地方始終加強(qiáng),減弱的地方始終減弱,形成的圖樣是穩(wěn)定的干涉圖樣.

說明:①加強(qiáng)、減弱點(diǎn)的位移與振幅.

加強(qiáng)處和減弱處都是兩列波引起的位移的矢量和,質(zhì)點(diǎn)的位移都隨時(shí)間變化,各質(zhì)點(diǎn)仍圍繞平衡位置振動(dòng),與振源振動(dòng)周期相同.

加強(qiáng)處振幅大,等于兩列波的振幅之和,即A=A1 +A2,質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)能量大,并且始終最大.

減弱處振幅小,等于兩列波的振幅之差,即A=ㄏA1-A2ㄏ,質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)能量小,并且始終最小,若A1=A2,則減弱處不振動(dòng).

加強(qiáng)點(diǎn)的位移變化范圍:-ㄏA1 +A2ㄏ~ㄏA1 +A2ㄏ

減弱點(diǎn)位移變化范圍:-ㄏA1-A2ㄏ~ㄏA1-A2ㄏ

②干涉是波特有的現(xiàn)象.

③加強(qiáng)和減弱點(diǎn)的判斷.

波峰與波峰(波谷與波谷)相遇處一定是加強(qiáng)的,并且用一條直線將以上加強(qiáng)點(diǎn)連接起來,這條直線上的點(diǎn)都是加強(qiáng)的;而波峰與波谷相遇處一定是減弱的,把以上減弱點(diǎn)用直線連接起來,直線上的點(diǎn)都是減弱的.加強(qiáng)點(diǎn)與減弱點(diǎn)之間各質(zhì)點(diǎn)的振幅介于加強(qiáng)點(diǎn)與減弱點(diǎn)振幅之間.

當(dāng)兩相干波源振動(dòng)步調(diào)相同時(shí),到兩波源的路程差Δs是波長(zhǎng)整數(shù)倍處是加強(qiáng)區(qū).而路程差是半波長(zhǎng)奇數(shù)倍處是減弱區(qū).

任何波相遇都能疊加,但兩列頻率不同的同性質(zhì)波相遇不能產(chǎn)生干涉.

5. 多普勒效應(yīng)

(1)由于波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng),使觀察者感到頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象.實(shí)質(zhì)是:波源的頻率沒有變化,而是觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化.

(2)多普勒效應(yīng)的產(chǎn)生原因

觀察者接收到的頻率等于觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù).當(dāng)波以速度v通過接收者時(shí),時(shí)間t內(nèi)通過的完全波的個(gè)數(shù)為N=vt/λ,因而單位時(shí)間內(nèi)通過接收者的完全波的個(gè)數(shù),即接收頻率f=v/λ.

若波源不動(dòng),觀察者朝向波源以速度v2運(yùn)動(dòng),由于相對(duì)速度增大而使得單位時(shí)間內(nèi)通過觀察者的完全波的個(gè)數(shù)增多,即 < 1261925824"> ,可見接收頻率增大了.同理可知,當(dāng)觀察者背離波源運(yùn)動(dòng)時(shí),接收頻率將減。

若觀察者不動(dòng),波源朝向觀察者以速度v1運(yùn)動(dòng),由于波長(zhǎng)變短為λ’=λ-v1T,而使得單位時(shí)間內(nèi)通過觀察者的完全波的個(gè)數(shù)增多,即注:發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí),波源的真實(shí)率不發(fā)生任何變化,只是觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化.

(3)相對(duì)運(yùn)動(dòng)與頻率的關(guān)系

①波源與觀察者相對(duì)靜止:觀察者接收到的頻率等于波源的頻率.

②波源與觀察者相互接近:觀察者接收到的頻率增大.

③波源與觀察者相互遠(yuǎn)離:觀察者接收到的頻率減。

(二)聲波

(1)空氣中的聲波是縱波.能在空氣、液體、固體中傳播.在通常情況下在空氣中為340m/s,隨介質(zhì)、溫度改變而變.

(2)人耳聽到聲波的頻率范圍:20 Hz?D20000 Hz.

(3)能夠把回聲與原聲區(qū)分開來的最小時(shí)間間隔為0.1s

(4)聲波亦能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射等現(xiàn)象.聲波的共振現(xiàn)象稱為聲波的共鳴.

(5)次聲波:頻率低于20 Hz的聲波.

(6)超聲波:頻率高于20000 Hz的聲波.

應(yīng)用:聲吶、探傷、打碎、粉碎、診斷等.

(7)聲音的分類①樂音:好聽悅耳的聲音.樂音的三要素:音調(diào)(基音的頻率的高低)、響度(聲源的振幅大。、音品(泛音的多少,由泛音的頻率和振幅共同決定).聲強(qiáng):?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過垂直于聲波傳播方向單位面積的能量.②噪聲:嘈雜刺耳的聲音,是妨礙人的正常生活和的聲音.噪聲已列為國(guó)際公害.

【規(guī)律】

波的性質(zhì)與波的圖像

(一)機(jī)械波的理解

【例1】地震震動(dòng)以波的形式傳播,地震波有縱波和橫波之分。

(1)圖中是某一地震波的傳播圖,其振幅為A,波長(zhǎng)為λ,某一時(shí)刻某質(zhì)點(diǎn)的坐標(biāo)為(λ,0)經(jīng)1/4周期該質(zhì)點(diǎn)的坐標(biāo)是多少?該波是縱波還是橫波?

A. 縱波(5λ/4,0) B. 橫波(λ,-A)

C. 縱波(λ,A) D. 橫波(5λ/4,A)

(2)若a、b兩處與c地分別相距300 km和200 km。當(dāng)C處地下15 km處發(fā)生地震,則

A. C處居民會(huì)感到先上下顛簸,后水平搖動(dòng) B. 地震波是橫波

C. 地震波傳到a地時(shí),方向均垂直地面 D. a、b兩處烈度可能不同

解析:(1)由題圖知,該地震波為橫波,即傳播方向與振動(dòng)方向垂直。

某質(zhì)點(diǎn)的坐標(biāo)(λ,0)即為圖中a點(diǎn),經(jīng)1/4周期,a點(diǎn)回到平衡位置下面的最大位移處,即位移大小等于振幅,坐標(biāo)為(λ,-A),(水平方向質(zhì)點(diǎn)并不隨波逐流)。 故答案為B

(2)由于地震波有橫波、縱波之分,二者同時(shí)發(fā)生,傳播速度不同而異,傳到a、b兩處,由于距離,烈度也當(dāng)然不同。故答案為A、D。

(二)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向和波的傳播方向的判定

(1)在波形圖中,由波的傳播方向確定媒質(zhì)中某個(gè)質(zhì)點(diǎn)(設(shè)為質(zhì)點(diǎn)A)的振動(dòng)方向(即振動(dòng)時(shí)的速度方向):逆著波的傳播方向,在質(zhì)點(diǎn) A的附近找一個(gè)相鄰的質(zhì)點(diǎn)B.若質(zhì)點(diǎn)B的位置在質(zhì)點(diǎn)A的負(fù)方向處,則A質(zhì)點(diǎn)應(yīng)向負(fù)方向運(yùn)動(dòng),反之。則向正方向運(yùn)動(dòng),如圖中所示,圖中的質(zhì)點(diǎn)A應(yīng)向y軸的正方向運(yùn)動(dòng)(質(zhì)點(diǎn)B先于質(zhì)點(diǎn)A振動(dòng).A要跟隨B振動(dòng)).

(2)在波形圖中.由質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向確定波的傳播方向,若質(zhì)點(diǎn)C是沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng),在C質(zhì)點(diǎn)位置的負(fù)方向附近找一相鄰的質(zhì)點(diǎn)D.若質(zhì)點(diǎn)D在質(zhì)點(diǎn)C 位置x軸的正方向,則波由x軸的正方向向負(fù)方向傳播:反之.則向x軸的正方向傳播.如圖所示,這列波應(yīng)向x軸的正方向傳播(質(zhì)點(diǎn)C要跟隨先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)D振動(dòng))

具體方法為:①帶動(dòng)法:根據(jù)波的形成,利用靠近波源的點(diǎn)帶動(dòng)它鄰近的離波源稍遠(yuǎn)的點(diǎn)的道理,在被判定振動(dòng)方向的點(diǎn)P附近(不超過λ/4)圖象上靠近波源一方找另一點(diǎn)P/,若P/在P上方,則P/帶動(dòng)P向上運(yùn)動(dòng),如圖,若P/在P的下方,則P/帶動(dòng)P向下運(yùn)動(dòng).

②上下坡法:沿著波的傳播方向走波形狀“山路”,從“谷”到“峰”的上坡階段上各點(diǎn)都是向下運(yùn)動(dòng)的,從“峰”到“谷”的下坡階段上各點(diǎn)都是向上運(yùn)動(dòng)的,即“上坡下,下坡上”

③微平移法:將波形沿波的傳播方向做微小移動(dòng)Δx=v?Δt<λ/4,則可判定P點(diǎn)沿y方向的運(yùn)動(dòng)方向了.

反過來已知波形和波形上一點(diǎn)P的振動(dòng)方向也可判定波的傳播方向.

【例2】如圖所示,a、b是一列橫波上的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn),它們?cè)趚軸上的距離s=30m,波沿x軸正方向傳播,當(dāng)a振動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)b恰好經(jīng)過平衡位置,經(jīng)過3s,波傳播了30m,并且a經(jīng)過平衡位置,b恰好到達(dá)最高點(diǎn),那么

解析:因波向外傳播是勻速推進(jìn)的,故v=ΔS/Δt=10m/s,設(shè)這列波的振動(dòng)周期為T,由題意知經(jīng)3s,a質(zhì)點(diǎn)由波峰回到平衡位置,可得T/4十nT/2=3(n=1,2……)

另由v=λ/T得波長(zhǎng)λ=點(diǎn)評(píng):本題在寫出周期T的通式時(shí)即應(yīng)用了“特殊點(diǎn)法”,對(duì)a質(zhì)點(diǎn),同波峰回到平衡位置需T/4 時(shí)間,再經(jīng)T/2又回到平衡位置……,這樣即可寫出T的通式.當(dāng)然,若考慮質(zhì)點(diǎn)b,也能寫出這樣的通式(同時(shí)須注意到開始時(shí)b恰好經(jīng)過平衡位置,包括向上通過平衡位置和向下通過平衡位置這兩種情況).

【例3】一列波在媒質(zhì)中向某一方向傳播,圖所示的為此波在某一時(shí)刻的波形圖,并且此時(shí)振動(dòng)還只發(fā)生在M、N之間.此列波的周期為T,Q質(zhì)點(diǎn)速度方向在波形圖中是向下的,下列判斷正確的是( )

A. 波源是M,由波源起振開始計(jì)時(shí),P質(zhì)點(diǎn)已經(jīng)振動(dòng)的時(shí)間為T;

B. 波源是N,由波源起振開始計(jì)時(shí),P點(diǎn)已經(jīng)振動(dòng)的時(shí)間為3 T/4

C. 波源是N,由波源起振開始計(jì)時(shí),P點(diǎn)已經(jīng)振動(dòng)的時(shí)間為T/4。

D. 波源是M,由波源起振開始計(jì)時(shí),P點(diǎn)已經(jīng)振動(dòng)的時(shí)間為T/4

解析:若波源是M,則由于Q點(diǎn)的速度方向向下,在 Q點(diǎn)的下向找一相鄰的質(zhì)點(diǎn),這樣的質(zhì)點(diǎn)在Q的右側(cè),說明了振動(dòng)是由右向左傳播,N點(diǎn)是波源,圖示時(shí)刻的振動(dòng)傳到M點(diǎn),P與M點(diǎn)相距λ/4,則P點(diǎn)已經(jīng)振動(dòng)了T/4.故C選項(xiàng)正確。

點(diǎn)評(píng):本題關(guān)鍵是由質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向確定波的傳播方向,從而確定波源的位置.

(三)已知波速V和波形,畫出再經(jīng)Δt時(shí)間波形圖的方法.

(1)平移法:先算出經(jīng)Δt時(shí)間波傳播的距離上Δx=V?Δt,再把波形沿波的傳播方向平移動(dòng)Δx即可.因?yàn)椴▌?dòng)圖象的重復(fù)性,若知波長(zhǎng)λ,則波形平移nλ時(shí)波形不變,當(dāng)Δx=nλ+x時(shí),可采取去整nλ留零x的方法,只需平移x即可

(2)特殊點(diǎn)法:(若知周期T則更簡(jiǎn)單)

在波形上找兩特殊點(diǎn),如過平衡位置的點(diǎn)和與它相鄰的峰(谷)點(diǎn),先確定這兩點(diǎn)的振動(dòng)方向,再看Δt=nT+t,由于經(jīng)nT波形不變,所以也采取去整nT留零t的方法,分別作出兩特殊點(diǎn)經(jīng) t后的位置,然后按正弦規(guī)律畫出新波形.

【例4】一列簡(jiǎn)諧橫波向右傳播,波速為v。沿波傳播方向上有相距為L(zhǎng)的P、Q兩質(zhì)點(diǎn),如圖所示。某時(shí)刻P、Q兩質(zhì)點(diǎn)都處于平衡位置,且P、Q間僅有一個(gè)波峰,經(jīng)過時(shí)間t,Q質(zhì)點(diǎn)第一次運(yùn)動(dòng)到波谷。則t的可能值有( )

A. 1個(gè) B. 2個(gè) C. 3個(gè) D. 4個(gè)

解析:由題意:“某時(shí)刻P、Q兩質(zhì)點(diǎn)都處于平衡位置,且P、Q間僅有一個(gè)波峰”,符合這一條件的波形圖有4個(gè),如圖所示。顯然,Q質(zhì)點(diǎn)第一次運(yùn)動(dòng)到波谷所需的時(shí)間t的可能值有4個(gè)。故D選項(xiàng)正確。

【例5】一列簡(jiǎn)諧橫波在傳播方向上相距為3米的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)P和Q的振動(dòng)圖象分別用圖中的實(shí)線和虛線表示,若P點(diǎn)離振源較Q點(diǎn)近,則該波的波長(zhǎng)值可能為多少?若Q點(diǎn)離振源較P點(diǎn)近,則該波的波長(zhǎng)值又可能為多少?

分析:由圖可知,T= 4s,P近,波由P向Q傳,P先振動(dòng),Q后振動(dòng),Dt=kt+3T/4,所以,SPQ=kl+3l/4,則 k=0,1,2L

若Q近,波由Q向P傳,Q先振動(dòng),P后振動(dòng),Dt=kt+T/4,所以,SPQ=kl+l/4,則 k=0,1,2L

波的現(xiàn)象與聲波

【例1】一個(gè)波源在繩的左端發(fā)出半個(gè)波①,頻率為f1,振幅為A1;同時(shí)另一個(gè)波源在繩的右端發(fā)出半個(gè)波②,頻率為f2,振幅為A2,P為兩波源的中點(diǎn),由圖可知,下述說法錯(cuò)誤的是( )

A. 兩列波同時(shí)到達(dá)兩波源的中點(diǎn)P

B. 兩列波相遇時(shí), P點(diǎn)波峰值可達(dá)A1+A2

C. 兩列波相遇后,各自仍保持原來的波形獨(dú)立傳播

D. 兩列波相遇時(shí),繩上的波峰可達(dá)A1+A2的點(diǎn)只有一點(diǎn),此點(diǎn)在P點(diǎn)的左側(cè)

解析:因兩列波在同一介質(zhì)(繩)中傳播,所以波速相同,由圖可知λ1>λ2,說明它們的波峰離P點(diǎn)距離不等,波同時(shí)傳至P點(diǎn),波峰不會(huì)同時(shí)到P點(diǎn),所以P點(diǎn)波峰值小于A1+ A2.兩列波波峰能同時(shí)傳到的點(diǎn)應(yīng)在P點(diǎn)左側(cè),所以A,D正確,B錯(cuò)誤,又由波具有獨(dú)立性,互不干擾,所以C正確.答案:B

【例2】?jī)闪姓駝?dòng)情況完全相同的振源。s1和s2在同一個(gè)介質(zhì)中形成機(jī)械波。某時(shí)刻兩列波疊加的示意圖如圖所示,圖中實(shí)線表示處于波峰的各質(zhì)點(diǎn),虛線表示處于波谷的各質(zhì)點(diǎn)。圖中a、b、c三點(diǎn)中,振動(dòng)情況加強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)有 ,振動(dòng)情況減弱的質(zhì)點(diǎn)有 。

解析:在兩列波疊加的區(qū)域內(nèi),圖中a點(diǎn)是實(shí)線與實(shí)線的交點(diǎn),表明兩列波都要求a點(diǎn)為正向位移,a點(diǎn)的位移是兩列波位移的矢量之和,即振幅之和,是振動(dòng)情況加強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)。同樣處于虛線與虛線交點(diǎn)的b質(zhì)點(diǎn),也是振動(dòng)情況加強(qiáng)的點(diǎn)。只是b是處于反向最大位移(也等于兩列波振幅之和)。因此處于實(shí)線與虛線交點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)c是振動(dòng)情況減弱的質(zhì)點(diǎn),其此刻位移為零。

本題疊加的兩列波是波長(zhǎng)(頻率)相同的兩列波,滿足干涉的條件。過半個(gè)周期,圖中實(shí)線變?yōu)樘摼,虛線變?yōu)閷?shí)線。a、b仍是振動(dòng)情況加強(qiáng)的點(diǎn),c點(diǎn)仍是振動(dòng)情況減弱的點(diǎn)。即a、b以兩列波振幅的和為振幅振動(dòng),c點(diǎn)則以它們振幅之差為振幅振動(dòng),且加強(qiáng)點(diǎn)與減弱點(diǎn)間隔排列。

【模擬

1. 如圖所示,(1)為某一波在t=0時(shí)刻的波形圖,(2)為參與該波動(dòng)的P點(diǎn)的振動(dòng)圖象,則下列判斷正確的是

A. 該列波的波速度為4m/s ;

B. 若P點(diǎn)的坐標(biāo)為xp=2m,則該列波沿x軸正方向傳播

C. 該列波的頻率可能為 2 Hz;

D. 若P點(diǎn)的坐標(biāo)為xp=4 m,則該列波沿x軸負(fù)方向傳播;

3. 兩列簡(jiǎn)諧波均沿x軸傳播,傳播速度的大小相等,其中一列沿x軸正方向傳播,如圖中實(shí)線所示。一列波沿x軸負(fù)方向傳播,如圖中虛線所示。這兩列波的頻率相等,振動(dòng)方向均沿y軸,則圖中x=1,2,3,4,5,6,7,8各點(diǎn)中振幅最大的是x= 的點(diǎn),振幅最小的是x= 的點(diǎn)。

【試題答案

1. 解析:由波動(dòng)圖象和振動(dòng)圖象可知該列波的波長(zhǎng)λ=4m,周期T=1.0s,所以波速v=λ/T=4m/s.

由P質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象說明在t=0后,P點(diǎn)是沿y軸的負(fù)方向運(yùn)動(dòng):若P點(diǎn)的坐標(biāo)為xp=2m,則說明波是沿x軸負(fù)方向傳播的;若P點(diǎn)的坐標(biāo)為 xp=4 m,則說明波是沿x軸的正方向傳播的.該列波周期由質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象被唯一地確定,頻率也就唯一地被確定為f=l/t=0Hz.綜上所述,只有A選項(xiàng)正確.

2. 解析:由兩質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)圖象直接讀出質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)周期為4s.由于沒有說明波的傳播方向,本題就有兩種可能性:(1)波沿x軸的正方向傳播.在t=0時(shí),x1在正最大位移處,x2在平衡位置并向y軸的正方向運(yùn)動(dòng),那么這兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的相對(duì)位置就有如圖所示的可能性,也就x2-x1=(n+1/4)λ,λ=400/ (1+4n)cm

(2)波沿x軸負(fù)方向傳播.在t=0時(shí).x1在正最大位移處,x2在平衡位置并向y軸的正方向運(yùn)動(dòng),那么這兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的相對(duì)位置就有如圖所示的可能性……,x2-x1=(n+3/4)λ,λ=400/(3+4n)cm

3. 解析:對(duì)于x=4、8的點(diǎn),此時(shí)兩列波引起的位移的矢量和為零,但兩列波引起的振動(dòng)速度的矢量和最大,故應(yīng)是振動(dòng)最強(qiáng)的點(diǎn),即振幅最大的點(diǎn)。對(duì)于x=2和 6的點(diǎn),此時(shí)兩列波引起的位移矢量和為零,兩列波引起的振動(dòng)速度的矢量和也為零,故應(yīng)是振動(dòng)最弱的點(diǎn),即振幅最小的點(diǎn)。

4. 解析:在x軸上任取點(diǎn)C,連接CA、CB.如圖所示,由圖可知CB-CA≤AB=3m(由三角形任意兩邊之差小于第三邊原理得出左式),所以(CB- CA)的值可以取lm、2m、3m.而A、B兩波源激起的水波波長(zhǎng)為2m,則只有當(dāng)(CB-CA)值為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí),兩列波相遇才是減弱的,故取 lm、3m時(shí)兩列波疊加后是減弱的,由于是在x軸上從-∞到+∞范圍內(nèi)尋找,以及關(guān)于y軸對(duì)稱的關(guān)系,故減弱點(diǎn)共有3個(gè).



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