高中物理机械波ppt课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,机械波：机械振动在介质中的传播,机械波的形成：,介质中各质点间存在相互作用的弹力；,后一质点受到前一质点的带动,总是要重,复前方质点的运动。,后一质点总比前一质点滞后。,能否比较各,质点此时的,速度大小？,v,由此可推知各质点,的速度方向,二,.,形成机械波的条件：,波源,。,弹性介质,问：质点本身有没有随波迁移？,质点做什么运动？,没有！,机械振动,传出去的是什么？,机械振动的运动形式,能量和信息,质点的振动：,机械振动（周期性非匀变速运动）,波的传播：,匀速直线运动,一个周期内波推进,的距离是一个波长,机械波波速,仅取决于介质,。,问：在机械波的传播中，存在着哪两种运动？,问：由波的形成可推知机械波波速取决于什么？,三、机械波的分类,1,、横波：质点振动方向与波的传播方向垂直。,如：绳波,在横波中，凸起部分的最高点叫做波峰，,凹下部分的最低点叫做波谷,波峰,波谷,。,2,、纵波：质点振动方向与波的传播方向在同一直线上。,如：弹簧波、,声波,演示弹簧波,在纵波中，质点分布最密的部分叫密部，,质点分布最疏的部分叫疏部。,密部,疏部,横波和纵波可以同时存在，例如：,地震波既有横波又,有纵波。,注意：,横波只能在固体中传播，而纵波可以在固、液、,气中传播。,。,四、机械波和机械振动的关系,类别,运动,现象,运动,成因,振动,单个质点,的周期性运动,波动,所有质点,共同的周期性运动,质点受到指向平衡,介质中质点受到相邻,位置的回复力作用,质点的带动,联系,1.,振动是波动的起因,波动是振动的传播,2.,有波动一定有振动,有振动不一定有波动,书,P 26 1 2 3,。,例,1.,关于振动和波的关系，下列说法正确的是,DEH,）,（,A,如果波源停止振动，在介质中传播的波也立即停,止,B,发声体在振动时，一定会产生声波,C,波动的过程是介质质点由近及远的传播过程,D,波动的过程是质点的振动形式及能量由近及远的,传播过程,E,如果没有机械振动，一定没有机械波,F,只要物体做机械振动，一定有机械波产生,G,机械波的传播速度与振源的振动速度一样,H,机械波的频率与振源的频率一样,。,C,例,2.,关于横波与纵波的说法中，正确的是（,）,A,振源上下振动形成的波是横波,B,振源左右振动形成的波是纵波,C,振源振动方向与波的传播方向互相垂直形成的是,横波,D,在固体中传播的波一定是横波,。,例,3.,关于机械波在传播过程中的特点，以下说法正确,的是（,）,ACDF,A,后振动的质点总是跟着重复前一个带动它振动的质,点振动,B,振动质点的频率随波的传播而降低,C,介质中的各个质点只在自己的平衡位置附近做振动,D,机械波的传播必须有介质,E,介质中的质点随波迁移,F,波源的振动能量随波传递,G,波源的能量随振动质点的迁移而随波传递,。,一、振动图象,1,、物理意义：描述,一质点,在,各时刻,离开平衡位置的位移,x,2,、由图可以读出：,O,t,1,）该质点在任一时刻的位移,x,2,）振幅,A,周期,T,x,?,A,sin(,?,t,?,?,0,),3,）加速度,a,的方向：总指向平衡位置,4,）比较速度,v,的大小,5,）速度,v,的方向：,看下一时刻所处的位置,（在其上，,v,方向向上；在其下，,v,方向向下）,注意：,图象上的纵坐标表示位移，并,不表示,质点在空间的,实际位,置,。,。,二、波的图象,O,Y,v,X,1,、物理意义：描述,某时刻各个质点,偏离平衡位置的,位移,对,横波,:,对,纵波,:,横波的图象与波形相似。,波形,疏密相间的波形,波的图象,正弦（或余弦）图象,。,2,、由图可以得出？,1,）振幅,A,波长,A,O,Y,v,?,?,X,2,）该时刻任一质点的位移,x,3,）该时刻任一质点加速度,a,的方向：,指向平衡位置,方法,1,4,）该时刻任一质点速度,v,的方向：,看该质点的前一质点的位置，,（在其上，,v,方向向上；,在其下，,v,方向向下）,注意：,波不一定沿,x,轴正方向传播，不指定波的,传播方向，波可能沿,x,轴正方向或负方向传播。,注意波的双向性,。,方法二：看下一时刻的波的图象,v,A B,C D,v,方法三：沿波的传播方向看，“上坡”的点向下运动，,“下坡”的点向上运动,上坡,v,v,下坡,上坡,上坡,下坡,方法四：在图象上的一点画出波的传播方向,(,水平箭,头,),、质点的振动方向,(,竖直箭头,),，这两个箭头总在,曲线的同侧,v,。,5,）,若知道传播方向，可以画出经,t,后的波形,方法,1,、平移法,Y,v,O,X,y,v,t,x,?,T,后的波形？,0,x,x,t+,t,x,v,t,。,方法,2,、特殊质点法,Y,v,O,X,经,T/4,后,经,T/2,后,一般用于画经,T/4,T/2,3T/4,后的波的图象,。,四、振动图象与波的图象的比较,X,振动图象,t,波的图象,Y,O,O,X,研究对象,一个质点一段时间,许多质点一个时刻,坐,横,标,纵,判断质点的,振动方向,经,t,后,的图象,时间,位移,看下一时刻,各质点的平衡位置,位移,看前一质点,继续延伸,波形沿传播,方向平移,。,什么情况下已振质点的波形不变？,乙,甲,表示了两个质点的振动,哪个质点振动超前？,乙超前甲,1/4 T,乙,甲,表示了同一列波在两个时刻,的波形，经多久甲波形变为,乙波形的？,(n+3/4 )T,经,(n+1/4 )T,。,向右传，经,向左传，,例,.,一列向右传播的简谐波在某时刻的波形图,试画出再经过,T/4,、,3T/4,和,5T/4,时的波形图,.,Y,波的传播方向,O,1,2,3,4,X,。,例,.,一列向右传播的简谐波在某时刻的波形图,试画出再经过,T/4,、,3T/4,和,5T/4,时的波形图,.,Y,波的传播方向,O,1,X,2,3,4,试画出该时刻,前,T/4,、,3T/4,和,5T/4,时刻的波形图,。,例,.,一列横波沿绳子向右传播，某时刻绳子形成,如图所示的形状，对此时绳上,A,、,B,、,C,、,D,、,E,、,F,六个质点（,AD,）,?,A,它们的振幅相同,?,B,质点,D,和,F,的速度方向相同,?,C,质点,A,和,C,的速度方向相同,?,D,从此时算起，质点,B,比,C,先回到平衡位置,。,例,.,一机械横波在,x,轴上传播，在某时刻的波形,如图所示，已知此时质点,f,的运动方向向下，,BCD,则（,）,A,此波朝,x,轴的负方向传播,B,质点,d,此时向下运动,C,质点,b,将比质点,c,先回到平衡位置,D,质点,e,此时的位移为零,。,一、波长,-,在波动中，两个相邻,同相,质点间的距离,1),在横波中，两个,相邻,波峰（或波谷）间的距离等,于；,2),在纵波中，两个,相邻,密部（或疏部）间的距离等,于；,思考,:,两个相邻,反相,质点间的距离为多少？,?,2,。,二、频率,-,波的频率等于质点振动的频率,注意：,波的频率只与振源有关，与介质无关,例如：同一声音在空气、水、钢管中传播，音,调（频率）不变。,。,三、波速,-,振动在介质中传播的速度,?,v,?,?,?,f,T,1),波速取决于介质的性质；,2),波从一种介质传播到另一种介质时，频率,f,不,变，波速,v,变化，因而波长也变,例如：某声音,f,100HZ,，,在空气中传播,v,1,340m/s,其波长,1,3.4m,；,在钢管中传播,v,2,1500m/s,其波长,2,15m,。,例,1,、一个周期为,0.1s,的波源，在甲介质中,形成一列波长为,10m,的简谐波，该波传到乙,介质中传播速度为,200m/s,，则下列叙述中正,ABC,确的是（,）,A,、在甲介质中波速为,100m/s,B,、在甲介质中频率为,10Hz,?,v,?,?,?,f,C,、在乙介质中波长为,20m,T,D,、在乙介质中周期为,0.2s,。,例,2.,如图，为某一时刻横波的图象，图中位于,a,、,b,两处的质点经过,1/4,周期后分别运动到,a, 、b 处。则由图可知（,）,CD,A.,波的周期,B.,波的传播速度,C.,波的传播方向,D.,波的波长,y/cm,a,a,b,b,。,x/m,0 1 2 3 4 5 6 7,例,3.,一列简谐机械横波某时刻的波形图如图,所示，波源的平衡位置坐标为,x,=0,。当波源质,点处于其平衡位置上方且向下运动时，介质中,平衡位置坐标,x,=2m,的质点所处位置及运动情况,A,）,是（,A.,在其平衡位置下方且向上运动,B.,在其平衡位置下方且向下运动,C.,在其平衡位置上方且向上运动,D.,在其平衡位置上方且向下运动,y,/cm,相距为,/2,的两质点振动反向！,10,在同一时刻，两者的位移（速度、加,速度）大小相等、方向相反。,0,。,2,4,6,x,/m,-10,例,4.,一列简谐横波在,x,轴上传播,t=0,时刻的波,形图如甲图所示,x=2cm,的质点,P,的振动图像,AB,如图乙所示,由此可以判断,( ),A.,该波的传播方向是沿,x,轴的负方向,.,B.,该波在,2s,时间内传播的距离是,2cm.,C.,在,t=1.5s,时,P,点的速度最大,D.,在,0,到,1.5s,时间内质点,P,通过的路程是,12cm,t/s,甲,。,乙,例,5.,一列简谐横波沿,x,轴正方向传播，传播速,度为,10m/s,。当波传到,x,=5m,处的质点,P,时，波,形,如,图,所,示,。,则,以,下,判,断,正,确,的,是,A C,）,（,A,各质点的起振方向向下,B,再经过,0.4s,，质点,P,第一次回到平衡位置,C,再经过,0.7s,，,x,=9m,处的质点,Q,到达波峰处,D,质点,Q,到达波峰时，质点,P,恰好到达波谷,y,/m,?,4,处,T,?,?,0.2,v,0,-0.2,P,2,4,6,。,Q,8,10,x,/m,v,10,7,.,5,3,?,3,2,4,例,6.,在某介质中形成一列简谐波，,t,=0,时刻的,波形如图中的实线所示。若波向右传播，零时,刻刚好传到,A,点，且再经过,0.6s,，,P,点也开始起,?,x,v,?,?,10,m,/,s,振，求：,?,t,?,T,0.2s,（,1,）该列波的周期,T,=,？,T,?,?,0,.,2,s,v,（,2,）从,t,=0,时起到,P,点第一次达到波峰时止，,O,点对平衡位置的位移,y,0,及其所经过的路程,s,0,各为多少？,y/cm,3,?,8,?,3,?,2,?,0,.,3,m,-1,。,2,0,-2,A,1,P,7,x/m,（,2,）,y,0,=-0.02m,s,0,=0.3m,例,7.,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,，如图（,a,）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,第一次出现如图（,b,）所示的波形，,2,1,则该波的,( ),B C,T,?,?,t,1,T,?,?,t,2,A,周期为,?,t,，波长为,8L.,?,8,L,v,?,?,B,周期为,2,?,t/3,，波长为,8L.,T,T,3,C,周期为,2,?,t/3,，波速为12L /t.,D,周期为,?,t,，波长为8L/t,。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,图,(a),v,1,2,3,4,5,6,7,8,9,图,(b),例,8,、如图所示，波源,S,从平衡位置,y,=0,开始振动，运,动方向竖直向上（,y,轴的正方向），振动周期,T,=0.01s,，,产生的简谐波向左、右两个方向传播，波速均为,v,=80m/s,，经过一段时间后，,P,、,Q,两点开始振动。已,知距离,SP=1.2m,、,SQ=2.6m,，,(1),画出,S,开始振动,t=0.04S,时的波形；,(2),画出在,Q,刚开始振动时刻的波形；,0,.,04,?,4,0,.,01,?,?,vT,?,0,.,8,m,SP,1,?,1,0,.,8,2,SQ,1,?,3,0,.,8,4,P,S,Q,P,。,S,Q,（,3,）若以,Q,点开始振动的时刻作为计时的零点，则在,下图的振动图像中能正确描述，,P,、,Q,两点振动情况的,是（,AD,）,A,、甲是,Q,点的振动图像,B,、乙是,Q,点的振动图像,C,、丙是,P,点的振动图像,D,、丁是,P,点的振动图像,。,双向性,经过,nT,或传了,波的多解问题,n,?,后的波形（前段）不变,。,例,9.,一列横波在,x,上传播，,t,时刻与,t,+0.4s,时刻在,x,轴上,0-6m,区间内的波形图如图中同,B C,一条图线所示，由图可知,( ),A.,该波最大波速为,10m/s,B.,质点振动周期的最大值为,0.4s,C.,在,t,+0.2s,时，,x,=6m,的质点位移为零,D.,若波沿,x,轴正方向传播，各质点刚开,始振动时的方向向上,y,/m,解：,nT =0.4,s,T=0.4/n,(s),=4,m,v=/ T=10n,(m/s),。,x,/m,0,1 2 3 4 5 6,例,10.,一列简谐波沿一直线传播，当直线上某,质点,a,向上运动到达最大位移时，,a,点右方相,距,0.15m,的,b,点恰经平衡位置向上运动，则这,列波的波长可能是（,AC D,）,A,0.6m B,0.3m,C,0.2m D,0.12m,1,（,n,?,),?,?,0.15,m,4,a,b,a,。,b,3,（,n,?,),?,?,0.15,m,4,例,11,、如图所示，实线是一列简谐波在某一时,刻的波形图线，虚线是,0.2s,后它的波形图，这,列波可能的传播速度是多少？,1,(,n,?,),?,?,x,4,向右传播：,v,?,?,t,?,0,.,2,=(20n+5)m/s,3,(,n,?,),?,向左传播：,v,?,?,x,?,4,=(20n+15)m/s,?,t,0,.,2,。,（,n=1,2,3,）,例,4,、,如图，一根水平长绳上的,a,、,b,两点相距,14m,，,b,点在,a,点的右方，波长,14m,。当一列简谐,横波沿此长绳向右传播时，若,a,点的位移达到正,极大时，,b,点的位移为零，且向下运动，经过,1.0s,后，,a,点的位移第一次为零，且向下运动，,而,b,点的位移达到负极大，则这列简谐波的波速,等于多少？,3/4=14m,T/4= 1.0s,所以,v=/T=(14/3)m/s,。,a,b,例,4,原题：,如图，一根水平长绳上的,a,、,b,两点，相距为,14m,，,b,点在,a,点的右方，,波长,。当一列简谐,横波沿此长绳向右传播时，若,a,点的位移达到正极大时，,b,点的位移为零，且向下运动，经过,1.0s,后，,a,点的位移,第一次为零，且向下运动，而,b,点的位移达到负极大，,则这列简谐波的波速等于多少？,a,b,变化一：,若把原题中,“,波长,”,的条件取消，,则波速可能等于多少？,解答,：,考虑空间上的周期性，（,n+3/4,）=14m,T/4= 1.0s,，,故波速：v=/T=14/（,4n+3,）,m/s,（,n=0,、,。,1,、,2,、,3,），,例,4,原题：,如图，一根水平长绳上的,a,、,b,两点，相距为,14m,，,b,点在,a,点的右方，波长。当一列简谐,横波沿此长绳向右传播时，若,a,点的位移达到正极大时，,b,点的位移为零，且向下运动，经过,1.0s,后，,a,点的位移,第一次为零,，且向下运动，而,b,点的位移达到负极大，,则这列简谐波的波速等于多少？,a,b,变化二：,若把原题中,“,a,点的位移第一次为零”,改为,“,a,点的位移为零”,呢？,解答,：,考虑时间上的周期性，即：（,n+1/4,）,T=1s,，,3 /4=14m，,故波速：v=/T=14（,4n+1,）,/3 m/s,。,例,4,原题：,如图，一根水平长绳上的,a,、,b,两点，相距为,14m,，,b,点在,a,点的右方，,波长,。当一列简谐,横波沿此长绳向右传播时，若,a,点的位移达到正极大时，,b,点的位移为零，且向下运动，经过,1.00s,后，,a,点的位,移第一次为零,，且向下运动，而,b,点的位移达到负极大，,则这列简谐波的波速等于多少？,a,b,变化三：,若把原题中,“,a,点的位移第一次为零”改为“,a,点的位移为零”，,并取消,“波长”,的条件呢？,解答：,a,、,b,间距离为（,n+3/4,）=14m,（,n=0,、,1,、,2,）,a,回到平衡位置经过的时间为（,k+1/4,）,T=1s,（,k=0,、,1,、,2,）,所以,v=/T=14（,4 k +1,）,/,（,4 n +3,）,m/s,。,例,4,原题：,如图，一根水平长绳上的,a,、,b,两点，相距为,14m,，,b,点在,a,点的右方，,波长。当一列简谐,横波沿此长绳向右传播,时，若,a,点的位移达到正极大时，,b,点的位移为零，且向下运动，经过,1.00s,后，,a,点的位,移第一次为零，,且向下运动，而,b,点的位移达到负极大，,则这列简谐波的波速等于多少？,a,b,变化四：,若取消原题中,“向右”,、“波长”,和“第一次”,的条件，,（,1,）当波向右传播时，同,变化三,（,2,）当波向左传播时,）,=14m,（,n+1/4,（,n=0,、,1,、,2,）,。,v=/T=14,（,4 k +1,）,/,（,4 n +1,）,m/s,（,k+1/4,）,T=1s,（,k=0,、,1,、,2,、,3,）,小结：波的多解形成的原因,波的空间周期性,同一列波中，相距为波长整数倍的质点，运动,情况,(x,、,v,、,a,）相同,波的时间周期性,波在传播过程中，在,t,时刻与,t+nT,时刻的振动情况,相同。即经过整数倍周期，波的图象相同。,波传播的双向性,对于传播方向不确定的波，应分两种不同方向进,行分析。,两质点间关系不确定形成多解,。,例,5,、,如图，一列横波在直线上传播，直线上有,A,、,B,两点相距为,d,，某一时刻,A,、,B,均处于平衡位置，,且,A,、,B,仅有一个波峰，经过时间,t,，,B,质点第一次,到达波峰，则该波的波速可能是多少？,A B,A B,A B,3,2,?,?,d,?,?,?,d,2,3,A B,A B,1,?,?,d,?,?,?,2,d,2,?,?,d,3,4,向右：,t,?,T,?,T,?,t,4,3,?,3,d,v,?,?,.(1),T,4,t,1,向左：,t,?,T,?,T,?,4,t,4,?,d,v,?,?,.(2),T,4,t,3,4,向右：,t,?,T,?,T,?,t,4,3,?,d,v,?,?,.(3),T,2,t,1,向左：,t,?,T,?,T,?,4,t,4,?,d,v,?,。,?,.(4),T,6,t,向右：,T,?,4,t,d,v,?,?,T,2,t,?,.(3),3,d,v,?,?,T,2,t,4,向左：,T,?,t,3,?,.(,5,),例,如图是一列沿,x,轴正向传播的简谐横波在,传播方向上相距,3m,的两质点,P,和,Q,的振动图像，,其实线是,P,点的振动图像，虚线是,Q,点的振动图,像，若,P,质点离波源比,Q,质点近，则该波的最大,波长为,_m,若,Q,质点离波源比,P,点近，则,4,12,该波的最大波长是,_m,。,