第2单元机械波.ppt

第,2,单元机械波,一、机械波的产生条件及其特点,1,产生条件：,(1),波源；,(2),介质,2,特点,(1),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，并不随波迁移,(2),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,(3),各质点开始振动,(,即起振,),的方向均相同,(4),一个周期内，质点完成一次全振动，通过的路程为,4,A.,二、机械波的分类,1,横波：质点振动方向与波的传播方向垂直的波，有波峰,(,凸部,),和波谷,(,凹部,),2,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,三、波长、波速、频率及其关系1,波长,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间的距离，用,表示,2,波速,波在介质中的传播速度由介质本身的性质决定,3,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,(1),公式关系：,v,f.,(2),适用条件：对机械波、电磁波均适用,(1),在波的传播过程中，除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，在同一种介质中是不变的,四、波的图象,1,物理意义：波在传播过程中各质点在某时刻的位移情况,2,振动图象与波的图象的比较,两种图象,振动图象,波的图象,研究对象,一个振动质点,沿波传播方向上的所有质点,比较内容,振动图象,波的图象,图象意义,一质点位移随时间变化规律,某时刻所有质点相对平衡位置的位移,图象特点,两种图象,比较内容,振动图象,波的图象,图象信息,(1),振动周期,(2),振幅,(3),各时刻质点位移、速度、加速度,(,包括大小、方向,),(1),波长、振幅,(2),任意一质点此刻的位移,(3),任意一质点在该时刻加速度方向,两种图象,比较内容,振动图象,波的图象,图象变化,随时间推移图象延续，但原有形状不变,随时间推移，图象沿传播方向平移,一完整曲线,对应横坐标,一个周期,一个波长,两种图象,比较内容,(1),机械波从一种介质进入另一种介质，频率不变，但波速、波长都改变,(2),机械波波速仅由介质来决定，固体、液体中波速比空气中大,五、简谐波常见问题分类,1,由,t,时刻波形图画,t,t,时刻的波形图,(1),平移法：先算出经,t,时间波传播的距离,x,v,t,，再把波形沿波的传播方向平移,x,.,当,x,，即,x,n,x,时，可采取去整,(,n,),留零,(,x,),的方法只需平移,x,即可,2,横波的传播方向与质点的振动方向的互判方法,(1),上下坡法,沿波的传播速度方向看，,“,上坡,”,的点向下振动，,“,下坡,”,的点向上振动，简称,“,上坡下，下坡上,”,(,如下图所示,),(2),同侧法,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,(,如下图所示,),(3),逆向描迹法,逆着波的传播方向用笔描波形曲线，笔头向上动，质点的振动方向向上，笔头向下动，质点的振动方向就向下，如右图所示,3,波的多解性问题,造成波动问题多解的主要因素有,(1),周期性,时间周期性：时间间隔,t,与周期,T,的关系不明确,空间周期性：波传播距离,x,与波长,的关系不明确,(2),双向性,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,如：,a.,质点达到最大位移处，则有正向和负向最大位移两种可能,b,质点由平衡位置开始振动，则起振方向有向上、向下,(,或向左、向右,),的两种可能,c,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,d,只给出两时刻的波形，则有多次重复出现的可能等,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，如知时间关系，则加,nT,；如知空间关系，则加,n,.,(3),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，波形就有多种情况，形成相关波动问题的多值解,.,六、波的干涉和衍射,1,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,定义,现象,可观察到明显现象的条件,相同点,波的衍射,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,缝、孔或障碍物的尺寸跟波长相差不多或者小于波长,干涉和衍射是波特有特的现象,衍射,和干涉,内容,定义,现象,可观察到明显现象的条件,相同点,波的干涉,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,振动强弱区域相间分布，加强区减弱区位置不变,两列波的频率相同,干涉和衍射是波特有的现象,衍射,和干涉,内容,(1),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动和其他运动形式,(2),任何波都能发生衍射现象，区别在于现象是否明显,3),只有符合干涉条件的两列波相遇时才能产生干涉现象,2,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,典型考例一 波的形式和传播规律,(10,分,),在均匀介质中选取平衡位置在同一直线上的,9,个质点，相邻两质点的距离均为,L,，如下图甲所示一列横波沿该直线向右传播，,t,0,时到达质点,1,，质点,1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波：,(1),波长为多少？,(2),质点振动的周期为多少？,【,思维通道,】,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情况求振动周期,【,解析,】,由图可知该波的波长为,8,L,，由波的传播方向可推知质点,9,在,t,时刻的振动方向向上，而,t,0,时刻波刚传到质点,1,时其振动方向是向下的，由此可见质点,9,并非是,t,时刻波的前沿，由题意知,(b),所示是经,t,时间第一次出现的波形，可知,t,时刻在质点,9,的右侧还应有半个波长的波形未画出来，即经,t,波应从质点,1,传播到质点,13.(,未画出,)(2,分,),典型考例二 波的多解问题,(8,分,),如下图所示，实线是某时刻的波形图象，虚线是,0.2 s,后的波形图,(1),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？,(3),若波速是,35 m/s,，求波的传播方向？,【,思维通道,】,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，根据,x,vt,求出波传播的距离与波长的关系，从而得出波的传播方向,典型考例三 波的干涉,(10,分,),如下图表示两个相干波源,S,1,、,S,2,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，,c,和,f,分别为,ae,和,bd,的中点，则：,(1),在,a,、b,、,c,、,d,、,e,、,f,六点中，振动加强的点是,_,振动减弱的点是,_,(2),若两振源,S,1,和,S,2,振幅相同，此时刻位移为零的点是,_,(3),画出此时刻,ace,连线上，以,a,为原点的一列完整波形，标出,ce,两点,【,思维通道,】,在波形成的干涉图样中，要明确以下四点：,(1),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,(3),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,(,两列相同波叠加,),【,解析,】,(1),a,、,e,两点分别是波谷与波谷、波峰与波峰相交的点，故此两点为振动加强点；,c,处在,a,、,e,连线上，且从运动的角度分析,a,点的振动形式恰沿该线传播，故,c,点是振动加强点同理,b,、,d,是减弱点，,f,也是减弱点,(3,分,),(2),因为,S,1,、,S,2,振幅相同，振动最强区的振幅为,2,A,，最弱区的振幅为零，该时刻,a,、,e,的中点,c,正处在平衡位置，所以位移为零的是,b,、,c,、,d,、,f,.(3,分,),(3),图中对应时刻,a,处在两波谷的交点上，即此刻,a,在波谷，同理,e,在波峰，故,a,、,e,中点,c,在平衡位置，所以所对应的波形如图,(4,分,),【,答案,】,(1),a,、,c,、,e,b,、,d,、,f,(2),b,、,c,、,d,、,f,(3),见解析图,基础达标训练,点击进入链接,