物理竞赛课机械波

物理竞赛课机械波第1页，课件共41页，创作于2023年2月波的应用十分广泛下面我们以绳波为例，研究机械波的形成过程及其特点第2页，课件共41页，创作于2023年2月（1）介质中前面的质点带动后面质点振动，后面的质点

重复前面的质点的运动，并且在时间上依次滞后些。（2）介质中各个质点在各自的平衡位置上下往复运动，质点本身并不随波迁移。（3）介质中各个质点的起振方向、周期、频率、振幅和波源相同。（4）波向前传播的是振动形式、能量。机械波的规律（特点）请点击手第3页，课件共41页，创作于2023年2月机械波的产生条件请点击手波动是振动的传播过程.振动是激发波动的波源.机械波：机械振动在弹性介质中的传播.产生条件：1）波源；2）弹性介质.

波是运动状态的传播，介质的质点并不随波传播.注意第4页，课件共41页，创作于2023年2月横波：质点振动方向与波的传播方向相垂直的波.（仅在固体中传播）横波与纵波

特征：具有交替出现的波峰和波谷.第5页，课件共41页，创作于2023年2月纵波：质点振动方向与波的传播方向互相平行的波.（可在固体、液体和气体中传播）

特征：具有交替出现的密部和疏部.横波与纵波

第6页，课件共41页，创作于2023年2月横坐标：表示在波的传播方向上各质点的平衡位置与参考点的距离。x/cmy/cm0纵坐标：表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移。波的图象的物理意义:

表示介质中各质点在某一时刻（同一时刻）偏离平衡位置的位移的空间分布情况。

波的图象具有空间的周期性；同时每经过一个周期波就向前传播一个波长的距离，虽然不同时刻波的形状不同，但每隔一个周期又恢复原来的形状，所以波在时间上也具有周期性。机械波的图像第7页，课件共41页，创作于2023年2月

波长波的周期和频率波速

波长：沿波的传播方向，两个相邻的、相位差为的振动质点之间的距离，即一个完整波形的长度.OyAA-周期：波前进一个波长的距离所需要的时间.频率：周期的倒数，即单位时间内波动所传播的完整波的数目.

波速：波动过程中，某一振动状态（即振动相位）单位时间内所传播的距离（相速）.注意第8页，课件共41页，创作于2023年2月方法一：带动法（前带动后）YXO波的传播方向ABCDE波图象的应用--------质点的振动方向和波的传播方向的关系第9页，课件共41页，创作于2023年2月方法二：微平移法OYX波的传播方向经过时间，波在传播方向移动的距离，因此，把图象沿传播方向平移即得到相对应的图象ABCDABCD波图象的应用--------质点的振动方向和波的传播方向的关系第10页，课件共41页，创作于2023年2月方法三：三角形法YXO波的传播方向波的传播方向质点的振动方向质点的振动方向向上或向下三角形顶部表示波峰或波谷ABCD波图象的应用--------质点的振动方向和波的传播方向的关系第11页，课件共41页，创作于2023年2月方法四：上下坡法（沿波的传播方向，上坡下，下坡上）YXO波的传播方向ABCDE波图象的应用--------质点的振动方向和波的传播方向的关系第12页，课件共41页，创作于2023年2月方法五：同侧法（质点振动方向与波传播方向在曲线同侧）YXO波的传播方向ABCDE波图象的应用--------质点的振动方向和波的传播方向的关系第13页，课件共41页，创作于2023年2月波线波面波前*球面波平面波波前波面波线具有“波传播速度与方向无关”这种性质的介质称为各向同性介质第14页，课件共41页，创作于2023年2月各质点相对平衡位置的位移波线上各质点平衡位置

简谐波：在均匀的、无吸收的介质中，波源作简谐运动时，在介质中所形成的波.平面简谐波的波函数

平面简谐波：波面为平面的简谐波.

介质中任一质点（坐标为x）相对其平衡位置的位移（坐标为y）随时间的变化关系，即称为波函数.第15页，课件共41页，创作于2023年2月点O

的振动状态点Pt时刻点P的运动

时刻点O的运动

以速度沿x轴正向传播的平面简谐波。

令原点O的初相为零，其振动方程点P

振动方程时间推迟方法平面简谐波的波函数第16页，课件共41页，创作于2023年2月

沿轴负向

点O

振动方程

波函数

沿轴正向

O

如果原点的初相位不为零平面简谐波的波函数第17页，课件共41页，创作于2023年2月

波动方程的其它形式

质点的振动速度，加速度平面简谐波的波函数第18页，课件共41页，创作于2023年2月

波函数的物理意义1当x

固定时，波函数表示该点的简谐运动方程，并给出该点与点O

振动的相位差.（波具有时间的周期性）第19页，课件共41页，创作于2023年2月波线上各点的简谐运动图第20页，课件共41页，创作于2023年2月（波具有空间的周期性）2当一定时，波函数表示该时刻波线上各点相对其平衡位置的位移，即此刻的波形.波程差第21页，课件共41页，创作于2023年2月OO

时刻时刻第22页，课件共41页，创作于2023年2月

水波通过窄缝时的衍射----波绕过障碍继续传播

惠更斯原理第23页，课件共41页，创作于2023年2月

波在弹性介质中运动时,任一点P

的振动,将会引起邻近质点的振动。就此特征而言，振动着的

P点与波源相比，除了在时间上有延迟外，并无其他区别。因此，P可视为一个新的波源。1678年，惠更斯总结出了以其名字命名的惠更斯原理：

介质中任一波面上的各点，都可看成是产生球面子波的波源；在其后的任一时刻，这些子波的包络面构成新的波面。惠更斯

惠更斯原理24第24页，课件共41页，创作于2023年2月t+t时刻波面波传播方向t时刻波面平面波球面波u

介质中波动传播到的各点都可以看作是发射子波的波源，而在其后的任意时刻，这些子波的包络就是新的波前.例如，均匀各向同性媒质内波的传播：t+t时刻波面···············t时刻波面波传播方向ut

惠更斯原理25第25页，课件共41页，创作于2023年2月

波的衍射

水波的衍射

波在传播过程中遇到障碍物，能绕过障碍物的边缘，在障碍物的阴影区内继续传播.

惠更斯原理对波的衍射的说明

波长越长（与缝宽相比），衍射现象越显著，波长越短，衍射越不显著第26页，课件共41页，创作于2023年2月几列波相遇之后，仍然保持它们各自原有的特征（频率、波长、振幅、振动方向等）不变,并按照原来的方向继续前进,好象没有遇到过其他波一样.（独立性）

波的独立传播原理27第27页，课件共41页，创作于2023年2月在相遇区域内任一点的振动，为各列波单独存在时在该点所引起的振动位移的矢量和.（叠加性）

波的叠加原理第28页，课件共41页，创作于2023年2月*波源振动点P的两个分振动

波的叠加原理第29页，课件共41页，创作于2023年2月*点P的两个分振动常量

波的叠加原理第30页，课件共41页，创作于2023年2月讨论1)

合振动的振幅（波的强度）在空间各点的分布随位置而变，但是稳定的.其他振动始终加强振动始终减弱2)

波的叠加原理第31页，课件共41页，创作于2023年2月波程差若则振动始终减弱振动始终加强其他3)讨论波的干涉第32页，课件共41页，创作于2023年2月

频率相同、振动方向平行、相位相同或相位差恒定的两列波相遇时，使某些地方振动始终加强，而使另一些地方振动始终减弱的现象，称为波的干涉现象.波的干涉

波的相干条件第33页，课件共41页，创作于2023年2月水波的干涉现象水波盘中水波的干涉第34页，课件共41页，创作于2023年2月驻波的形成

振幅、频率、传播速度都相同的两列相干波，在同一直线上沿相反方向传播时叠加而形成的一种特殊的干涉现象.第35页，课件共41页，创作于2023年2月驻波的特点【演示动画】第36页，课件共41页，创作于2023年2月驻波的振幅与位置有关x正向x负向各质点都在作同频率的简谐运动驻波方程第37页，课件共41页，创作于2023年2月

驻波方程讨论相邻波腹(节)间距

；相邻波腹和波节间距

1）振幅

随x

而异，与时间无关.波腹波节驻波方程第38页，课件共41页，创作于2023年2月2）相邻两波节之间质点振动同相位，任一波节两侧振动相位相反，在波节处产生

的相位跃变.（与行波不同，