专题、机械波的多解问题ppt课件.ppt

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1、 1 机械波多解问题成因分析机械波多解问题成因分析1周期性周期性(1)时间周期性时间周期性(周期不确定周期不确定)：时间间隔：时间间隔t与周期与周期T 的关系不明确的关系不明确(2)空间周期性空间周期性(波长不确定波长不确定)：传播距离：传播距离x与波长与波长的关系不明确的关系不明确2双向性双向性(1)传播方向双向性：波的传播方向不确定传播方向双向性：波的传播方向不确定(2)振动方向双向性：质点振动方向不确定振动方向双向性：质点振动方向不确定3条件的不确定性引起多解问题条件的不确定性引起多解问题(1)空间周期性空间周期性(波长不确定波长不确定)引起多解问题引起多解问题x /cmy/cm0.15

2、va 已知：a坐标为（0.0），在t=0时向下振动，同时在0.15位置有一质点处于波峰，问：这列波的波长可能是多少？波长存在最大值还是最小值？蓝色为某时刻波形图，红色为 t= 的波形图，如果波传播问：v=? ,f=?x /cmy/cm0.52102v(2)时间周期性时间周期性(周期不确定周期不确定) 引起多解问题引起多解问题 一列横波在某时刻的波形图如图中实线所一列横波在某时刻的波形图如图中实线所示，经示，经0.02s0.02s后波形如图中虚线所示，则该波后波形如图中虚线所示，则该波的波速的波速v v和频率和频率f f可能是可能是( )( ) A Av v5m5ms s B Bv v45m45

3、ms s C Cf f50Hz50Hz D Df f37375Hz 5Hz 。 简谐机械波是周期性的，每经过一个周期简谐机械波是周期性的，每经过一个周期波形与原波形重复，从而导致了问题的多解性波形与原波形重复，从而导致了问题的多解性 已知：已知：蓝为某时刻波形图，黑色为 t=0.2s 的波形图,若=2m, t=0.2s, 求：求：v=? , T=?y/cm2cm(3)传播方向传播方向方向方向的不确定性引起多解问题的不确定性引起多解问题 质点若处在某一位置，则有向上和向下振质点若处在某一位置，则有向上和向下振动两种可能；质点若处在最大位移，则有正向动两种可能；质点若处在最大位移，则有正向最大位移

4、和负向最大位移两种可能。从而导致最大位移和负向最大位移两种可能。从而导致了问题的多解性了问题的多解性 一列简谐横波向右传播，波速为一列简谐横波向右传播，波速为v v，沿波，沿波传播方向上有相距为传播方向上有相距为L L的的P P、Q Q两质点，如图所两质点，如图所示，某时刻示，某时刻P P、Q Q两点都处于平衡位置，且两点都处于平衡位置，且P P、Q Q间仅有一个波峰，经过时间间仅有一个波峰，经过时间t t，Q Q质点第一次运质点第一次运动到波谷，则动到波谷，则t t的可能值有（的可能值有（ ）A A1 1个个B B2 2个个C C3 3个个 D D4 4个个(4) 质点振动质点振动方向的不确

5、定性引起多解问题方向的不确定性引起多解问题例例（1994年上海卷）一列沿x轴传播的简谐波，在x110cm和x2110cm处的两点振动图线分别如图中实线和虚线所示，试求质点振动周期和简谐波的波长。分析：题目只给定了两个质点振动图像还揭示了质点的关系。分析：题目只给定了两个质点振动图像还揭示了质点的关系。x1质点在t0时刻位于正的最大位移处，x2质点此时位于平衡位置且向上振动。但满足此条件的x2位置有许多个，如图乙中的A、B、C等。因此，机械波的波长有多个答案。x1、x2间距要遵循x1x2，从而可得（n0、1、2） 某时刻 p 、 Q在平衡位置且p 、Q之间只有一个波峰，经过一个周期，Q第一次到达

6、波谷，已知：波速V和波长，求：周期，求：周期T=？pQV(5) 条件的不确定性引起多解问题机械波在一个周期内不同时刻图象的形状是不同的，但在相隔时间为周机械波在一个周期内不同时刻图象的形状是不同的，但在相隔时间为周期整数倍的不同时刻图象的形状则是相同的。期整数倍的不同时刻图象的形状则是相同的。机械波的这种机械波的这种周期周期性性必然导致波的必然导致波的传播距离、时间和速度等传播距离、时间和速度等物理量有物理量有多值与之对应。即三个物理量可分别表示为：多值与之对应。即三个物理量可分别表示为：xnxtkTttkTxntxv其中n=0,1,2,3,; k=0,1,2,3,.机械波多解问题中物理量的处

7、理机械波多解问题中物理量的处理解决此类问题时，往往采用从特殊到一般的思维方法，即解决此类问题时，往往采用从特殊到一般的思维方法，即找到一个周期内满足条件的特例，在此基础上，找到一个周期内满足条件的特例，在此基础上，如知时间关系，则加如知时间关系，则加nT；如知空间关系，则加如知空间关系，则加n. 波传播的双向性 在一维的条件下，机械波既可以向x轴正方向传播，又可以向x轴负方向传播，这就是波传播的双向性波沿正负两个方向传播的最短时间之和为一个周期、最短距离之和为一个波长 即t左t右T，x左x右.如图所示，实线为t时刻波形，虚线为tt时刻波形机械波多解问题中物理量的处理机械波多解问题中物理量的处理

8、(2010福建高考福建高考)一列简谐横波在一列简谐横波在t0时刻的波形如图中时刻的波形如图中的实线所示，的实线所示，t0.02 s时刻的波形如图中虚线所示若该时刻的波形如图中虚线所示若该波的周期波的周期T大于大于0.02 s，则该波的传播速度可能是，则该波的传播速度可能是A2 m/s B3 m/s C4 m/s D5 m/s【答案答案】B 例、例、一列横波在一列横波在x x轴上传播轴上传播, ,在在x x=0=0与与x x=1 cm=1 cm的的 两点的两点的振动图线分别如图中实线与虚线所示振动图线分别如图中实线与虚线所示. . 由此可以得出由此可以得出( )( ) A. A.波长一定是波长一

9、定是4 cm4 cm B. B.波的周期一定是波的周期一定是4 s4 s C. C.波的振幅一定是波的振幅一定是2 cm2 cm D. D.波的传播速度一定是波的传播速度一定是1 cm/s1 cm/s 解析解析 这一类题是已知两个质点的振动情况这一类题是已知两个质点的振动情况, ,找找 波长波长、波速的多解波速的多解. . 解题方法是：解题方法是： (1)(1)读出周期读出周期 (2)(2)判断传播方向判断传播方向, ,如果题干没有给出如果题干没有给出, ,则假设向则假设向 右传播、假设向左传播右传播、假设向左传播 (3)(3)找两个质点之间的距离与波长之间的关系找两个质点之间的距离与波长之间

10、的关系, , 画出画出x=0 x=0与与x x=1 =1 cmcm的两点间最简单的波形图的两点间最简单的波形图 此 题 中此 题 中 , , 若 波 向 右 传 播若 波 向 右 传 播 , , 则 两 者 间 距 满 足则 两 者 间 距 满 足 ( (n n+ + )=1 cm.)=1 cm. 若波向左传播若波向左传播, ,则两者间距满足则两者间距满足( (n n+ + )=1 cm.)=1 cm. 则可以求出波长的多解则可以求出波长的多解. . (4) (4)然后利用然后利用v v= = 求波速求波速. . 答案答案 BC4143t 点评点评 以上这类问题属于波的多解问题以上这类问题属于

11、波的多解问题, ,有传播方向不有传播方向不 确定性出现的多解确定性出现的多解, ,有两质点间位置关系不确定有两质点间位置关系不确定 性出现多解性出现多解, ,有传播距离与波长关系不确定性出有传播距离与波长关系不确定性出 现多解现多解, ,还有间隔时间与周期关系不确定出现多还有间隔时间与周期关系不确定出现多 解解. .在处理这类问题时在处理这类问题时, ,要始终抓住质点周期性要始终抓住质点周期性 及其与波的传播之间的联系及其与波的传播之间的联系, ,并要灵活地用周期并要灵活地用周期 数来表示波的传播时间数来表示波的传播时间, ,用波长数来表示波的传用波长数来表示波的传 播距离播距离, ,才便于分

12、析、表达解决问题才便于分析、表达解决问题. . 例例2：如图所示，实线是一列简谐横波在某一：如图所示，实线是一列简谐横波在某一时刻的图象，经过时刻的图象，经过t=0.2 s后这列波的图象如后这列波的图象如图中虚线所示，求这列波的波速图中虚线所示，求这列波的波速. 例例2、设波沿x轴正方向传播，t=0.2 s可能是（n+ ）(n=0,1,2，)个周期 t=(n+ )T1，周期T1= =波速v1= = =5(4n+1) m/s (n=0，1,2，) 设波沿x轴负方向传播，t=0.2 s可能是(n+ )(n=0,1,2，)个周期，即t=(n+ )T2 周期T2= = 波速v2= = =5(4n+3)

13、 m/s(n=0,1，2，).4141)41(nt144nt1Ttn4) 12( 设波沿x轴负方向传播，t=0.2 s可能是(n+ )(n=0,1,2，)个周期， 即 t=(n+ )T2 周期T2= = 波速v2= = =5(4n+3) m/s(n=0,1，2，).4343nt344nt2Ttn4) 14(43多解原因： 波的双向性： 波的传播方向不确定；波的传播方向不确定； 本题还结合：波形变化（传播）的时间与周期的关系不确定例例1. 下图中的实线是一列正弦波在某一时刻的波形曲下图中的实线是一列正弦波在某一时刻的波形曲线。经线。经0.5s后，其波形如图中的虚线所示。设该波的后，其波形如图中的

14、虚线所示。设该波的周期周期T大于大于0.5s。 （1）如果波是向左传播的，波的速度是多）如果波是向左传播的，波的速度是多大？波的周期是多大？大？波的周期是多大？ （2）如果波是向右传播的，波的速度是多）如果波是向右传播的，波的速度是多大？波的周期是多大？大？波的周期是多大？解：（解：（1）如果波是向左传播的，应有）如果波是向左传播的，应有 所以所以 T=4t/(1+4n) (n=0） 由式由式 v=/T 得得 当当n=0时，时，T1=2s,v1=0.12m/s （2）如果波是向右传播的，应有）如果波是向右传播的，应有 t=（n+3/4）T (n=0） 所以所以 T=4t/(3+4n) (n=0

15、） 由式由式 v=/T 得得 当当n=0时，时，T1=2/3s,v1=36m/s （1）波形变化（传播）的时间与周期的关系不确定 （2）波的传播方向不确定本题多解的原因 变形变形1：一列横波沿：一列横波沿x正向传播，在正向传播，在t=0时刻的时刻的波形图如图中实线所示，在波形图如图中实线所示，在t=1s时刻的波形时刻的波形如图中的虚线所示，该波的波速是多少？如图中的虚线所示，该波的波速是多少？ 例例1：解析：解析：由图可出： 如波向x正方向传播，则 ,4cmcmA2sTn1)41(snT144. 3 , 2 , 1 , 0nscmnTv/14. 3 , 2 , 1 , 0n多解原因： （一）波

16、具有周期性 波形变化（传播）的时间与周期的关系不确定 2一列波的波速为一列波的波速为0.5ms，某时刻的波形图，某时刻的波形图如图所示，经过一段时间（小于一个周期）后波如图所示，经过一段时间（小于一个周期）后波形如细线所示，这段时间可能是形如细线所示，这段时间可能是_s或或_s 1，3 3.图示为一列沿图示为一列沿x轴负方向传播的简谐横波，轴负方向传播的简谐横波，实线为实线为t0时刻的波形图，虚线为时刻的波形图，虚线为t0.6 s时时的波形图，波的周期的波形图，波的周期T0.6 s，则（，则（ ） A.波的周期为波的周期为2.4 s B.在在t0.9s时，时，P点沿点沿y轴正方向运动轴正方向运

17、动 C.经过经过0.4s，P点经过的路程为点经过的路程为4m D 4一列波长大于一列波长大于1m的横波沿着轴正方向传的横波沿着轴正方向传播，处在和的两质点、的振动图像如图所示播，处在和的两质点、的振动图像如图所示。由此可知：（。由此可知：（ ） A波长为波长为4m B波速为波速为3m/s C4末、两质点的位移相同末、两质点的位移相同 D2末末A点的振动速度大于点的振动速度大于B点的振动速度点的振动速度A 5一列频率为一列频率为50Hz的横波在的横波在x轴上传播，某轴上传播，某时刻，在时刻，在x=2m的质点的质点A正通过平衡位置向上正通过平衡位置向上运动时，在运动时，在x=8m处的质点恰好处于上

18、方最大处的质点恰好处于上方最大位移处。位移处。(1)设这列波的波长大于设这列波的波长大于6m，若沿，若沿x轴正方向传轴正方向传播播,则波速多大则波速多大?若沿若沿x轴负方向传播，则波速多大轴负方向传播，则波速多大?(2)若这列波的波速为若这列波的波速为240ms,求波的传播方求波的传播方向向 6一列横波在一列横波在x轴上传播，当轴上传播，当t=0和和t=0.005 s时的两波形图如图，求：时的两波形图如图，求：（1）设周期大于（）设周期大于（t2-t1），如果波向右（或），如果波向右（或向左）传播时，波速各为多少？向左）传播时，波速各为多少？ （2）设周期小于（）设周期小于（t2-t1），波速

19、为），波速为6 000 m/s，求波的传播方向。，求波的传播方向。 7：如图实线表示一横波在某时刻的波形图线，虚线是经过0.2s时的波形图线，（1）若波向右传播，求其最大周期；（2）若波向左传播，求其在这段时间内前进的距离；（3）若波传播的速度为35m/s，试判定波传播的方向。123x/my O4-1-2-3-4一、传播方向导致的多解问题一、传播方向导致的多解问题 波源起振后产生的波可以在介质中向四周波源起振后产生的波可以在介质中向四周传播。若题中没有特别注明传播方向，则求解传播。若题中没有特别注明传播方向，则求解时必须讨论其传播方向，从而导致了波的多解时必须讨论其传播方向，从而导致了波的多解

20、问题问题 1. 如图所示，绳中有一列正弦横波，沿如图所示，绳中有一列正弦横波，沿x x轴轴传播，传播， ，b b是绳上两点，它们在是绳上两点，它们在x x轴上的距离轴上的距离小于一个波长，当小于一个波长，当 点振动到最高点时，点振动到最高点时，b b点恰点恰好经过平衡位置向上运动。试在图上好经过平衡位置向上运动。试在图上 、b b之间之间画出波形图。画出波形图。(1)(1)为波沿为波沿x x轴传播时的波形轴传播时的波形(2)(2)为波沿为波沿x x轴传播时的波形轴传播时的波形三、传播时间导致的多解问题三、传播时间导致的多解问题 题目中所给定的时间条件不充分，可能比题目中所给定的时间条件不充分，

21、可能比一个周期长，可能比一个周期短，从而导致了一个周期长，可能比一个周期短，从而导致了多解问题的出现多解问题的出现一列横波在一列横波在x x轴上传播，轴上传播，t t1 10 0和和t t2 20.005s0.005s时时刻的波形分别如图中实线和虚线所示。刻的波形分别如图中实线和虚线所示。（1 1）求这列波的波速；）求这列波的波速；（2 2）若波速为）若波速为6000m6000ms s，求波的传播方向。，求波的传播方向。四、质点振动方向导致的多解问题四、质点振动方向导致的多解问题 质点若处在某一位置，则有向上和向下振质点若处在某一位置，则有向上和向下振动两种可能，质点若处在最大位移，则有正向动

22、两种可能，质点若处在最大位移，则有正向最大位移和负向最大位移两种可能。从而导致最大位移和负向最大位移两种可能。从而导致了问题的多解性了问题的多解性 一列简谐横波向右传播，波速为一列简谐横波向右传播，波速为v v，沿波，沿波传播方向上有相距为传播方向上有相距为L L的的P P、Q Q两质点，如图所两质点，如图所示，某时刻示，某时刻P P、Q Q两点都处于平衡位置，且两点都处于平衡位置，且P P、Q Q间仅有一个波峰，经过时间间仅有一个波峰，经过时间t t，Q Q质点第一次运质点第一次运动到波谷，则动到波谷，则t t的可能值有（的可能值有（ ）A A1 1个个B B2 2个个C C3 3个个 D

23、D4 4个个五、波长大小导致的多解问题五、波长大小导致的多解问题 因题中没有给定波长的确切条件，故引起因题中没有给定波长的确切条件，故引起答案的不确定性导致多解问题答案的不确定性导致多解问题 如图甲所示，一根张紧的水平弹性长绳上的如图甲所示，一根张紧的水平弹性长绳上的 、b b两点，相距两点，相距14.0m14.0m。b b点在点在 点右方，当一点右方，当一列简谐波沿此绳向右传播时，若列简谐波沿此绳向右传播时，若 点位移达到点位移达到正向极大时，正向极大时，b b点位移恰好为零，且向下运动。点位移恰好为零，且向下运动。经过经过1.00s1.00s后，后， 点位移为零，且向下运动，而点位移为零，且向下运动，而b b点的位移恰好达到负向极大，则这列简谐波点的位移恰好达到负向极大，则这列简谐波的波速可能等于的波速可能等于( )( ) 。 A A4.67m4.67ms s B B6m6ms s C C10m10ms s D D14m14ms s