高中物理人教选修34课件12机械波本章整合

1、-1-,本章整合,知识网络,专题突破,产生条件,:(,1,),波源,(,振源,),(,2,),介质,二者缺一不可,传播特点,:,传播的是运动形式、能量、信息,质点并不随波迁移,分类,横波,:,质点的振动方向与波的传播方向垂直,纵波,:,质点的振动方向与波的传播方向共线,描述,波的图象,可获取的信息,与振动图象的区别,物理量,:,?,、,?,、,?,关系,:,?,=,?,?,=,?,?,决定因素,:,?,只由振源决定,?,由介质决定,现象及应用,反射,折射,解释,:,惠更斯原理,干涉,条件,:,频率相同的两列波,现象,:,加强区域、减弱区域相互间隔,衍射,条件,:,障碍物或孔的尺寸比波长小或相差

2、不多,现象,:,绕过障碍物或小孔传到阴影区,声波,:,闻其声不见其人,波特有的现象,多普勒效应,条件,:,波源与观察者间有相对运动,现象,:,感受到的波的频率发生了变化,专题突破,知识网络,专题一,专题二,专题一,机械波的多解问题,1,.,方向性不确定形成多解,波总是由波源发出并由近及远地向前传播。波在介质中传播时,介质中各质点的振动情况依据波的传播方向是可以确定的,反之亦,然。但是,根据题中的已知条件不能确定波的传播方向或者不能确,定质点振动方向时,就会出现多解。然而同学们在解题时往往凭着,主观意向,先入为主地选定某一方向为波的传播方向或质点振动方,向,这样就漏掉一个相反方向的可能性解。,专

3、题突破,知识网络,专题一,专题二,【例,1,】,有一列沿水平方向传播的简谐横波,频率为,10 Hz,沿竖,直方向振动,当绳上的质点,P,到达其平衡位置且向下运动时,在其右,方相距,0,.,6 m,处的质点,Q,刚好到达最高点,求波的传播方向和波速。,点拨,:,由于题干中没有明确波的传播方向,故在求解时应根据波,可能的传播方向讨论求解。,解析,:,由题意可以作出一个周期内,P,、,Q,两质点可能的波形示意,图,波可以向左传播,也可以向右传播,如图所示,甲、乙分别表示波,向右和向左传播时的基本波形。,专题突破,知识网络,专题一,专题二,由于波的空间周期性,P,、,Q,间波形有两种情况,:,当波向右

4、传播时,当,P,、,Q,两点相差,?,+,1,4,个周期时,s,PQ,=,?,+,1,4,?,(,?,=,0,1,2,),=,3,5,?,+,1,4,=,12,5,(,4,?,+1,),(,?,=,0,1,2,),v=,f,=,24,4,?,+1,(,?,=,0,1,2,),当波向左传播时,当,P,、,Q,两点相差,?,+,3,4,个周期时,s,PQ,=,?,+,3,4,?,(,?,=,0,1,2,),=,3,5,?,+,3,4,=,12,5,(,4,?,+3,),(,?,=,0,1,2,),v=,f,=,24,4,?,+3,(,?,=,0,1,2,),。,专题突破,知识网络,专题一,专题二,

5、答案,:,若波向右传播,v,=,24,4,?,+1,(,?,=,0,1,2,),若波向左传播,v,=,24,4,?,+3,(,?,=,0,1,2,),专题突破,知识网络,专题一,专题二,2,.,时间、距离不确定形成多解,沿着波的传播方向,相隔一个波长的连续两个相邻的质点振动的,步调是完全相同的,;,在时间上相隔一个周期的前后两个相邻时刻的,波形图线是完全相同的。所以,当题中已知条件没有给定波传播的,时间,(,波传播的时间,t,与周期,T,之间的关系不确定,),或是没有给定波,的传播距离,(,波的传播距离,s,与波长,之间的关系不确定,),就会出现,多解现象。同学们在解题时经常只分析传播时间,t

6、,小于,T,(,或波传,播距离,s,小于波长,),的特解情况,从而造成特解代替通解的漏解现,象。,专题突破,知识网络,专题一,专题二,【例,2,】,一列简谐横波沿直线由,a,向,b,传播,相距,10,.,5 m,的,a,、,b,两,处的质点振动图象如图所示,则,(,),A.,该波的振幅可能是,20 cm,B.,该波的波长可能是,8,.,4 m,C.,该波的波速可能是,10,.,5 m/s,D.,该波由,a,传播到,b,可能历时,7 s,点拨,:,题干中,a,、,b,两点之间的距离与波长的关系不确定,所以根,据题给条件寻求,a,、,b,间距与波长所满足的关系是求解问题的关键。,专题突破,知识网络

7、,专题一,专题二,解析,:,由图象知振幅一定为,10 cm,所以,A,错误。在,t=,0,时质点,a,位于波谷位置,质点,b,位于平衡位置且向,y,轴正方向运动,又由于简,谐波由,a,向,b,传播,所以,n,+,3,4,?,=,10.5,m(,其中,n=,0,1,2,),则波长,不可能是,8,.,4 m,B,错误。波速,v,=,?,?,=,42,4,(,4,?,+3,),m/s,所以波速,v,不可能,是,10,.,5 m/s,C,错误。波由,a,传播到,b,所用时间,t,=,?,?,=,10,.,54,(,4,?,+3,),42,s,=,(4,n+,3) s,所以,t,可能是,7 s,。,答案

8、,:,D,专题突破,知识网络,专题一,专题二,3,.,两质点间关系不确定形成多解,在波的传播方向上,如果两个质点间的距离不确定或者两者相位,之间关系不确定,就会形成多解。若不能联想到所有可能情况,就,会出现漏解。,专题突破,知识网络,专题一,专题二,【例,3,】,一列简谐横波向右传播,波速为,v,沿波传播方向上有相,距为,l,的,P,、,Q,两质点,如图所示,某时刻,P,、,Q,两质点都处于平衡位,置,且,P,、,Q,间仅有一个波峰,经过时间,t,Q,质点第一次运动到波谷。,则,t,的可能值有,(,),A.1,个,B.2,个,C.3,个,D,.4,个,点拨,:,本题的关键是要全面分析,P,、,

9、Q,间仅有一个波峰的所有可,能情况,求出每一种情况对应的波长,进而求出周期,T,然后再来确定,t,与周期,T,的关系。,专题突破,知识网络,专题一,专题二,解析,:,由题中条件可知,P,、,Q,间的波形有如图所示四种且均向右,传播,:,对于图,(1),=,2,l,Q,点振动到波谷需时间,t,=,3,4,?,=,3,4,?,?,=,3,4,2,?,?,=,3,?,2,?,;,对于图,(2),=l,Q,点振动到波谷需时间,t,=,1,4,?,=,1,4,?,?,=,?,4,?,;,对于,图,(3),=l,Q,点振动到波谷需时间,t,=,3,4,?,=,3,4,?,?,=,3,?,4,?,;,对于图

10、,(4),=,2,3,?,?,点振动到波谷需时间,t,=,1,4,?,=,1,4,?,?,=,1,4,2,?,3,?,=,?,6,?,。,综上可知,t,的可能值有,4,个。,答案,:,D,专题突破,知识网络,专题一,专题二,专题二,t,前后波形的画法,1,.,t,后波形的画法,(1),平移法,(,如画图中,t,时间后的波形,),原理,:,波传播的是运动形式,即波形的传播。,方法与步骤,:,a.,算出波在,t,时间内传播的距离,:,x=v,t,=,?,?,t,。,b.,把波形沿波的传播方向平移,x,如图所示的,图象。,c.,然后将图线向反方向顺沿即可,如图中虚线部分。,专题突破,知识网络,专题一

11、,专题二,(2),特殊点法,(,如画图中,t,时间后的波形,),原理,:,参与波动的介质质点都在各自的平衡位置振动,并不随,波迁移。,专题突破,知识网络,专题一,专题二,a.,取平衡位置相距为,?,4,的两个特殊点,(,最大位移处与平衡位置处,),为研究对象。,b.,根据图示时刻质点的振动方向,判定出,t,(,通常要算出,?,?,=,?,的值,),时间后两质点的位置。,c.,过这两位置画出正弦图象即可,如图所示,假设,t,=,3,4,?,?,后波形如图中,所示。,方法与步骤,:,2,.,t,前波形的画法,如果运用平移法,只需将波形逆着波的传播方向推进,;,如果运用,特殊点法,只需沿着质点振动的

12、反方向找,t,后的质点位置,其他做法,不变。,专题突破,知识网络,专题一,专题二,温馨提醒,(1),根据波形呈空间周期性的特点。当波向前推进为波,长整数倍时,波形同原来相同,所以实际作图时通常采取去整,(,波长,整数倍部分,),留零,(,不到一个波长的部分,),的方法去处理。,(2),平移后的波形,图象的前半部分要出现,“,残缺,”,一定要注意把,图象补画完整。,专题突破,知识网络,专题一,专题二,【例,4,】,如图甲所示,一列简谐横波在,t=,0,.,2 s,时的波形,其中原点,是波源,图乙是波上某一点,P,的振动图象。,(1),求波速,并说明,P,质点的位置,;,(2),画出,t=,0,.

13、,4 s,和,t=,0,.,55 s,时的波形。,点拨,:,由题图可直接读出波长,、周期,T,便可算出波速,可选用特,殊点振动法或平移法来确定,t=,0,.,4 s,和,t=,0,.,55 s,时的波形。,专题突破,知识网络,专题一,专题二,解析,:,(1),由题图甲知波长,=,4 m,由题图乙知周期,T=,0,.,2 s,所以波,速,v,=,?,?,=,20,m/s,。由题图乙知,0,.,2 s,时,P,质点经过平衡位置正向上,运动,且它已振动了一个周期,所以它应是图甲中的波源,其横坐标,x=,0,。,(2),t=,0,.,4 s,时,从题图甲算,t,1,=,0,.,2 s,=T,波形正好向右平移了一个,波长,