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高二物理机械波图像描述
收录时间:2022-11-25 21:38:07  浏览:0
机械波图像描述习题课 课前热身 能力 思维 方法 延伸 拓展 要点 疑点 考点 1 横波的传播方向与质点振动方向的关系 已知波的传播方向 判断某一质点的振动方向 或反过来由某一质点振动方向判断波的传播方向 方法互逆 主要有两种 要点 疑点 考点 1 波形平移法 将原波形 图7 4 1中实线 沿波的传播方向平移 4 图7 4 1中虚线 则某一质点的运动方向就由实线上的位置指向虚线上对应位置的方向 图中A B C各点运动方向如图所示 图7 4 1 要点 疑点 考点 2 上下坡法 沿着波的传播方向走波形状 山路 从 谷 到 峰 的上坡阶段上各点都是向下运动的 从 峰 到 谷 的下坡阶段上各点都是向上运动的 即 上坡下 下坡上 图中A B点即为 下坡上 C点为 上坡下 其中方法 1 有助理解 方法 2 简捷 要点 疑点 考点 2 已知波速v和某一时刻波形 画出再经 t时间的波形图 方法有二 1 平移法 先算出经 t时间波传播的距离 x v t 再把波形沿波的传播方向平移 x即可 因为波动图像的重复性 若已知波长 则波形平移n 时波形不变 当 x n x 时 可采取去整 n 留0 x 的方法 只需平移x 即可 要点 疑点 考点 2 特殊点方法 在波形上找两特殊点 如过平衡位置的点和与它们相邻的峰 谷 点 先确定这两点的振动方向 再将 t换算为nT xT 其中n为正整数 T为周期 x为真分数 由于经nT波形不变 所以也采取去整 nT 留0 xT 的方法 分别做出两特殊点经xT后的位置 然后按正弦规律画出新波形 要点 疑点 考点 3 已知振幅A和周期T 求振动质点在 t时间内的路程和位移求振动质点 t时间内的路程和位移 由于牵涉质点的初始状态 需用正弦函数 较复杂 但 t若为半周期T 2的整数倍则很容易 在半周期内质点的路程为2A 若 t n T 2 n 1 2 3 则路程s 2A n 当质点的初始位移 相对平衡位置 为x0时 经T 2的奇数倍时位移为 x0 经T 2的偶数倍时位移仍为x0 要点 疑点 考点 4 波动问题中的多解性主要考虑 1 波的空间上周期性 即沿波的传播方向相距为波长整数倍的多个质点的振动情况完全相同 2 波的时间上周期性 即波在传播过程中 经过整数倍周期时 其波形图线相同 3 波的传播方向的双向性 同样两个时刻的波形 向左和向右传播所平移的距离是不同的 如图7 4 1中的两个时刻波形 若向左传播 则这段时间内波形平移 1 4 n 个波长 若向左传播则这段时间传播 3 4 n 个波长 课前热身 1 一列横波沿水平方向传播 某一时刻的波形如图7 4 2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 a和d b和c b和dA B C D 图7 4 2 课前热身 2 如图7 4 3实线表示t1时刻波形曲线 虚线为t2 t1 0 5s时刻的波形曲线 则波传播的速度可能为 D A 2m sB 4m sC 8m sD 12m s 图7 4 3 课前热身 3 关于振动图像和波的图像以下正确的是 B 波的图像反映出各个质点在同一时刻的位移 通过波的图像可以找出任一质点 任一时刻的位移 振动图像的横轴是时间轴 y轴都表示质点离开平衡位置的位移A B C D 课前热身 4 如图7 4 4为一列横波某时刻的波的图像 已知波向右传播 则下列叙述正确的是 C 图7 4 4 课前热身 经过半个周期 C点将运动到E点处 M点和P点的振动情况完全相同 A点比F点先达到最低位置 B D两点的振动步调相反A B C D 能力 思维 方法 例1 如图7 4 5为一简谐横波的波形图 已知B质点先于A质点0 08s到达波峰 由此可知波的传播方向是 波的传播速度为 图7 4 5 能力 思维 方法 解析 1 由图7 4 5 B质点此刻在波谷位置 下一时刻质点B将向上振动 则A质点此刻只有向下运动才会有B质点先于A质点到波峰位置 A质点向下运动 则A质点处于波形图 上坡 位置上 要 上坡 只能是从右向左 所以波的传播方向是从右向左 2 A B质点相距 4 所以A B两质点振动时间相差 t T 4 即 t T 4 0 08s T 0 32s 8m 由波速公式v t 得v 8 0 32 25 m s 能力 思维 方法 解题回顾 从波的图像上分析出各个质点的振动过程并加以比较这是分析振动和波的综合问题的基本方法 能力 思维 方法 例2 图7 4 6是一列简谐横波在t 0时的波动图像 波的传播速度为2m s 则从t 0到t1 2 5s的时间内 质点M通过的路程是m 位移是m 图7 4 6 能力 思维 方法 解析 由波的图像 可直接读出波长为0 4m 振幅为5cm 由波的传播方向沿x轴正方向 可判断此时刻M点正通过平衡位置向y轴正方向运动 0 4m v 2m s t 2 5s A 5cm 所以T v 0 4 2 0 2s t 2 5 0 2T 12 5T M点通过的路程s 12 5 4A 250cm 2 5m 经过12个周期M点回到原位置 再经半个周期仍回到原位置 位移为0 能力 思维 方法 解题回顾 在波动过程中 所有质点都在自身的平衡位置附近振动 并不随波迁移 在解题时要将质点的路程 速率和波的传播路程 速率区分开 能力 思维 方法 例3 如图7 4 7 甲 中有一条均匀的绳 1 2 3 4 是绳上一系列等间隔的点 现有一列简谐横波沿此绳传播 某时刻 绳上9 10 11 12四点的位置和运动方向如图乙所示 其他点的运动情况未画出 其中点12的位移为0 向上运动 点9的位移达到最大值 能力 思维 方法 试在图丙中画出再经过3 4周期时点3 4 5 6的位置和速度方向 其他点不必画 图丙的横 纵坐标与图甲 乙完全相同 能力 思维 方法 解析 首先在图7 4 7 乙 中把该波形图补画出3 4 5 6各质点的位置如图7 4 7 丁 中所示 由图中点12的位移为0速度方向向上 则可确定这列波向右传播 根据平移法 该波向右平移3 4 等效于向左平移1 4 再画出经3 4T后的波形图 如图7 4 7 丁 中虚线所示 并在虚线中标出3 4 5 6四个质点的位置并根据波向右传播确定质点的运动方向 如图7 4 7 丁 所示 图7 4 7 丁 能力 思维 方法 解题回顾 此题在确定图7 4 7 乙 中3 4 5 6各质点的位置后 也可用特殊质点法确定经3 4周期后的波形图 请同学们试试看 能力 思维 方法 例4 如图7 4 8所示 S点是波源 振动频率f 100Hz 波向右传播波速v 8m s 在传播过程中经过P Q两点 已知SP 4 2m SQ 5 4m 1 在某一时刻t 当S点通过平衡位置向上运动时 P点和Q点是处于波峰 还是处于波谷 或者处于其他位置 2 取t为时间的起点 分别作出P Q两点的振动图线 能力 思维 方法 解析 1 在t时刻 S点通过平衡位置的波形可能有两种 如图7 4 9所示 根据波的传播方向与振动方向的关系 由S点向上运动可得实线的波合题意 由v f得 v f 80 100m 0 8m 则有SP 4 2m 5 1 4 SQ 5 4m 6 3 4 图7 4 9 能力 思维 方法 由于波的空间周期性 在t时刻 P点与R点振动情况相同 所以P点在波谷 同样 Q点与J点振动情况相同 所以Q点在波峰 2 P Q两点的振动图线如图7 4 10所示 图7 4 10 能力 思维 方法 解题回顾 解答中如果准确地把波形图线画到P点和Q点 当然可以判断 但没有必要这样做 因为波形具有周期性 常运用去整留0的方法加以分析判断 延伸 拓展 例5 一列横波在x轴上传播 t1 0和t2 0 005s时的波形如图7 4 13所示的实线和虚线 1 设周期大于 t2 t1 求波速 2 设周期小于 t2 t1 并且波速为6000m s 求波的传播方向 图7 4 13 延伸 拓展 解析 当波的传播时间小于周期时 波沿传播方向前进的距离小于一个波长 当波传播的时间大于周期时 波沿传播方向前进的距离大于波长 1 因 t t2 t1 T 所以波传播的距离可以直接由图读出 若波向右传播 则在0 005s内传播了2m 故波速为v 2m 0 005s 400m s 若波向左传播 则在0 005s内传播了6m 故波速为v 6m 0 005s 1200m s 延伸 拓展 2 因 t2 t1 T 所以波传播的距离大于一个波长 在0 005s内传播的距离为 x vt 6000 0 005m 30m x 30 8 15 4 即 x 3 3 4 因此 可得波的传播方向沿x轴的负方向 延伸 拓展 解题回顾 1 上述在周期大于 t2 t1 的条件下 得到的波速400m s和1200m s两个速度 是向右和向左传播的两个最小速度 若无此条件*** 波速的可能值是向右传播v n 2 0 005m s 1600n 400 m s 向左传播v n 6 0 005m s
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