0  311077  311085  311091  311095  311101  311103  311107  311113  311115  311121  311127  311131  311133  311137  311143  311145  311151  311155  311157  311161  311163  311167  311169  311171  311172  311173  311175  311176  311177  311179  311181  311185  311187  311191  311193  311197  311203  311205  311211  311215  311217  311221  311227  311233  311235  311241  311245  311247  311253  311257  311263  311271  447090 

1.波的反射:波遇到障碍物会返回来继续传播的现象.

(1)波面:沿波传播方向的波峰(或波谷)在同一时刻构成的面.

(2)波线:跟波面垂直的线,表示波的传播方向.

(3)入射波与反射波的方向关系.

①入射角:入射波的波线与平面法线的夹角.

② 反射角:反射波的波线与平面法线的夹角.

③在波的反射中,反射角等于入射角;反射波的波长、频率和波速都跟入射波的相同.

(4)特例:夏日轰鸣不绝的雷声;在空房子里说话会听到声音更响.

(5)人耳能区分相差0.1 s以上的两个声音.

试题详情

5.介质中质点的振动方向未定

   在波的传播过程中,质点振动方向与传播方向联系,若某一质点振动方向未确定,则波的传播方向有两种,这样形成多解.

   说明:波的对称性:波源的振动要带动它左、右相邻介质点的振动,波要向左、右两方向传播.对称性是指波在介质中左、右同时传播时,关于波源对称的左、右两质点振动情况完全相同.

[例3]一列在x轴上传播的简谐波,在xl= 10cm和x2=110cm处的两个质点的振动图象如图所示,则质点振动的周期为       s,这列简谐波的波长为     cm.

  [解析]由两质点振动图象直接读出质点振动周期为 4s.由于没有说明波的传播方向,本题就有两种可能性:(1)波沿x轴的正方向传播.在t=0时,x1在正最大位移处,x2在平衡位置并向y轴的正方向运动,那么这两个质点间的相对位置就有如图所示的可能性,也就x2一 x1=(n十1/4)λ,λ=400/(1十4n)cm

(2)波沿x轴负方向传播.在t=0时.x1在正最大位移处,x2在平衡位置并向y轴的正方向运动,那么这两个质点间的相对位置就有如图所示的可能性……,x2一 x1=(n十3/4)λ,λ=400/(3+ 4n)cm     

点评:由于波在媒质中传播具有周期性的特点,其波形图每经过一个周期将重复出现以前的波形图,所以由媒质中的质点的振动图象确定波长的值就不是唯一的(若要是唯一的,就得有两个前提:一个是确定波传播方向;一个是确定波长的范围).

[例4]如图实线是某时刻的波形图象,虚线是经过0.2s时的波形图象。求:

①波传播的可能距离 ②可能的周期(频率)

③可能的波速  ④若波速是35m/s,求波的传播方向 

⑤若0.2s小于一个周期时,传播的距离、周期(频率)、波速。

解析:

①题中没给出波的传播方向,所以有两种可能:向左传播或向右传播。

向左传播时,传播的距离为x=nλ+3λ/4=(4n+3)m  (n=0、1、2  …)

向右传播时,传播的距离为x=nλ+λ/4=(4n+1)m   (n=0、1、2  …)

②向左传播时,传播的时间为t=nT+3T/4得:T=4t/(4n+3)=0.8 /(4n+3)(n=0、1、2  …)

向右传播时,传播的时间为t=nT+T/4得:T=4t/(4n+1)=0.8 /(4n+1)  (n=0、1、2  …)

③计算波速,有两种方法。v=x/t  或v=λ/T

向左传播时,v=x/t=(4n+3)/0.2=(20n+15)m/s. 或v=λ/T=4 (4n+3)/0.8=(20n+15)m/s.(n=0、1、2  …)

向右传播时,v=x/t=(4n+1)/0.2=(20n+5)m/s. 或v=λ/T=4 (4n+1)/0.8=(20n+5)m/s. (n=0、1、2  …)

④若波速是35m/s,则波在0.2s内传播的距离为x=vt=35×0.2m=7m=1λ,所以波向左传播。

⑤若0.2s小于一个周期,说明波在0.2s内传播的距离小于一个波长。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=0.267s;波速v=15m/s.向右传播时,传播的距离为λ/4=1m;传播的时间t=T/4得:周期T=0.8s;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。

[例5]如图所示,一列简谐横波在t1时刻的波形,如图甲所示,质点P在该时刻的振动速度为v,t2时刻质点P的振动速度与t1时刻的速度大小相等,方向相同;t3时刻质点P的速度与t1时刻的速度大小相等,方向相反.若t2-t1=t3-t2=0.2秒,求这列波的传播速度.

   解析:从振动模型分析,若质点P从t1时刻开始向平衡位置方向振动,在一个周期内,从t1时刻到t2时刻,从t2时刻到t3时刻,对应的振动图象如图乙所示.考虑到振动的周期性,则有:  t2-t1=(n+1/4)T    n=0,1,2……

  周期为:T=(t2一t1)/(n十1/4)  n=0,1,2……

  由公式:v=λ/T  得出速度v的通解为: v=20(n+l/4) n=0,1,2……方向向左.

  若质点 P从 t1时刻开始背离平衡位置方向振动,在一个周期内,从t1时刻到t2时刻,从t2时刻到t3时刻,对应的振动图象如图丙所示.考虑到振动的周期性,则有:

  t2-t1=(n+3/4)T    n=0,1,2……

  周期为:T=(t2一t1)/(n十3/4)  n=0,1,2……

  由公式:v=λ/T  得出速度v的通解为: v=20(n+3/4) n=0,1,2……方向向右.

  答案:v=20(n+l/4)(n=0,1,2……)   方向向左.

   或v= 20( n+ 3/4)( n= 0,1,2,……)方向向右

[例6]已知在t1时刻简谐横波的波形如图中实线所示;在时刻t2该波的波形如图中虚线所示。t2-t1 = 0.02s来求:⑴该波可能的传播速度。⑵若已知T< t2-t1<2T,且图中P质点在t1时刻的瞬时速度方向向上,求可能的波速。⑶若0.01s<T<0.02s,且从t1时刻起,图中Q质点比R质点先回到平衡位置,求可能的波速。

解:⑴如果这列简谐横波是向右传播的,在t2-t1内波形向右匀速传播了,所以波速=100(3n+1)m/s (n=0,1,2,…);同理可得若该波是向左传播的,可能的波速v=100(3n+2)m/s  (n=0,1,2,…)

   ⑵P质点速度向上,说明波向左传播,T< t2-t1 <2T,说明这段时间内波只可能是向左传播了5/3个波长,所以速度是唯一的:v=500m/s

   ⑶“QR先回到平衡位置”,说明波只能是向右传播的,而0.01s<T<0.02s,也就是T<0.02s<2T,所以这段时间内波只可能向右传播了4/3个波长,解也是唯一的:v=400m/s

[例7]一列横波沿直线在空间传播,某一时刻直线上相距为d的M、N两点均处在平衡位置,且M、N之间仅有一个波峰,若经过时间t,N质点恰好到达波峰位置,则该列波可能的波速是多少?

分析与解:本题没有给定波的传播方向,仅告诉我们在某一时刻M、N两点均处在平衡位置,且M、N之间仅有一个波峰.由此我们可以推想,处在直线MN上的各个质点在该时刻相对平衡位置的位移可能会有以下四种情况,即波的图像有以下四种图形(如图中A、B、C、D图,各图中均为左端为M,右端为N):

若波的传播方向由M到N,那么:

   在A图中,经过时间tN恰好到达波峰,说明时间t内波向右前进的距离,且,所以波速

   在B图中,经过时间t,波峰传到N点,则波在时间t内向右前进的距离,且,所以波速

   在C图中,经过时间t,波向右前进的距离,且,所以波速

   在D图中,经过时间t,波向右前进的距离,且,所以波速

   若波的传播方向从NM,那么:

   在A图中,质点N此时要向下振动,经过时间tN到达波峰,则时间,在时间t内波向左前进的距离,所以波速

   在B图中,经过时间t, N到达波峰,则时间,在此时间内波向左前进的距离,所以波速

   在C图中,波在时间t内向左前进的距离,且,所以波速

   在D图中,质点N经过变为波峰,所以,在时间t内波向左前进的距离,所以波速

所以该列波可能的波速有五种

 其实上述解决问题的方法过于程序化,如果能够判断出八种情况下该时刻波形图上的波峰在传播方向上到N点的距离S,波速v就等于.例如:最后一种情况中,波峰在传播方向上到N点的距离,所以波速.其它情况读者可自行解决.

规律方法

试题展示

波的现象与声波

知识简析  一、波的现象

试题详情

4.介质中两质点间的距离与波长关系未定

   在波的传播方向上,如果两个质点间的距离不确定,就会形成多解,解题时若不能联想到所有可能情况,易出现漏解.

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3.波的双向性

   双向性是指波沿正负方向传播时,若正、负两方向的传播时间之和等于周期的整数倍,则沿正负两方向传播的某一时刻波形相同.

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2.波的时间的周期性

   在x轴上同一个给定的质点,在t+nT时刻的振动情况与它在t时刻的振动情况(位移、速度、加速度等)相同.因此,在t时刻的波形,在t+nT时刻会多次重复出现.这就是机械波的时间的周期性.

波的时间的周期性,表明波在传播过程中,经过整数倍周期时,其波的图象相同.

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波动图象的多解涉及:(1)波的空间的周期性;(2)波的时间的周期性;(3)波的双向性;(4)介质中两质点间距离与波长关系未定;(5)介质中质点的振动方向未定.

1.波的空间的周期性

   沿波的传播方向,在x轴上任取一点P(x),如图所示,P点的振动完全重复波源O的振动,只是时间上比O点要落后Δt,且Δt =x/v=xT0/λ.在同一波线上,凡坐标与P点坐标x之差为波长整数倍的许多质点,在同一时刻t的位移都与坐标为λ的质点的振动位移相同,其振动速度、加速度也与之相同,或者说它们的振动“相貌”完全相同.因此,在同一波线上,某一振动“相貌”势必会不断重复出现,这就是机械波的空间的周期性.

   空间周期性说明,相距为波长整数倍的多个质点振动情况完全相同.

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4.已知振幅A和周期T,求振动质点在Δt时间内的路程和位移.

   求振动质点在Δt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Δt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Δt= n·T/2, n= 1、2、3……,则路程s=2A·n,其中n=

当质点的初始位移(相对平衡位置)为x1=x0时,经T/2的奇数倍时x2=-x0,经T/2的偶数倍时x2=x0

[例11]如图所示,在xOy平面内有一沿x轴正方向传播的简谐振动横波,波速为1m/s,振幅为4cm,频率为2.5Hz,在t=0时刻,P点位于其平衡位置上方最大位移处,则距P点为0.2m的Q点

A、在0.1s时的位移是4cm;

B、在0.1s时的速度最大;

C、在0.1s时的速度向下;

D、在0到0.1s的时间内路程是4cm;

解析:,P与Q相距λ/2,先画出若干个波长的波形,经过0.1s也就是T/4后,Q点将回到平衡位置,且向上运动,B项正确;在0到0.1s时间内通过的路程为振幅,即4cm,D项正确

拓展:若求经Δt=2.5s时Q的路程和Q的位移,如何求?

试题展示

       专题:振动图像与波的图像及多解问题

知识简析

试题详情

3.已知波速V和波形,画出再经Δt时间波形图的方法.

(1)平移法:先算出经Δt时间波传播的距离上Δx=V·Δt,再把波形沿波的传播方向平移动Δx即可.因为波动图象的重复性,若知波长λ,则波形平移nλ时波形不变,当Δx=nλ十x时,可采取去整nλ留零x的方法,只需平移x即可

(2)特殊点法:(若知周期T则更简单)

在波形上找两特殊点,如过平衡位置的点和与它相邻的峰(谷)点,先确定这两点的振动方向,再看Δt=nT+t,由于经nT波形不变,所以也采取去整nT留零t的方法,分别做出两特殊点经 t后的位置,然后按正弦规律画出新波形.

[例7]图是某时刻一列横波在空间传播的波形图线。已知波是沿x轴正方向传播,波速为4m/s,试计算并画出经过此时之后1.25s的空间波形图。

解析:由波形图已知λ=0.08m,由T=λ/v=0.08/4=0.02s,经过t=1.25s,即相当于1.25/0.02=62.5个周期,而每经过一个周期,波就向前传播一个波长。经过62.5个周期,波向前传播了62.5个波长。据波的周期性,当经过振动周期的整数倍时,波只是向前传播了整数倍个波长,而原有波形不会发生改变,所以可以先画出经过1/2周期后的波形,如图。再将此图向前扩展62个波长即为题目要求,波形如图。

[例8]如图是一列向右传播的简谐横波在某时刻的波形图。已知波速v=0.5m/s,画出该时刻7s前及7s后的瞬时波形图。

解析:λ=2m,v=0.5m/s,=4 s.所以⑴波在7s内传播的距离为x=vt=3.5m=7λ/4,⑵质点振动时间为7T/4。

方法1  波形平移法:现有波形向右平移可得7s后的波形;

现有波形向左平移λ可得7s前的波形。

由上得到图中7s后的瞬时波形图(粗实线)和7s前的瞬时波形图(虚线)。

方法2  特殊质点振动法:根据波动方向和振动方向的关系,确定两个特殊点(如平衡点和峰点)在3T/4前和3T/4后的位置进而确定波形。请读者试着自行分析画出波形。

[例9]一列简谐横波向右传播,波速为v。沿波传播方向上有相距为L的P、Q两质点,如图15所示。某时刻P、Q两质点都处于平衡位置,且P、Q间仅有一个波峰,经过时间t,Q质点第一次运动到波谷。则t的可能值(  )

A.1个   B.2个    

 C.3个  D.4个

解析:由题意:“某时刻P、Q两质点都处于平衡位置,且P、Q间仅有一个波峰”,符合这一条件的波形图有4个,如图所示。显然,Q质点第一次运动到波谷所需的时间t的可能值有4个。故D选项正确。

[例10]一列简谐横波在传播方向上相距为3米的两个质点P和Q的振动图象分别用图中的实线和虚线表示,若P点离振源较Q点近,则该波的波长值可能为多少?若Q点离振源较P点近,则该波的波长值又可能为多少?

  分析:由图可知,T= 4s,P近,波由P向Q传,P先振动,Q后振动,Dt=Kt+3T/4,所以,SPQ=kl+3l/4,则   k=0,1,2L

  若Q近,波由Q向P传,Q先振动,P后振动,Dt=Kt+T/4,所以,SPQ=kl+l/4,则     k=0,1,2L

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(1)波的图象

①坐标轴:取质点平衡位置的连线作为x轴,表示质点分布的顺序;取过波源质点的振动方向作为Y轴表示质点位移.

②意义:在波的传播方向上,介质中质点在某一时刻相对各自平衡位置的位移.

③形状:正弦(或余弦)图线.

因而画波的图象.要画出波的图象通常需要知道波长λ、振幅A、波的传播方向(或波源的方位)、横轴上某质点在该时刻的振动状态(包括位移和振动方向)这四个要素.

(2)简谐波图象的应用

①从图象上直接读出波长和振幅.

②可确定任一质点在该时刻的位移.

③可确定任一质点在该时刻的加速度的方向.

④若已知波的传播方向,可确定各质点在该时刻的振动方向.若已知某质点的振动方向,可确定波的传播方向.

⑤若已知波的传播方向,可画出在Δt前后的波形.沿传播方向平移Δs=vΔt.

规律方法      1、机械波的理解

[例2]地震震动以波的形式传播,地震波有纵波和横波之分。

(1)图中是某一地震波的传播图,其振幅为A,波长为λ,某一时刻某质点的坐标为(λ,0)经1/4周期该质点的坐标是多少?该波是纵波还是横波。

A.纵波(5λ/4.0)   B.横波(λ,-A)

C.纵波(λ,A)    D.横波(5λ/4.A)

(2)若 a、b两处与c地分别相距300 km和200 km。当 C处地下15 km处发生地震,则

A.C处居民会感到先上下颠簸,后水平摇动     B.地震波是横波

C.地震波传到a地时,方向均垂直地面       D.a、b两处烈度可能不同

解析:(1)由题图知,该地震波为横波,即传播方向与振动方向垂直。

某质点的坐标(λ,0)即为图中a点,经1/4周期,a点回到平衡位置下面的最大位移处,即位移大小等于振幅,坐标为(λ,-A),(水平方向质点并不随波逐流)。  故答案为B

(2)由于地震波有横波、纵波之分,二者同时发生,传播速度不同而异,传到a、b两处,由于距离,烈度也当然不同。   故答案为A、D。

[例3]1999年9月台湾南投地区发生了里氏7.4级大地震,已知地震中的纵彼和横波在地表附近的传播速度为 9.1km/s和3.7km/s,在某地的观测站中,记录了南投地震的纵波和横渡到达该地的时间差5.4S.

(1)求这个观测站距南投的距离.

(2)观测站首先观察到的是上下振动还是左右晃动?

解析:(1)设观测站距南投的距离为S,则  =t,s=t=34km

(2)因为纵波先到观测点,因而先观察到的是左右晃动。

2、质点振动方向和波的传播方向的判定

(1)在波形图中,由波的传播方向确定媒质中某个质点(设为质点A)的振动方向(即振动时的速度方向):逆着波的传播方向,在质点 A的附近找一个相邻的质点B.若质点B的位置在质点A的负方向处,则A质点应向负方向运动,反之。则向正方向运动如图中所示,图中的质点A应向y轴的正方向运动(质点B先于质点A振动.A要跟随B振动).

(2)在波形图中.由质点的振动方向确定波的传播方向,若质点C是沿Y轴负方向运动,在C质点位置的负方向附近找一相邻的质点D.若质点D在质点C位置X轴的正方向,则波由X轴的正方向向负方向传播:反之.则向X轴的正方向传播.如图所示,这列波应向X轴的正方向传播(质点c要跟随先振动的质点D的振动)

具体方法为:①带动法:根据波的形成,利用靠近波源的点带动它邻近的离波源稍远的点的道理,在被判定振动方向的点P附近(不超过λ/4)图象上靠近波源一方找另一点P/,若P/在P上方,则P/带动P向上运动如图,若P/在P的下方,则P/带动P向下运动.

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”

③微平移法:将波形沿波的传播方向做微小移动Δx=v·Δt<λ/4,则可判定P点沿y方向的运动方向了.

  反过来已知波形和波形上一点P的振动方向也可判定波的传播方向.

[例4]如图所示,a、b是一列横波上的两个质点,它们在X轴上的距离s=30m,波沿x轴正方向传播,当a振动到最高点时b恰好经过平衡位置,经过3s,波传播了30m,并且a经过平衡位置,b恰好到达最高点,那么.

   A.这列波的速度一定是10 m/s   B.这列波的周期可能是0.8s

   C.这列波的周期可能是3s     D.这列波的波长可能是 24 m

 解析:因波向外传播是匀速推进的,故v=ΔS/Δt=10m/s,设这列波的振动周期为T,由题意知经3s,a质点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得波长λ=,(n=0,1,2……)

   在n=2时,对应的波长λ=24 m;在n=7时,T=0.8s.故选项A、B、D正确.答案:ABD

 点评:本题在写出周期T的通式时即应用了“特殊点法”,对a质点,同波峰回到平衡位置需T/4 时间,再经T/2又回到平衡位置……,这样即可写出T的通式.当然,若考虑质点b,也能写出这样的通式(同时须注意到开始时b恰好经过平衡位置,包括向上通过平衡位置和向下通过平衡位置这两种情况).

[例5]一列波在媒质中向某一方向传播,图所示的为此波在某一时刻的波形图,并且此时振动还只发生在M、N之间.此列波的周期为T,Q质点速度方向在波形图中是向下的,下列判断正确的是     (   )

A.   波源是M,由波源起振开始计时,P质点已经振动的时间为T;

B.波源是N,由波源起振开始计时,P点已经振动的时间为3 T/4

C.波源是N,由波源起振开始计时,P点已经振动的时间为T/4。

D.波源是M,由波源起振开始计时,P点已经振动的时间为T/4

解析:若波源是M,则由于Q点的速度方向向下,在 Q点的下向找一相邻的质点,这样的质点在Q的右侧,说明了振动是由右向左传播,N点是波源,图示时刻的振动传到M点,P与M点相距λ/4,则P点已经振动了T/4.故C选项正确。

点评:本题关键是由质点的运动方向确定波的传播方向,从而确定波源的位置.

[例6]如图所示,O为上下振动的波源,振动频率为100Hz,它P所产生的横波同时向左、向在传播.波速为80 m/s,M、N两质点距波源的距离分别为OM=17.4m,ON=16.2m,当波源通过平衡位置向上振动时,M、N两质点的位置分别为(    )

A.M点在波峰,N点在波谷;   B.M、N两点均在波峰

C.N点在波峰,M点在波谷;   D.M、N两点均在波谷

解析:由题意可知该列波的波长为λ=v/f=80/100m=0.8m.M、N两点与波源的距离分别为OM=17.4m=(21+3/4)λ, ON=16.2m=(20+l/4)A.这说明 M、N两点为反相点,当波源 O在平衡位置向上振动时波形图如图所示,图中的P点与M点是同相点,Q点与N点是同相点,所以M在波峰,N点在波谷,A选项正确

点评:本题关键有两点:当波源O由平衡位置向上运动时,波源两侧的质点的波形图的形状,也就是确定如图的波形图(O两侧相邻的质点均追随O点向上运动且在O点的下方);在O点的附近寻找M、N两点的同相点P、Q。

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