人教版江苏专用高中物理选择性必修第一册第3章章末综合提升学案

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主题1　波的图像及应用 波的图像描述的是在波的传播方向上介质中的各个质点在某一时刻离开平衡位置的位移，因此只要明确了波的图像、波的传播方向和介质中各质点振动方向三者的关系，再结合v＝λf就可解决有关波的大多数问题。常见问题如下： ①已知波形图和波的传播方向，确定质点的振动方向； ②已知波的图像和介质中质点的振动方向，确定波的传播方向； ③已知质点的振动方向和波的传播方向，确定某时刻的波形图； ④已知某时刻的波形图，画该时刻前、后的波形图； ⑤已知两时刻的波形图求解相关的物理量； ⑥已知振动图像和某时刻的波形图求相关的物理量。 【典例1】　在均匀介质中坐标原点O处有一波源做简谐运动，其表达式为y＝5sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)t)) m，它在介质中形成的简谐横波沿x轴正方向传播，某时刻波刚好传播到x＝12 m处，波形图像如图所示，则(　　) A．此后再经6 s该波传播到x＝20 m处 B．M点到此后第3 s末的振动方向沿y轴正方向 C．波源开始振动时的运动方向沿y轴负方向 D．此后M点第一次到达y＝－3 m处所需时间是2 s B　[由波源振动表达式可知ω＝eq \f(π,2)，而ω＝eq \f(2π,T)，所以T＝4 s，由波形图知λ＝8 m，波速v＝eq \f(λ,T)＝2 m/s，Δx＝v·Δt＝12 m，故A项错误；经过Δt′＝3 s，波向前传播的距离为Δx′，Δx′＝v·Δt′＝6 m，画出这一时刻的波形图如图中虚线所示，由图可知，M点振动方向沿y轴正方向，B项正确；在波的传播过程中，各质点的起振方向都与波源的起振方向相同，可得波源起振方向沿y轴正方向，C项错误；此时M点在y＝3 m处且沿y轴负方向振动，第一次到达y＝－3 m处所用时间小于eq \f(T,2)，故D项错误。 ] [一语通关]　判断质点振动方向或波传播方向的方法 (1)带动法：先振动的质点带动邻近的后振动的质点，在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点P′，若P′在P点上方，则P向上振动，若P′在下方，则P向下振动(如图甲所示)。 P向上运动　　P向下运动 甲 乙　　　　　　丙　　　　　丁 (2)上下坡法：沿波的传播方向看去，“上坡”处的质点向下振动；“下坡”处的质点向上振动，简称“上坡下、下坡上”(如图乙所示)。 (3)同侧法：在波的图像上的某一点，沿竖直方向画出一个箭头表示质点振动方向，并设想在同一点沿水平方向画一个箭头表示波的传播方向，那么这两个箭头总是在曲线的同侧(如图丙所示)。 (4)微平移法：如图丁所示，实线为t时刻的波形，作出微小时间Δteq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Δt<\f(T,4)))后的波形如虚线所示。由图可见t时刻的质点由P1(或P2)位置经Δt后运动到P1′(或P2′)处，这样就可以判断质点的振动方向了。 主题2　波与振动的综合问题 1．由波的图像确定振动图像 由波的图像确定振动图像时，必须先明确所给波形图是哪一时刻的波形图，再在振动图像中找到相对应的时刻，明确该质点在此时刻相对平衡位置的位移及振动方向，最后结合波的传播方向及波形图进行综合分析判断。 2．由振动图像画波的图像 给出振动图像和波的传播方向，便可画出任一时刻的波形图；给出两个质点的振动图像，加上两质点平衡位置间的距离和波源方位，可画出多种情况下的波形图。 3．已知波的图像和一质点的振动图像确定波速及传播方向 由已知振动图像可直接读出周期，由波的图像可直接读出波长，进而根据v＝eq \f(λ,T)求出波速。由所给某时刻的波形图，在振动图像上找到对应的时刻，判断此时刻质点振动的方向，进而应用波的传播方向和质点振动方向的关系，求得波的传播方向。 4．根据振幅A和周期T求振动质点在Δt时间内的路程 求振动质点的路程，由于涉及质点的初始状态，利用正弦函数较复杂，但Δt若为半周期eq \f(T,2)的整数倍则很容易求解。在半个周期内质点的路程为2A，则质点在Δt＝neq \f(T,2)(n＝1，2，3…)时间内的路程s＝eq \f(Δt,\f(T,2))·2A＝n·2A(n＝1，2，3…)。 【典例2】　一列简谐横波，某时刻的波形图如图甲所示，从该时刻开始计时，质点M的振动图像如图乙所示，则(　　) 甲　　　　　　　　　　乙 A．波沿x轴正方向传播 B．波速是16 m/s C．经过Δt＝0.4 s，质点M通过的路程是4 m D．质点P比质点Q先回到平衡位置 C　[由题图乙可知质点M在t＝0时刻在平衡位置且向上运动，则波沿x轴负方向传播，选项A错误；由题图甲可知波长λ＝20 m，由题图乙可知周期T＝8×10－1s，所以波速v＝eq \f(λ,T)＝25 m/s，选项B错误；Δt＝0.4 s＝eq \f(T,2)，所以质点M通过的路程为2A＝4 m，选项C正确；由于波沿x轴负方向传播，可知P点振动方向向下，回到平衡位置所需的时间大于eq \f(T,4)，而Q点回到平衡位置所需的时间为eq \f(T,4)，所以选项D错误。] [一语通关]　(1)要养成画出波动图像或振动图像的习惯，通过画图使抽象问题具体化。 (2)利用波动图像中质点的振动方向与波的传播方向的相互确定关系。 (3)找出波动图像与振动图像的对应时间，从而确定振动质点的运动状态。 主题3　波的常见现象的比较 【典例3】　关于图中的物理现象，描述不正确的是(　　) 甲　　　　　乙　　　　丙　　　　丁 A．甲图，水波由深水区传播至浅水区，波速方向改变，属于波的反射现象 B．乙图，水波穿过障碍物的小孔后，能传播至两侧区域，属于波的衍射现象 C．丙图，两列同频率的水波在空间叠加，部分区域振动加强，属于波的干涉现象 D．丁图，竹竿举起蜂鸣器快速转动，听到蜂鸣器频率发生变化，属于波的多普勒效应 A　[甲图，水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的折射现象，故A错误；乙图，水波穿过障碍物的小孔后，能传播至两侧区域，属于波的衍射现象，故B正确；丙图，两列同频率的水波在空间叠加，部分区域振动加强，属于波的干涉现象，故C正确；丁图，竹竿举起蜂鸣器快速转动，听到蜂鸣器频率发生变化，属于波的多普勒效应，故D正确。] 发生条件定义现象共同点波的反射遇到障碍物或两种介质的分界面时波在障碍物或两种介质分界面上返回到原介质中继续传播的现象波返回到原介质，波线关于界面法线对称都是波传播过程中发生的现象，波的干涉、波的衍射、多普勒效应都是波特有的现象波的折射遇到两种介质的分界面时波从一种介质进入另一种介质传播方向发生改变的现象v入＞v折时，折射后的波线靠近法线；v入＜v折时，折射后的波线远离法线波的衍射遇到较小的障碍物或小孔时波可以绕过障碍物继续传播的现象波能偏离直线而传到直线传播以外的空间波的干涉两列频率相同的波在传播中相遇时频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且加强和减弱的区域相间分布的现象振动强弱相间的区域、明暗相间的条纹或圆环多普勒效应当波源与观察者之间发生相对运动时由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到波的频率发生变化的现象当波源与观察者相互接近时，观察者接收到的频率变大；当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频率变小