1、专题六 振动 波动 光及光的本性 第13讲 振动 波动 1.简谐运动的重要特征:(1)对称性:振动质点在关于平衡位置对称的两点x、F、a、v、Ek、Ep的_均相等;振动质点来回通过相同的两点间的_ _相等。大小 时 间(2)周期性。做简谐运动的物体,描述它的物理量x、F、a、v、Ek、Ep等 都随时间做_变化。振动物体在一个周期内通过的路程为_A(A为振幅),半个周 期内通过的路程为_A。但 内通过的路程可能大于、等于或 小于A,这与计时起点位置有关。(3)简谐运动的两种模型是_和单摆。当单摆摆动的 角度 很小(10)时,可以看成简谐运动,其周期公式为 T=_。周期性 4 2 弹簧振子 T42
2、gl2.振动图像与波动图像的比较:振动图像 波动图像 研究对象 _振动质点 沿波传播方向上的_ _ 图像意义 一质点_随时间 的变化规律 某时刻所有质点相对 _的位移 图像特点 一个 所 有质点 位移 平衡位置 两种图像 比较内容 振动图像 波动图像 图像信息 振动周期 振幅 各时刻质点位移、速度、加速度(包括大 小、方向)波长、振幅 任意一质点此刻的位移 任意一质点在该时刻加速度方向 图像变化 随时间推移图像延续,但原有形状_ 随时间推移,图像沿 传播方向_ 一完整曲线对应横坐标 一个_ 一个_ 不变 平移 周期 波长 两种图像 比较内容 3.波的衍射与干涉:现象 条 件 衍射 障碍物或孔的
3、尺寸比波长_,或者跟波长相 差不大 干涉(1)频率_(2)设两列到某一点的波程差为 x,若两波源 的振动情况完全相同,则 x=n(n=0,1,2，)，振动_ x=(2n+1)(n=0,1,2，)，振动_ 小 相同 加强 减弱 24.多普勒效应:(1)当波源与观察者相互接近时,观察者接收到的频率_;当波源与观察者相互远离时,观察者接收到的频率_。(2)一切波都能发生多普勒效应。(3)发生多普勒效应时,波源的实际频率_。变大 变小 不变 5.电磁场与电磁波:(1)电磁场:变化电场在周围空间产生_,变化磁场在周围 空间产生_,变化的电场和磁场相互激发成为一个统一体,这就是电磁场。(2)电磁波。电磁波
4、:电磁场由近及远的传播形成电磁波。电磁波在空间传播不需要介质。电磁波是_波。电磁波传 递电磁场的能量。电磁波的波速、波长、频率的关系为_,电磁波在真空 中的传播速度为3108m/s。磁场 电场 横 v=f 1.(2013北京高考)一列沿x轴正方向传播的 简谐机械横波,波速为4m/s。某时刻波形如图 所示,下列说法正确的是()A.这列波的振幅为4cm B.这列波的周期为1s C.此时x=4m处质点沿y轴负方向运动 D.此时x=4m处质点的加速度为0【解析】选D。由图像可知波的振幅为2cm,波长为8 m,故A错 误;根据v=f=可得该波的周期为2s,故B错误;根据波的形 状和波的传播方向的关系或“
5、同侧法”可知x=4m处的质点沿 y轴正方向运动,C错误;由于x=4m处的质点的位移为零,说明回 复力为零,即加速度为零,D正确。T2.(2013四川高考)图甲是一列简谐横波在t=1.25s时的波形图,已知c位置的质点比a位置的晚0.5s起振,则图乙所示振动图像对应的质点可能位于()A.axb B.bxc C.cxd D.dxe【解析】选D。根据题意有 =0.5s,则周期T=1s,在t=1.25s=T,题中图乙所示振动图像对应的质点向下振动,并且在x轴 的上方。位于axb的质点向上振动,在x轴的上方;位于bxc 的质点向上振动,在x轴的下方;位于cxd的质点向下振动,在 x轴的下方;位于dxe的
6、质点向下振动,在x轴的上方,故选项D 正确,选项A、B、C错误。54T23.(多选)(2013海南高考)下列选项与多普勒效应有关的 是()A.科学家用激光测量月球与地球间的距离 B.医生利用超声波探测病人血管中血液的流速 C.技术人员用超声波探测金属、陶瓷、混凝土中是否有气泡 D.交通警察向车辆发射超声波并通过测量反射波的频率确定 车辆行进的速度 E.科学家通过比较星球与地球上同种元素发出光的频率来计 算星球远离地球的速度【解析】选B、D、E。当观察者与测量对象无相对运动时,不发生多普勒效应,A、C错误;当观察者与测量对象相对运动时,发生多普勒效应,根据接收频率的变化来测速,故B、D、E正确。
7、4.(2012福建高考)一列简谐横波沿x轴传播,t=0时刻的波形如图甲所示,此时质点P正沿y轴负方向运动,其振动图像如图乙所示,则该波的传播方向和波速分别是()A.沿x轴负方向,60m/s B.沿x轴正方向,60m/s C.沿x轴负方向,30m/s D.沿x轴正方向,30m/s【解析】选A。由图甲知此时质点P向下振动,据同侧法可知该 波沿x轴负方向传播,B、D错。由图甲知波长=24m,由图乙知 周期T=0.4s,因此波速v=60m/s,A对、C错。T热点考向1 振动与波动的综合应用 【典例1】(多选)(2013邯郸二模)如图甲所示是一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形图,P是离原点
8、x1=2m的一个介质质点,Q是离原点x2=4m的一个介质质点,此时离原点x3=6m的介质质点刚刚要开始振动。图乙是该简谐波传播方向上的某一质点的振动图像(计时起点相同)。由此可知()A.这列波的周期T=3s B.这列波的传播速度v=2m/s C.这列波的波源起振方向为向上 D.乙图可能是图甲中质点Q的振动图像【解题探究】(1)请认真观察图像,回答问题:由波动图像读出波长_,由振动图像读出周期_;请写出波长、周期和波速的关系式:_。(2)“x3=6m的介质质点刚刚要开始振动”的含义是什么?提示:说明波刚传到该点,该点的起振方向和波源相同。=4m T=2s vT【解析】选B、D。由波动图像可知波长
9、=4m,由振动图像可 知周期T=2s,故传播速度v=2m/s,选项B正确,A错误;由波 动图像可知质点起振方向向下,结合波动图像和振动图像的 关系可知Q质点振动方向向上,形式与振动图像完全一致,选 项C错误、D正确。T【总结提升】波动图像和振动图像的应用技巧 求解波动图像与振动图像综合类问题可采用“一分、一看、二找”的方法:(1)分清振动图像与波动图像,此问题最简单,只要看清横坐标即可,横坐标为x则为波动图像,横坐标为t则为振动图像。(2)看清横、纵坐标的单位,尤其要注意单位前的数量级。(3)找准波动图像对应的时刻。(4)找准振动图像对应的质点。【变式训练】(多选)(2013广元二模)一列简谐
10、横波某时刻的波形如图甲所示,从该时刻开始计时,波上A质点的振动图像如图乙所示。则以下说法中正确的是()A.这列波沿x轴正方向传播 B.这列波的波速是25m/s C.从t=0时刻起经0.4s,A质点通过的路程是16cm D.从t=0时刻起,质点Q将比质点P先回到平衡位置【解析】选B、C。由图像知=20m,T=0.8s,所以波速v=m/s=25 m/s,B正确。根据t=0时刻起,A质点向上振动,可判定该波沿x轴负方向传播,A错误;00.4s内,质点通过路 程为16cm,C正确。t=0时刻起,质点Q经 回到平衡位置,质点 P经 回到平衡位置,D错误。20T0.8 T4T4热点考向2 电磁波的理解与应
11、用 【典例2】(2013四川高考)下列关于电磁波的说法,正确的 是()A.电磁波只能在真空中传播 B.电场随时间变化时一定产生电磁波 C.做变速运动的电荷会在空间产生电磁波 D.麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在【解题探究】(1)_由近及远的传播,形成电磁波。(2)电磁波在空间传播不需要_,电磁波是_。(3)_第一次用实验证实了电磁波的存在。电磁场 介质 横波 赫兹【解析】选C。电磁波可以在真空中传播,也可以在介质中传播,故选项A错误;若电场随时间均匀变化,则不能产生电磁波,故选项B错误;做变速运动的电荷会在空间激发磁场,从而会在空间产生电磁波,故选项C正确;赫兹第一次用实验证实了电磁波的
12、存在,故选项D错误。【总结提升】电磁波与机械波的异同(1)机械波在介质中的传播速度由介质决定,与机械波的频率无关。电磁波在介质中的传播速度不仅取决于介质,还与电磁波的频率有关,频率越大,传播速度越小。(2)电磁波本身是物质,所以电磁波的传播不像机械波需要别的物质作为介质。机械波不能在真空中传播,而电磁波可在真空中传播。(3)电磁波与机械波也有相同之处,两者都是周期性的,都是传播能量的过程,v=f关系式都适用。(4)不论是机械波还是电磁波,两者在不同介质中传播时,其频率都保持不变。【变式训练】(多选)(2013西安一模)电视机在室内接收电视台向空中发射的电磁信号时,下列判断正确的是()A.当电视
13、机所在处离电视发射塔较近时,用室内天线也可以接收信息,这是电磁波的衍射现象造成的 B.电磁波在传播过程中遇到金属物质时,要损失一部分能量 C.在离电视发射塔较远处时要用架设室外天线的方法接收信息,这是由于发送电视信号用的是微波,波长短,基本上是直线传播 D.有线电视的信号也是通过电磁波传送的【解析】选A、B、C。电磁波从室外传播到室内时发生了衍射,使得在不同位置处的电视机用室内天线就可以接收到电磁信号,A选项正确;电磁波遇到金属导体时,使金属内部产生感应电流,从而损失一部分能量,B选项正确;电磁信号是用微波发射的,而微波波长较短,其衍射能力不强,故在离电视发射塔较远的地方,一般用架得很高的室外
14、天线来接收电磁信号,C选项正确;有线电视是通过导线直接输送电磁信号的,而不是通过电磁波传送的,D选项错误。1.一列简谐横波沿x轴传播,周期为T,t=0时刻的波形如图所示,此时平衡位置位于x=3m处的质点正在向上运动,若a、b两质点平衡位置的坐标分别为xa=2.5m,xb=5.5m,则()A.当a质点处在波峰时,b质点恰在波谷 B.t=时,a质点正在向y轴负方向运动 C.t=时,b质点正在向y轴负方向运动 D.在某一时刻,a、b两质点的位移和速度可能相同 T43T4【解析】选C。由于xab=3m=,因此a点在波峰时,b在平 衡位置,A错。且a、b两质点的位移和速度不可能相同,D错。波沿x轴负向传
15、播,t=时,x=2m的质点在平衡位置向y轴正向 运动,x=3m的质点在正最大位移处,故a点此时向y轴正向运动,故B错。同理t=时,x=5m的质点在正最大位移处,而x=6m的 质点在平衡位置,故此时b点向下运动,C正确。34T43T42.(多选)(2013乐山二模)如图所示是一列简谐横波在t=0时的波形图,此时P点沿y轴的正方向运动,已知波的传播速度是2m/s,则下列说法中正确的是()A.波长为0.6m B.波沿x轴正方向传播 C.经过 t=0.4s质点P沿x轴移动0.8m D.经过任意时间质点Q和P的振动情况总是相同的【解析】选B、D。由图像知,波长=0.4m,A错误。P点沿y轴正方向运动,则
16、波沿x轴正方向传播,B正确。P点振动方向不沿x轴方向,C错误。由于P、Q相距一个波长,所以Q和P振动情况总是相同的,D正确。3.(2013福建高考)如图,t=0时刻,波源在坐标原点从平衡位置沿y轴正向开始振动,振动周期为0.4s,在同一均匀介质中形成沿x轴正、负两方向传播的简谐横波。下图中能够正确表示t=0.6s时波形的图是()【解析】选C。由于波沿正、负两方向传播的波形关于y轴对称,A、B错;t=0时刻波源沿y轴正向开始振动,经过0.6s即1.5T,波源位于平衡位置且沿y轴负向振动,据“同侧法”可知C对,D错。4.(多选)目前雷达发射的电磁波频率多在200MHz至1 000 MHz的范围内。
17、下列关于雷达和电磁波说法正确的是()A.真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在0.3m至1.5m之间 B.电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的 C.测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离 D.波长越短的电磁波,反射性能越强【解析】选A、C、D。根据=知频率在200MHz至1 000MHz 间的电磁波波长在0.3 m至1.5m之间,故A正确;电磁波是由变 化的电磁场形成的,故B错误;由电磁波的特性和用途知C、D 正确。cf5.(2013绵阳一模)一列简谐横波在t=0时的波形图如图所 示。介质中x=2m处的质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式 为y=10sin(5 t)cm。关于这列简谐波,下列说法不正确的 是()A.周期为4.0s B.振幅为10cm C.传播方向沿x轴正向 D.传播速度为10m/s【解析】选A。由波形图可知振幅A=10 cm，波长=4 m，由y=10 sin(5t)cm可知，=5，根据=，得简谐 运动的周期T=s=0.4 s；根据v=，得波速v=m/s=10 m/s，根据y=10 sin(5t)cm知，t=0.1 s时，y=10 cm，即质点P位于波峰处，所以t=0时刻时 P点向上振动，根据振动方向和波传播方向的关系知，该波 沿x轴正向传播，综上所述应选A项。2T225T4T0.4 T4