单元机械波.pptx

一、机械波的产生条件及其特点一、机械波的产生条件及其特点1产生条件：产生条件：(1)波源；波源；(2)介质介质第1页/共42页2特点特点(1)机械波传播的只是振动的形式和能量，机械波传播的只是振动的形式和能量，质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动，质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移并不随波迁移(2)介质中各质点的振幅相同，振动周期和介质中各质点的振幅相同，振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同频率都与波源的振动周期和频率相同(3)各质点开始振动各质点开始振动(即起振即起振)的方向均相同的方向均相同(4)一个周期内，质点完成一次全振动，通一个周期内，质点完成一次全振动，通过的路程为过的路程为4A.第2页/共42页二、机械波的分类二、机械波的分类1横波：质点振动方向与波的传播方横波：质点振动方向与波的传播方向垂直的波，有波峰向垂直的波，有波峰(凸部凸部)和波谷和波谷(凹部凹部)2纵波：质点振动方向与波的传播方纵波：质点振动方向与波的传播方向在同一条直线上的波，有密部和疏部向在同一条直线上的波，有密部和疏部第3页/共42页三、波长、波速、频率及其关系三、波长、波速、频率及其关系1波长波长在波的传播方向上，相对平衡位置的位在波的传播方向上，相对平衡位置的位移总是相等的两个相邻的质点平衡位置移总是相等的两个相邻的质点平衡位置间的距离，用间的距离，用表示表示2波速波速波在介质中的传播速度由介质本身的性波在介质中的传播速度由介质本身的性质决定质决定第4页/共42页3频率频率由波源决定，等于波源的振动频率由波源决定，等于波源的振动频率4波长、波速和频率的关系波长、波速和频率的关系(1)公式关系：公式关系：vf.(2)适用条件：对机械波、电磁波均适用适用条件：对机械波、电磁波均适用第5页/共42页 (1)在波的传播过程中，除在波的传播过程中，除波源质点外其他质点均做受迫振动波源质点外其他质点均做受迫振动(2)注意区别振速和波速：振速是质点在注意区别振速和波速：振速是质点在平衡位置附近做周期性运动的速度，时平衡位置附近做周期性运动的速度，时刻在变化波速是波动的传播速度，在刻在变化波速是波动的传播速度，在同一种介质中是不变的同一种介质中是不变的第6页/共42页四、波的图象四、波的图象1物理意义：波在传播过程中各质点在某物理意义：波在传播过程中各质点在某时刻的位移情况时刻的位移情况2振动图象与波的图象的比较振动图象与波的图象的比较 两种两种图象图象振动图象振动图象波的图象波的图象研究对象研究对象一个振动质点一个振动质点沿波传播方向沿波传播方向上的所有质点上的所有质点比较内容比较内容第7页/共42页振动图象振动图象波的图象波的图象图象意义图象意义一质点位移随一质点位移随时间变化规律时间变化规律某时刻所有质点某时刻所有质点相对平衡位置的相对平衡位置的位移位移图象特点图象特点两种图象两种图象比较内容比较内容第8页/共42页振动图象振动图象波的图象波的图象图象信息图象信息(1)振动周期振动周期(2)振幅振幅(3)各时刻质点位各时刻质点位移、速度、加速移、速度、加速度度(包括大小、包括大小、方向方向)(1)波长、振幅波长、振幅(2)任意一质点此刻的任意一质点此刻的位移位移(3)任意一质任意一质点在该时刻加速度点在该时刻加速度方向方向两种图象两种图象比较内容比较内容第9页/共42页振动图象振动图象波的图象波的图象图象变化图象变化随时间推移图随时间推移图象延续，但原象延续，但原有形状不变有形状不变随时间推移，随时间推移，图象沿传播方图象沿传播方向平移向平移一完整曲线一完整曲线对应横坐标对应横坐标一个周期一个周期一个波长一个波长两种图象两种图象比较内容比较内容第10页/共42页 (1)机械波从一种介质进机械波从一种介质进入另一种介质，频率不变，但波速、波入另一种介质，频率不变，但波速、波长都改变长都改变(2)机械波波速仅由介质来决定，固体、机械波波速仅由介质来决定，固体、液体中波速比空气中大液体中波速比空气中大第11页/共42页五、简谐波常见问题分类五、简谐波常见问题分类1由由t时刻波形图画时刻波形图画tt时刻的波形图时刻的波形图(1)平移法：先算出经平移法：先算出经t时间波传播的距时间波传播的距离离xvt，再把波形沿波的传播方向，再把波形沿波的传播方向平移平移x.当当x，即，即xnx时，可时，可采取去整采取去整(n)留零留零(x)的方法只需平移的方法只需平移x即可即可第12页/共42页2横波的传播方向与质点的振动方向横波的传播方向与质点的振动方向的互判方法的互判方法第13页/共42页(1)上下坡法上下坡法沿波的传播速度方向看，沿波的传播速度方向看，“上坡上坡”的点向的点向下振动，下振动，“下坡下坡”的点向上振动，简称的点向上振动，简称“上上坡下，下坡上坡下，下坡上”(如下图所示如下图所示)第14页/共42页(2)同侧法同侧法在波的图上的某一点，沿竖直方向画出一在波的图上的某一点，沿竖直方向画出一个箭头表示质点振动方向，并设想在同一个箭头表示质点振动方向，并设想在同一点沿水平方向画个箭头表示波的传播方向，点沿水平方向画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那么这两个箭头总是在曲线的同侧(如如下图所示下图所示)第15页/共42页(3)逆向描迹法逆向描迹法逆着波的传播方逆着波的传播方向用笔描波形曲向用笔描波形曲线，笔头向上动，线，笔头向上动，质点的振动方向质点的振动方向向上，笔头向下向上，笔头向下动，质点的振动动，质点的振动方向就向下，如方向就向下，如右图所示右图所示第16页/共42页3波的多解性问题波的多解性问题造成波动问题多解的主要因素有造成波动问题多解的主要因素有(1)周期性周期性时间周期性：时间间隔时间周期性：时间间隔t与周期与周期T的的关系不明确关系不明确空间周期性：波传播距离空间周期性：波传播距离x与波长与波长的关系不明确的关系不明确第17页/共42页(2)双向性双向性传播方向双向性：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如：如：a.质点达到最大位移处，则有正向和负质点达到最大位移处，则有正向和负向最大位移两种可能向最大位移两种可能b质点由平衡位置开始振动，则起振方向质点由平衡位置开始振动，则起振方向有向上、向下有向上、向下(或向左、向右或向左、向右)的两种可能的两种可能第18页/共42页c只告诉波速不指明波的传播方向，只告诉波速不指明波的传播方向，应考虑沿两个方向传播的可能应考虑沿两个方向传播的可能d只给出两时刻的波形，则有多次重只给出两时刻的波形，则有多次重复出现的可能等复出现的可能等解决此类问题时，往往采用从特殊到一解决此类问题时，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，如知时间关条件的特例，在此基础上，如知时间关系，则加系，则加nT；如知空间关系，则加；如知空间关系，则加n.第19页/共42页(3)波形的隐含性形成多值解波形的隐含性形成多值解在波动问题中，往往只给出完整波形的在波动问题中，往往只给出完整波形的一部分，或给出几个特殊点，而其余信一部分，或给出几个特殊点，而其余信息均处于隐含状态这样，波形就有多息均处于隐含状态这样，波形就有多种情况，形成相关波动问题的多值解种情况，形成相关波动问题的多值解.第20页/共42页第21页/共42页六、波的干涉和衍射六、波的干涉和衍射1干涉和衍射是波的两个特有的现象干涉和衍射是波的两个特有的现象2波的干涉与波的衍射的比较波的干涉与波的衍射的比较第22页/共42页 定义定义现象现象可观察到可观察到明显现象明显现象的条件的条件相同点相同点波的衍波的衍射射波可以波可以绕过障绕过障碍物继碍物继续传播续传播的现象的现象波能偏波能偏离直线离直线而传到而传到直线传直线传播以外播以外的空间的空间缝、孔或缝、孔或障碍物的障碍物的尺寸跟波尺寸跟波长相差不长相差不多或者小多或者小于波长于波长干涉和干涉和衍射是衍射是波特有波特有特的现特的现象象衍射衍射 和干涉和干涉内容内容第23页/共42页定义定义现象现象可观可观察到察到明显明显现象现象的条的条件件相同相同点点波的干波的干涉涉频率相同频率相同的的两两列波叠加列波叠加，使使某些某些区域区域的振动的振动加强加强，某些某些区域区域的的振动减弱振动减弱振动强弱振动强弱区域相间区域相间分布，加分布，加强区减弱强区减弱区位置不区位置不变变两列两列波的波的频率频率相同相同干涉干涉和衍和衍射是射是波特波特有的有的现象现象衍射衍射和干涉和干涉内容内容第24页/共42页 (1)波的干涉和衍射现象都波的干涉和衍射现象都是波特有的现象，可以帮助我们区别波是波特有的现象，可以帮助我们区别波动和其他运动形式动和其他运动形式(2)任何波都能发生衍射现象，区别在于任何波都能发生衍射现象，区别在于现象是否明显现象是否明显(3)只有符合干涉条件的两列波相遇时才只有符合干涉条件的两列波相遇时才能产生干涉现象能产生干涉现象第25页/共42页第26页/共42页2波源不动：观察者朝向波源以某一速度波源不动：观察者朝向波源以某一速度运动，由于相对速度增大而使得单位时间运动，由于相对速度增大而使得单位时间内通过观察者的完全波的个数增多，接收内通过观察者的完全波的个数增多，接收频率增大了同理可知，当观察者背离波频率增大了同理可知，当观察者背离波源运动时，接收频率将减小源运动时，接收频率将减小3观察者不动：波源朝向观察者以某一速观察者不动：波源朝向观察者以某一速度运动，由于波长变短，而使得单位时间度运动，由于波长变短，而使得单位时间内通过观察者的完全波的个数增多，接收内通过观察者的完全波的个数增多，接收频率亦增大，同理可知，当波源背离观察频率亦增大，同理可知，当波源背离观察者运动时，接收频率将减小者运动时，接收频率将减小第27页/共42页典型考例一典型考例一 波的形式和传播规律波的形式和传播规律 (10分分)在均匀介质中选取平衡位在均匀介质中选取平衡位置在同一直线上的置在同一直线上的9个质点，相邻两质个质点，相邻两质点的距离均为点的距离均为L，如下图甲所示一列，如下图甲所示一列横波沿该直线向右传播，横波沿该直线向右传播，t0时到达质时到达质点点1，质点，质点1开始向下运动，经过时间开始向下运动，经过时间t第一次出现如下图乙所示的波形则该第一次出现如下图乙所示的波形则该波：波：第28页/共42页(1)波长为多少？波长为多少？(2)质点振动的周期为多少？质点振动的周期为多少？【思维通道思维通道】由波的图象读出波长由波的图象读出波长由题中给出的时间关系结合质点的振动由题中给出的时间关系结合质点的振动情况求振动周期情况求振动周期第29页/共42页【解析解析】由图可知该波的波长为由图可知该波的波长为8 8L L，由波的传播方向可推知质点由波的传播方向可推知质点9 9在在t t时刻时刻的振动方向向上，而的振动方向向上，而t t0 0时刻波刚传到时刻波刚传到质点质点1 1时其振动方向是向下的，由此可时其振动方向是向下的，由此可见质点见质点9 9并非是并非是t t时刻波的前沿，由题时刻波的前沿，由题意知意知(b)(b)所示是经所示是经t t时间第一次出现的时间第一次出现的波形，可知波形，可知t t时刻在质点时刻在质点9 9的右侧还应的右侧还应有半个波长的波形未画出来，即经有半个波长的波形未画出来，即经t t波应从质点波应从质点1 1传播到质点传播到质点13.(13.(未画出未画出)(2)(2分分)第30页/共42页第31页/共42页典型考例二典型考例二 波的多解问题波的多解问题 (8分分)如下图所示，实线是某时刻如下图所示，实线是某时刻的波形图象，虚线是的波形图象，虚线是0.2 s后的波形图后的波形图(1)若波向左传播，求它传播的可能距离？若波向左传播，求它传播的可能距离？(2)若波向右传播，求它的最大周期？若波向右传播，求它的最大周期？(3)若波速是若波速是35 m/s，求波的传播方向？，求波的传播方向？第32页/共42页【思维通道思维通道】根据波的可能传播方向根据波的可能传播方向及波的周期性求出波传播的距离和周期，及波的周期性求出波传播的距离和周期，根据根据xvt求出波传播的距离与波长的关求出波传播的距离与波长的关系，从而得出波的传播方向系，从而得出波的传播方向第33页/共42页第34页/共42页第35页/共42页典型考例三典型考例三 波的干涉波的干涉 (10分分)如下图表示两个相干波源如下图表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相产生的波在同一种均匀介质中相遇图中实线表示波峰，虚线表示波谷，遇图中实线表示波峰，虚线表示波谷，c和和f分别为分别为ae和和bd的中点，则：的中点，则：第36页/共42页(1)在在a、b、c、d、e、f六点中，振动加六点中，振动加强的点是强的点是_振动减弱的点是振动减弱的点是_(2)若两振源若两振源S1和和S2振幅相同，此时刻位振幅相同，此时刻位移为零的点是移为零的点是_(3)画出此时刻画出此时刻ace连线上，以连线上，以a为原点的为原点的一列完整波形，标出一列完整波形，标出ce两点两点第37页/共42页【思维通道思维通道】在波形成的干涉图样中，在波形成的干涉图样中，要明确以下四点：要明确以下四点：(1)振动加强区域内各点的振动始终加强振动加强区域内各点的振动始终加强(2)振动减弱区域内各点的振动始终减弱振动减弱区域内各点的振动始终减弱(3)振动加强点的位移时刻在变振动加强点的位移时刻在变(4)振动最弱点有可能一直静止不动振动最弱点有可能一直静止不动(两两列相同波叠加列相同波叠加)第38页/共42页【解析解析】(1)(1)a a、e e两点分别是波谷与波两点分别是波谷与波谷、波峰与波峰相交的点，故此两点为谷、波峰与波峰相交的点，故此两点为振动加强点；振动加强点；c c处在处在a a、e e连线上，且从连线上，且从运动的角度分析运动的角度分析a a点的振动形式恰沿该点的振动形式恰沿该线传播，故线传播，故c c点是振动加强点同理点是振动加强点同理b b、d d是减弱点，是减弱点，f f也是减弱点也是减弱点(3(3分分)(2)(2)因为因为S S1 1、S S2 2振幅相同，振动最强区的振幅相同，振动最强区的振幅为振幅为2 2A A，最弱区的振幅为零，该时刻，最弱区的振幅为零，该时刻a a、e e的中点的中点c c正处在平衡位置，所以位正处在平衡位置，所以位移为零的是移为零的是b b、c c、d d、f f.(3.(3分分)第39页/共42页(3)图中对应时刻图中对应时刻a处在两波谷的交点上，处在两波谷的交点上，即此刻即此刻a在波谷，同理在波谷，同理e在波峰，故在波峰，故a、e中点中点c在平衡位置，所以所对应的波形在平衡位置，所以所对应的波形如图如图(4分分)第40页/共42页【答案答案】(1)a、c、eb、d、f(2)b、c、d、f(3)见解析图见解析图第41页/共42页基础达标训练点击进入链接第42页/共42页