高中物理-选修3-4-第二章-机械波-【精品】.ppt

第四章 机械波,,,机 械 波,形成,特点,特性,,,,条件：同时存在振源和介质,分类：横波与纵波 质点振动方向与波的传播方向关系 绳波、声波,机械波向外传播是振动形式，介质中各质点不随波发生迁移．,,波在传播振动形式的同时也传递能量波的反射、折射 惠更斯原理,波的叠加,波的干涉,多普勒效应,波的叠加原理、波的干涉、衍射,描述,物理量：v=λf =Δx/Δt,图像：表示方法、物理意义、图象应用、与振动图象的区别,,,波的衍射,2.产生条件：同时存在波源和介质．,波源——保持持续振动的物体（内因）,1.形成：机械振动在介质中的传播，形成机械波．,介质——借以传播波的物质（外因）,横波：V振⊥V传 波峰、波谷 纵波： V振∥V传 疏部、密部,3.波的分类：,一、机械波的形成和传播特点,4、机械波传播的特点,(1)机械波传播时，介质中各质点只是在各自的平衡位置附近振动，质点本身并不随波迁移3)沿着波的传播方向，后一质点落后并重 复前一质点的振动 2)各质点都做受迫振动，振动周期和波源的振动周期相同各质点的起振方向与振源的起振方向相同4)波传播的是振动的形式，同时也能传递能量和信息。

5)在同一种均匀介质中，质点的振动是变速的，波的传播是匀速的二、机械波的描述,1、波长：对平衡位置的位移总是相同的两个相邻质点间的距离,,,（一）描述波的特征的物理量,相距λ的整数倍的两个质点振动步调总是一致,相距λ/2的奇数倍的两个质点振动步调总是相反,每经过一个波长的距离，出现一个振动情况完全相同的质点，因此波长描述了波传播过程中的空间上的周期性（重复性）说明：,,说明：（1）机械波的波速由介质决定，周期（或频率）由振源决定 （2）上述关系式对其他形式的波也成立4、波长、周期（频率）和波速的关系,波的周期T 等于 波源振动的周期，也等于各质点的振动周期2、波的周期（或频率）：,振源的振动形式在介质中的传播速度3、波速V ：,2.纵坐标表示,平衡位置,（二）波的图象,1.横坐标表示,在波传播方向上各质点的平衡位置,某时刻各质点偏离平衡位置的位移,3. 物理意义：,4.图象信息：,,反映某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移规律,（1）该时刻各质点的位移x、 振幅A、以及该波的波长λ,（2）已知波速的大小可求周期,（3）若知道波的传播方向，可判断各质点的振动方向,（4）已知波速的大小和方向，可画其他时刻的波形图,,,,,,,①比喻为一质点的“传记记录卡” ②比喻为一个质点的“录像带”,①比喻为无数质点某一时刻的“特写镜头” ②比喻为无数质点某一时刻拍摄的“照片”,定义：波可以绕过障碍 物继续传播的现象．,缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小，S障≤λ波,发生明显衍射的条件：,2.波的衍射：,3.波的干涉：,定义：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，而且振动加强和振动减弱的区域相互隔开的现象叫做波的干涉．,产生稳定干涉的条件：,频率相同、相位差恒定。

波的干涉图样平面图：,振动加强,振动加强,振动加强,振动加强,振动减弱,振动减弱,振动减弱,加强减弱点的分析：,若两个波源的振动步调相同 ： （1）加强区：波程差为波长的整数倍 △r=r2-r1=kλ （k=0,±1，±2，…） （2）减弱区：波程差为半波长的奇数倍： △r=r2-r1=(2k+1)λ/2 （k=0,±1，±2，…）,加强点和减弱点满足的条件：,若两个波源的振动步调相反： （1）减弱区：波程差为波长的整数倍 △r=r2-r1=nλ （n=0,±1，±2，…） （2）加强区：波程差为半波长的奇数倍： △r=r2-r1=(2n+1)λ/2 （n=0,±1，±2，…）,,4、多普勒效应,定义：由于波源和观察者互相靠近或者互相远离时，使观察者接收到的波频率发生变化的现象叫做多普勒效应相对运动与频率的关系：,,多普勒效应的应用：,等于,大于,小于,,惠 更 斯,C.Huygens,荷兰物理学家,(1629-1695),四、惠更斯原理,介质中任一波面上的各点， 都可以看做发射子波的波源其后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面惠更斯原理的应用：,1、如右图所示为一横波在某一时刻的波形图。

已知F质点此时的运动方向如图所示，则 （ ）,A：波向右传播 B：质点H与质点F的 的运动方向相同 C：质点C比质点B先回到平衡位置 D：质点C在此时的加速度为零,C,典型例题：,2、如图所示，是某一向左传播的横渡在某时刻的图像，从该时刻开始的一段极短时间内，这列波中质点A、B的速度及加速度的大小变化情况是 ( ) A．vA变小，aA变大 B．vA变大，aA变小 C．vB变小，aB变大 D．vB变大，aB 变小,AD,3．关于简谐波说法正确的是（ ） A．两个振动情况完全相同的质点之间的距离是一个波长 B．相邻波峰和波谷之间的距离是半个波长 C．波动在一周期内向前传播的距离等于波长 D．在一个周期内质点所走过的路程等于一个波长,C,,4.关于v=fλ和v=λ/T说法正确的是（ ） A.它们适用于一切波（包括电磁波、光波） B.同一列波在传播过程中，从一种介质进入另 一种介质时f保持不变 C.由v=fλ可以看出，波速与频率成正比 D.由两式得出不同的波在同一种介质中传播 时，波长和频率成反比，与周期成正比 E.波速反映了介质中质点振动的快慢 F.波速反映了振动在介质中传播的快慢,ABDF,5、下列说法正确的是（ ） A.衍射是一切波特有的现象 B.对同一列波，障碍物或孔越小衍射越明显 C.听到回声是声波的衍射现象 D.听到回声是共鸣现象,A B,6、如图所示，一列简谐横波沿x轴正方向传播，从波传到x=5m的M点时开始计时，已知P点相继出现两个波峰的时间间隔为0.4s，下面说法中正确的是 ( ),A．这列波的波长是4m B．这列波的传播速度是10m/s C．质点Q（x=9m）经过0.5s才第一次到达波峰 D．M点以后各质点开始振动时的方向都是向下,ABD,7、一列简谐横波沿x轴负方向传播，图甲是t=1s时的波形图，图乙是波中某振动质元位移随时间变化的振动图线(两图用同一时间起点)，则图乙可能是图甲中哪个质元的振动图线 ( ) A. x=0处的质元 B. x=1m处的质元 C. x=2m处的质元 D. x=3m处的质元,,A,8、如图所示，A是波源，各相邻质点间的距离皆为1m，当t=0时，A开始向上振动，经0.1s到最大位移处，此时波传到C质点，则( ),A. 波的传播速度是10m/s，周期为0.4s B．波的频率是2.5Hz，波长是4m C．再经0.2s，波传播到G点，F点在最大位移处 D．波传播到J点时，其历时0.45s，质点H 在最大位移处,D,,波可能向右传，也可能向左传，又因为△t小于一个周期，所0.05s=1/4T或0.05s=3/4T,解析：由图可知波长λ=4m，振幅等于0.2m,所以频率f =5Hz或15Hz，由v=fλ可知v =20m/s或60m/s,A D,9．一列简谐横波沿x轴传播，t=0时刻的波形如图实线所示，经过△t=0.05s后的波形如图虚线所示。

已知△t小于一个周期，则（ ） A．这列波的波长是4m B．这列波的振幅是0.4m C．这列波的波速一定是20m/s D．这列波的频率可能是15Hz,10.如图示，一列向右传播的简谐横波，波速的大小为0.6m/s，P质点横坐标xp=0.96m，从图中状态开始计时，求：,,,,解析：(1)P点第一次达到波谷的时间,就是初始时刻x坐标为0.18m处的质点的振动状态传到P点所用的时间.,(2)P点第二次达到波峰的时间等于初始时刻x坐标为0.06m处的质点的振动状态传到P点所用的时间与一个周期之和.,（1）经过多长时间，P质点第一次到达波谷？（2）经过多长时间，P质点第二次达到波峰？,专题讲座 专题一 已知波的传播方向(或质点的振动方向) 判断质点的振动方向(或波的传播方向) 1.已知波的传播方向判断质点的振动方向 【例1】一列波形图如图所示, 波沿x轴正方向传播,则P点和 Q点的振动方向向哪？ 解法一,特殊点法： 在质点P靠近波源一方附近(不超过 )图象上找 另一点P′,若P′在P上方,则P向上运动,若P′ 在P下方,则P向下运动.(即“顺着波的传播方向, 下山抬头,上山低头”).如图所示,所以P点向上 振,Q点向下振.,解法二,微平移法： 做出经微小时间Δt(Δt )后的波形,就可知各 质点经过Δt时间到达的位置,各质点的振动方向即可确定,如图乙所示,所以也同样能得到P点是 在向上振,Q点在向下振. 答案 见解析,2.已知质点的振动方向判断波的传播方向 【例2】一列简谐横波沿x轴传播,波速为10 m/s, t=0时刻的波形如图所示,图中质点M此时正 经过平衡位置沿y轴正方向运动. (1)判断波的传播方向. (2)求质点M从t=0到t=0.5 s时刻通过的路程. (3)在图乙中画出t=0.5 s时刻的波形图.,解析 (1)波的传播方向向左. (2)由题意可知,v=10 m/s,λ=4 m,A=10 cm 所以T= =0.4 s t= T 解得s= ×4×10 cm=50 cm (3)t=0.5 s时刻的波形如下图所示 答案 (1)向左 (2)50 cm (3)见解析,点评 1.波的传播方向和波上质点的振动方向可以相 互判断,常用的方法有质点带动法、微平移 法、上下坡法等. 2.每一个质点的起振方向都跟波源的起振方向 相同. 3.对于起始时刻在平衡位置或最大位移处的质 点,Δt时间内的路程为s=n·4A(n为完成全振 动的次数,n= ,A为振幅),专题二 波动的多解问题 【例3】一列横波在x轴上传播,在x=0与x=1 cm的 两点的振动图线分别如图中实线与虚线所示. 由此可以得出 ( ) A.波长一定是4 cm B.波的周期一定是4 s C.波的振幅一定是2 cm D.波的传播速度一定是1 cm/s,解析 这一类题是已知两个质点的振动情况,找 波长、波速的多解. 解题方法是： (1)读出周期 (2)判断传播方向,如果题干没有给出,则假设向 右传播、假设向左传播 (3)找两个质点之间的距离与波长之间的关系, 画出x=0与x=1 cm的两点间最简单的波形图 此题中,若波向右传播,则两者间距满足 (n+ )λ=1 cm. 若波向左传播,则两者间距满足(n+ )λ=1 cm. 则可以求出波长的多解. (4)然后利用v= 求波速. 答案 BC,点评 以上这类问题属于波的多解问题,有传播方向不 确定性出现的多解,有两质点间位置关系不确定 性出现多解,有传播距离与波长关系不确定性出 现多解,还有间隔时间与周期关系不确定出现多 解.在处理这类问题时,要始终抓住质点周期性 及其与波的传播之间的联系,并要灵活地用周期 数来表示波的传播时间,用波长数来表示波的传 播距离,才便于分析、表达解决问题.,专题三 振动和波动的综合 【例4】在某介质中形成一列向 右传播的简谐波,t=0时刻的波 形如图所示且刚好传到质点 B,再经过Δt1=0.6 s,质点P也 开始起振. (1)求该列波的周期T. (2)从t=0时刻起经时间Δt2质点P第一次达到波 峰,求t=Δt2时刻质点O对平衡位置的位移y0及 Δt2时间内质点O所经过的路程s0.,解析 (1)波速v= m/s=10 m/s 由v= ,得T= =0.2 s (2)由t=0至质点P第一次到达波峰止，经历的 时间 Δt2=Δt1+ T=0.75 s=(3+ )T 而t=0时质点O的振动方向竖直向上(沿y轴正方 向),故经Δt2时间,质点O振动到波谷,即y0= -2 cm s0=n·4A=(3+ )×4A=0.3 m 答案 (1)0.2 s (2)-。