高三物理第十二章《机械波》教案(新人教版选修34)

机械波习题课第1课时一、教课目的1．经过本节习题课的复习，进一步熟习全章的基本内容，提高解决问题的能力。2．本章要求同学们：①理解机械波的产生，知道机械波流传的物理实质。②理解波的图象的物理意义，能够利用波的图象解决实质问题。③知道什么是波的波长、周期（频次）和频次，以及波长、周期（频次）和波速的关系，理解它们的决定要素。④知道什么是波的衍射和干预，知道产生衍射和干预的条件。⑤知道什么是多普勒效应，并能利用多普勒效应解说简单的生活现象。二、复习要点：波的三大关系的综合应用:①波的图象、质点振动方向和波的流传方向之间的关系；②波长、周期（频次）和波速的关系v=λ/T或v=λf；③空间距离和时间的关系s=vt.三、教课方法：复习发问，讲练联合，课件演示四、教具教案，计算机，大屏幕，课件五、教课过程（一）知识回首Ⅰ机械波的形成机械振动在介质中的流传叫机械波，形成机械波要有机械振动做为波源，还要有流传机械波的介质，机械波是经过介质将振动的形式和能量流传出去，波源和介质是形成机械波的必需条件。机械波流传的是波源的运动形式和波源供给的能量，介质中的各个质点并无随波迁徙。从局部看，介质中的各个质点都在各自的均衡地点邻近振动，从整体看，介质中距波源较近的质点先振动，而且带动距波源较远的质点随之振动，向外流传波源的运动形式和波源供给的能量。介质中的各质点都做受迫振动，所以介质中各质点振动的周期和频次都与波源的振动周期和频次相同，这个周期和频次就叫做机械波的周期和频次，波的流传是需要时间的，在波传播过程中，介质中各个质点振动的周期和频次是相同的，但它们振动的步伐不一样，在波流传方向上后边的质点老是追随前面质点的振动，其步伐总比前面质点滞后一些。机械波分横波和纵波两种，介质中各质点振动方向与波的流传方向垂直的波叫横波，介质中各质点的振动方向与波的流传方向在同向来线上的波叫纵波。Ⅱ描绘波的物理量──波长，周期（频次）和波速波长的意义可从两个角度去理解，反应了研究波的两种方法，从振动的角度来讲，两个相邻的，在振动过程中对均衡地点的位移老是相等的质点间的距离叫波长，如相邻的两个波峰或波谷间的距离就是一个波长，从波流传的角度来讲，振动在一个周期里在介质中流传的距离等于一个波长。波的周期和频次就是介质中各个点振动的周期和频次，它等于波源的周期和频次，波的周期和频次与波流传的介质没关并在波流传过程中保持不变。波流传振动这类运动形式，某一时刻，介质中的A点处在波峰（或振动的某一地点），跟着波的流传，能够看到波峰沿着波的传播方向挪动，经过一段时间介质B点达到波峰，即振动由A传到B点，波流传的距离和全部时间的比叫波速。由波长意义能够得出波的公式：，它是表示波流传规律的一个基本公式，在机械波中，波的周期和频次由波源的周期和频次决定，在波流传过程中是不变的，波速是由介质的性质决定的，不一样介质波速不一样。波从一种介质进入另一种介质时，周期和频次不变，波长与波在介质中的波速成正比。Ⅲ波的图象波在介质中流传时，介质中不一样质点的位移随时间变化的状况是不一样的，介质中某一点的振动位移既跟时间相关，又跟它距波源的距离相关，为了表示波在介质中的流传状况，往常选定某一时刻，用纵坐标表示该时刻各个质点走开均衡地点的位移，横坐标表示介质中各个质点的均衡地点，用光滑的曲线连结此时刻各质点位移矢量的尾端，这就是该时刻波的图象。波的图象是一条正弦或余弦曲线，从波的图象中能够看出：在波的流传方向上的介质中各点在某时刻走开均衡地点的位移；波的波长；介质中各质点振动的振幅，若知道波的流传速度，则可由波的公式，求出波的周期和频次。波的流传拥有时间的周期性和空间的周期性，时间的周期性是指每隔一个周期或一个周期整数倍的时间，波形老是重复出现的，这是因为每隔一个周期整数倍的时间，介质中各个质点振动状况总是重复的；空间的周期性是指沿波的流传方向上每隔一个波长整数倍的距离的质点振动状况老是相同的，所以假如将波的图象沿着波的流传方向平行挪动一个波长的整数倍距离，波形也是相同的。Ⅳ波的干预和衍射，波的干预和衍射是波独有的现象波的干预是频次相同的两列波叠加，使介质中某些地区的振动增强，某些地区的振动减弱，而且振动增强的减弱的地区相互间隔，形成稳固散布的现象。波的衍射是波绕过阻碍物偏离直线流传的现象，阻碍物或孔的尺寸比波长小，或跟波长差不多时，才有比较明显的衍射现象。Ⅴ多普勒效应因为波源或察看者相对于介质有相对运动时，察看者所接收到的波频次有所变化的现象就叫做多普勒效应．多普勒效应是颠簸过程所拥有的共同特征，不单声波（机械波）有多普勒效应，光波也拥有多普勒效应。（二）例题精讲【例1】如图1所示，一列沿x轴正方向流传的机械横波在某一时刻的图象，从图中可看出这列横波的振幅是______米，波长是_______米，P点处的质点在此时刻的运动方向是________。剖析解答：从波的图象可直接读出振幅

0.04-0.04图10.04m，波长2m，判断P处质点此时刻的运动方向有两种方法：其一是前质点带动后质点振动法，离波源较远的后质点总要追随，模仿离波源较近的前质点的振动，不过其振动步伐比前质点滞后一些，从图1中看出，波沿x轴正方向流传，介质中的A点与P点对比，A是前质点，P是后质点，相差λ/4距离，P质点经过T/4时间将抵达A质点此刻的地点处，由此判断出P质点是向y轴正方向运动的。其二是波形平移法，如图1所示，将原波形（实线）沿波的流传方向推动一段很小距离获得推动后的波形（虚线），比较质点在原波形上的地点P和在推后波形上的地点P’，明显原在P处的质点抵达了P’处，相同得出此时刻在P处的质点是沿正方向运动的。评论：依据波的图象可直接读出该时刻介质中各质点对均衡位置的位移，质点振动的振幅和波长，要娴熟掌握依据波流传方向，判断质点振动方向可有两种基本方法、即前质点带动后质点振动法和波形平移法，依据质点的振动方向判断波流传方向，可采纳上述相反的方法判断。【例2】如图2所示，a、b是水平绳上的两点，相距42厘米，一列正弦波沿绳流传，方向从a到b，每当a点经过均衡地点向上运动时，b

点正好抵达上方最大位移处，

则此波的波长可能是（

）A.168

厘米

B.184

厘米

C.56

厘米

D.24

厘米剖析解答：题中给出，每当a点经过均衡地点向上运动时，b点正好抵达上方最大位移处，则ab间距离为3λ/4或或，如图2所示，写出通式，(k=0,1,2)，由此可获得波长的可能值：当长最大值，k=1时，λ=24

k=0时，42=厘米，故此题选项

，λ=56厘米，此为波C、D都正确。图

2评论：由质点振动的周期性和波速、波长、频次的关系v=lf，将致使求解波的问题中，波速、波长、频次（周期）的多解问题，此题是在已知波流传方向的状况下议论波长的多解问题，若不知传播方向，还要议论波沿反方向流传时波长的可能值，将两个方向传播时，波长的可能值含在一同才是完好的，不然，将漏解。【例3】如图3所示，实线是一列简谐波在某一时刻的波形图，虚线是0.2S后它的波形图，这列波可能的流传速度是_________。剖析解答：从图中先读出λ=4m，因为此题没有给出波流传方向，所以波向x轴正方向和波向x轴反方向流传两种状况都要考虑。⑴设波沿x轴正方向流传，则由图可知，在t=0.2S时间内，图中实线波形向右挪动,,，可获得虚线波形图，则波流传的距离可能值为，（n=0,1,2），波流传速度的可能值为，n=0,1,2。此题还能够经过剖析介质中各质点振动状况，求出波的可能周期或频次，利用波长、波速、频次（周期）的关系获得波的流传速度，图中实线波形变为虚线波形需经过(n+)T时间，则(n+)T=t=0.2S，可能的周期值为T=t/(n+)，可能的波速值为v=λ/T=λ(n+)/t=20(n+)(m/S)，n=0,1,2。⑵设波沿x轴负方向流传，图中实线波形向左挪动,,可获得虚线波形，则波流传距离可能值为S=(n+)λ，(n=0,1,2)，波流传速度的可能值为n=0,1,2。图中实线波形变为虚线波形，可能的周期值为T=t/(n+)，可能波速值为v=λ/T=λ(n+)/t=20(n+)(m/S)，n=0,1,2。评论：从此题剖析解答能够看出，在波流传过程中，假如没有条件限制，其波速有多解性，解题时必定要仔细剖析，不要发生漏解。第2课时【例4】如图4所示，是一列简谐横波在t=0时刻的波形图，而且此时波沿x轴正方向流传到x=2.5cm处，已知从t=0到t=1.1s时间内，P点第三次出此刻波峰地点，则P点的振动周期是_____S，经过______S另一质点Q第一次抵达波峰。图4剖析解答：因为波沿x轴正方向流传，媒质中前质点带动后边质点振动，质点P将在T/4后抵达零地点质点此刻的地点，所以质点P运动方向向下，经过3T/4将出此刻第一次波峰处，故P质点第三次抵达波峰经历时间为(2+)T=1.1S，所以T=0.4S，波速v=l/T=2/0.4=5(m/s)，由图可知此时地点1的质点在波峰，它要传到地点6的Q质点所经历的时间t=S/v=6－1/5=1S，所以经过1S质点

Q第一次抵达波峰。【例5】如图5所示，S1、S2是两个相关波源，它们振动同步且振幅相同。实线和虚线分别表示在某一时刻它们所发出的波的波峰和波谷。对于图中所标的a、b、c、d四点，以下说法中正确的有图5该时刻a质点振动最弱，b、c质点振动最强，d质点振动既不是最强也不是最弱该时刻a质点振动最弱，b、c、d质点振动都最强C.a质点的振动一直是最弱的，b、c、d质点的振动一直是最强的D.再过T/4后的时刻a、b、c三个质点都将处于各自的均衡位置，所以振动最弱解：该时刻a质点振动最弱，b、c质点振动最强，这不难理解。可是d既不是波峰和波峰叠加，又不是波谷和波谷叠加，如何判断其振动强弱？这就要用到充要条件：“到两波源的行程之差是波长的整数倍”时振动最强，从图中能够看出，d是S1、S2连线的中垂线上的一点，到S1、S2的距离相等，所以必定为振动最强点。描绘振动强弱的物理量是振幅，而振幅不是位移。每个质点在振动过程中的位移是在不停改变的，但振幅是保持不变的，所以振动最强的点不论处于波峰仍是波谷，振动一直是最强的。此题答案应选B、C【例6】如图6两个正弦波沿同一条直线向相反方向流传，在相遇阶段，波形将如何变化？解：依据波的独立流传原理和叠加原理可作出如右图形。评论：独立流传原理：几列波相遇时，能够保持各图6自的运动状态持续流传，不相互影响。叠加原理：介质质点的位移、速度、加快度都等于几列波独自转播时惹起的位移、速度、加快度的矢量和。（三）同步练习1．对于机械波和机械振动的关系，以下说法中正确的选项是（）有机械振动就有机械波有机械波就必定有机械振动机械波中各质点的振动频次相同机械波在流传过程中介质中的各质点是同时开始振动的2．声波在钢轨中流传的速度大于在空气中流传的速度，则当声音由空气传到钢轨中时（）A．频次变小，波长变大B．波长变小，频次变大C．频次不变，波长变大D．频次不变，波长变小3．一列简谐波在x轴上流传，在某时刻波形图如图7所示，已知此时质点E的运动方向向下，则（）A．此波沿x轴正方向流传B．质点C此时向下运动C．质点A将比质点B先回到均衡地点D．质点D的振幅为零

图7．平均介质中沿波的流传方向上A、B两点相距L，振动从A传到B所用时间小于两个周期，某时刻A处于负的最大位移处，而B恰在均衡地点向正方向运动，则这列波的波长是_____。（四）能力训练5．在图8所示的坐标中，有一列横波沿x轴的负方向流传速度为6m/s，当位于x=3cm的A质点恰在均衡位置，1且振动方向向上，位于x2=6cm的质点B正处于x轴下方最大位移处，求：图81）这列波的最小频次。画出最小频次所对应的波形。2）若不受最小频次的限制写出波长的表达式。6．一列简谐横波，在波流传方向上有相距为S=1m的两个质点a和b，当质点a在正的最大位移处时，b质点恰好经