12.2 机械波的规律、现象.pptx

1、第二节机械波的规律、现象,一、机械波,1.定义,机械振动在中传播,形成了机械波。,2.产生条件,一是要有做机械振动的物体作为;二是要有能够传播机械振动的。,答案：1.介质,2.波源介质,(1)质点的振动方向与波的传播方向相互的波叫做横波。在横波中凸起的最高处叫做 ,凹下的最低处叫做。,(2)质点的振动方向与波的传播方向的波叫做纵波。在纵波中质点分布最密的位置叫做部,质点分布最疏的位置叫做部。,3.机械波的分类,答案：3.垂直波峰波谷在同一直线上密疏,4.机械波的特点,(1)机械波传播的是运动,介质中质点只在各自的平衡位置附近振动,并不随波。,(2)机械波传播的过程就是传递的过程,也是传递的过程

2、。,(3)“前带后,后跟前,运动状态向后传。”即各质点都做受迫振动,起振方向由波源来决定,并且其振动频率(周期)都等于的振动频率(周期),但离波源越远的质点振动越滞后。,答案：4.形式迁移能量信息波源,5.描述机械波的物理量,(1)波长:在波动中振动总是相同的两个相邻质点间的距离。,(2)频率f:在波动中,介质中各质点的振动频率都是相同的,都等于的振动频率。,(3)波速v、波长和频率f、周期T的关系。,公式:v=,答案：5.相位波源f介质,机械波的速度大小由决定,与机械波的频率无关。,二、波的图象,1.图象,在平面直角坐标系中,用横坐标表示介质中各质点的;用纵坐标表示某一时刻,各质点偏离平衡位

3、置的,连接各位移矢量的末端,得出的曲线即为波的图象,简谐波的图象是(或余弦)曲线。,2.物理意义,某一时刻,介质中相对平衡位置的位移。,答案1.平衡位置位移正弦,2.各振动质点,三、波的特有现象,1.衍射,(1)定义:波可以绕过继续传播的现象。,(2)产生明显衍射现象的条件是:。,答案：1.障碍物障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多,答案：2.干扰矢量和,3.加强减弱两列波的频率相同两个波源的相位差保持不变,2.波的叠加,定义:几列波相遇时,每列波都能够保持各自的状态继续传播而不互相,只是在重叠的区域里,介质的质点同时参与这几列波引起的振动,质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的,3

4、.干涉,(1)定义:频率相同的两列波叠加,使某些区域的振动,某些区域的振动,这种现象叫做波的干涉。,(2)产生稳定的干涉现象的两个必要条件:,。,4.多普勒效应,由于波源和观察者之间有相对运动,使观察者感到波的发生变化的现象,叫做多普勒效应。,当波源与观察者有相对运动时,如果二者相互靠近,观察者接收到的频率;如果二者远离,观察者接收到的频率。多普勒效应是所有波动过程共有的特征。根据声波的多普勒效应可以测定车辆行驶的速度;根据光波的多普勒效应可以判断遥远天体相对地球的运行速度。,答案：4.频率增大减小,图甲所示,此后,若经过个周期开始计时,则图乙描述的是()。,一、振动图象和波的图象的异同,【自

5、主探究1】 (2010北京理综)一列横波沿x轴正向传播,a、b、c、d为介质中沿波传播方向上四个质点的平衡位置。某时刻的波形如,A.a处质点的振动图象B.b处质点的振动图象,C.c处质点的振动图象D.d处质点的振动图象,答案：B 解析:波向右传播,可以确定经过个周期,b质点处于平衡位置且向下运动,从此时刻开始计时,b质点的振动图象如题图乙所示,故选B项。,归纳要点振动图象和波的图象的比较,二、有关简谐波的多解问题,【自主探究2】 (2010福建理综)一列简谐横波在t=0时刻的波形如图中的实线所示,t=0.02 s时刻的波形如图中虚线所示。若该波的周期T大于0.02 s,则该波的传播速度可能是(

6、)。,A.2 m/sB.3 m/sC.4 m/sD.5 m/s,答案：B 解析:因T0.02 s,所以波在0.02 s内传播的距离小于波长8 cm。若波沿x正向传播,则传播距离为s=0.02 m,波速为v=s/t=1 m/s;若波沿x负向传播,则传播距离为s=0.06 m,波速为v=s/t=3 m/s。,归纳要点弄清波动问题多解性的原因,是处理好多解问题的关键。,1.传播方向的双重性带来的多解:在二维空间坐标系中,波的传播方向只有两种可能:沿x轴的正方向或负方向。在波的传播方向未定的情况下必须要考虑这一点。,2.图形的多样性带来的多解:在波的传播过程中,质点的振动情况、波的传播方向及波形三者紧

7、密相关。若质点在一定的限制条件,(时间、空间、振动状态)下振动,则质点间的波形可能不是唯一的,因此相应的波的参量亦可能不是唯一的。,3.波的时间周期性带来的多解:波在传播过程中,经过整数倍周期时,其波形图线相同。,4.解决波动图象中的多解问题的一般思路,(1)分析出造成多解的原因。,波动图象的周期性,如由x=n+x,t=nT+t,求v=出现多解。,波传播的双向性:是否有两种可能?,(2)由=vT进行计算,若有限定条件,再进行讨论。,易错辨析,请你判断下列表述正确与否,对不正确的,请予以更正。,1.相距一个(或整数个)波长的两个质点的振动位移在任何时刻都相同,而且振动速度的大小和方向也相同。,2

8、.在稳定的干涉图样中,加强区的点始终加强,减弱区的点始终减弱,但加强点的位移时刻在改变。,3.障碍物尺寸比波长大时,能观察到明显的衍射现象。,4.波的传播在时间上有周期性,在空间上也有周期性。,答案:1.正确。,2.正确。,3.错误。障碍物尺寸比波长小或与波长相差不多时,才能观察到明显的衍射现象。,4.正确。,提升应用技巧的突破口,【例1】 (2011北京理综)介质中有一列简谐机械波传播,对于其中某个振动质点()。,命题研究一、波的形成与传播,A.它的振动速度等于波的传播速度,B.它的振动方向一定垂直于波的传播方向,C.它在一个周期内走过的路程等于一个波长,D.它的振动频率等于波源的振动频率,

9、思路点拨:振动速度与波的传播速度相同吗?波的频率和质点振动频率与波源的频率有什么关系?,解析:机械波传播时,质点是在平衡位置附近做简谐运动,而波在介质中是匀速传播,质点振动的速度与波的传播速度是完全不同的,两者之间没有必然联系,选项A错误;在横波中,质点的振动方向与波的传播方向垂直,而在纵波中,质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上,选项B错误;质点在一个周期内走过的路程为四个振幅的长度,而不是一个波长,选项C错误;介质中的质点做受迫振动,其振动频率等于驱动力的频率,选项D正确。,答案： D,规律总结：(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,故质点的振动频率都等于波源的振

10、动频率。,(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。,拓展链接1(2011天津理综(改编)位于坐标原点处的波源A沿y轴做简谐运动。A刚好完成一次全振动时,在介质中形成简谐横波的波形如图所示,B是沿波传播方向上介质的一个质点,则()。,A.波源A开始振动时的运动方向沿y轴负方向,B.此后的周期内回复力对波源A一直做负功,C.经半个周期时间质点B将向右迁移半个波长,D.在一个周期时间内波源A的路程是4A,答案：ABD 解析:质点开始振动的状态和振动一个周期时的状态相同,即图示A的振动方向和开始时的相同,应沿y轴负

11、方向,选项A正确;此后的1/4周期内,A从平衡位置向最大负位移处运动,因此回复力一直做负功,选项B正确;波传播的过程,质点不随波迁移,选项C错误;在一个周期内,A恰好完成一次全振动,经过的路程是4倍的振幅,即4A。,【例2】 如图所示,图甲为一列简谐波某时刻的波形,图乙表示该波传播的介质中某质点此后一段时间内的振动图象,则()。,命题研究二、振动图象和波动图象的综合,A.若波沿x轴正方向传播,图乙为a点的振动图象,B.若波沿x轴正方向传播,图乙为b点的振动图象,C.若波沿x轴负方向传播,图乙为c点的振动图象,D.若波沿x轴负方向传播,图乙为d点的振动图象,答案： BD,解析:波传播过程中质点不

12、随波迁移,而是在平衡位置附近上、下振动,如果简谐波向右传播,右边质点跟着左边质点运动;如果向左传播,左边质点跟着右边质点运动。,图乙为振动图象,它反映了质点在0T/4时间内由平衡位置向y轴正方向运动,在T/4T/2时间内质点由正向最大位移处回到平衡位置。,图甲为波动图象,如果波向右传播,在0T/4内质点b由平衡位置向正向最大位移处运动,选项B正确;同理选项D正确。,规律总结:解决两种图象结合问题的基本思路:,(1)首先识别哪一个是波的图象,哪一个是振动图象,两者间的联系纽带是周期与振幅。,(2)再从振动图象中找出某一质点在波的图象中的那一时刻的振动方向,然后再确定波的传播方向及其他问题。,拓展

13、链接2(2010山东理综)渔船常利用超声波来探测远处鱼群的方位。已知某超声波频率为1.0105 Hz,某时刻该超声波在水中传播的波动图象如图所示。,(1)从该时刻开始计时,画出x=7.510-3 m处质点做简谐运动的振动图象(至少一个周期)。,(2)现测得超声波信号从渔船到鱼群往返一次所用时间为4 s,求鱼群与渔船间的距离(忽略船和鱼群的运动)。,答案:(1)如解析图所示(2)3 000 m,解析:(1)如图所示。,(2)由波形图读出波长=1510-3 m,由波速公式得v=f,鱼群与渔船的距离为x=vt,联立式,代入数据得,x=3 000 m。,【例3】 (2010课标全国理综)波源S1和S2振动方向相同,频率均为4 Hz,分别置于均匀介质中x轴上的O、A两点处,OA=2 m,如图所示。两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播,波速为4 m/s。已知两波源振动的初始相位相同。求:,(1)简谐横波的波长;,(2)OA间合振动振幅最小的点的位置。,命题研究三、波的现象,代入已知数据得=1 m,(2)以O为坐标原点,设P为OA间的任意一点,其坐标为x,则两波源到P点的波程差l为l=x-(2-x),0 x2,其中x、l以m为单位。,合振动振幅最小的点的位置满足l=(k+),k为整数,联立式,得x=0.25 m,0.75 m,1.25 m,1.75 m。,解析:(1)设简谐横波