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机械振动与机械波 光 电磁波与相对论,第 十三 章,第2讲 机械波,知识梳理自测,1机械波的形成条件 (1)有发生机械振动的波源。 (2)有传播介质，如空气、水等。 2传播特点 (1)机械波传播的只是振动的_和_，质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动，并不随波_。 (2)介质中各质点的振幅相同，振动周期和频率都与_振动周期和频率相同。 (3)一个周期内，质点完成一次全振动，通过的路程为_，位移为零。,机械波,形式,能量,迁移,波源的,4A,3机械波的分类 (1)横波：质点的振动方向与波的传播方向相互_的波，有_ (凸部)和_(凹部)。 (2)纵波：质点的振动方向与波的传播方向在_上的波，有_和_。,垂直,波峰,波谷,同一直线,密部,疏部,1横波的图象 (1)坐标轴：横轴表示各质点的_，纵轴表示该时刻各质点的_。 (2)意义：表示在波的传播方向上，某时刻各质点离开_的位移。 (3)图象,横波的图象,平衡位置,位移,平衡位置,(4)应用 直接读取_和_，以及该时刻各质点的_。 确定某时刻各质点加速度和速度的_，并能比较大小。 结合波的传播方向可确定各质点的_或由各质点的振动方向确定波的_。,振幅A,波长,位移,方向,振动方向,传播方向,2波长、波速、频率及其关系 (1)波长：在波动中，振动相位总是_的两个相邻质点间的距离。 (2)波速v：波在介质中的传播速度，由_本身的性质决定。 (3)频率f：由波源决定，等于波源的_。 (4)波长、波速和频率的关系 v_；v_。,相同,介质,振动频率,f,1波的叠加： 观察两列波的叠加过程可知：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_，只是在重叠的区域里，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_。,波特有的现象,互相干扰,位移的矢量和,2波的干涉和衍射：,相同,尺寸,干涉图样,绕过障碍物,3多普勒效应： (1)定义：由于波源和观察者之间有_，使观察者感受到波的频率_的现象。 (2)实质：声源频率_，观察者接收到的频率_。 (3)规律： 波源与观察者如果相互靠近，观察者接收到的_； 波源与观察者如果相互远离，观察者接收到的_； 波源和观察者如果相对静止，观察者接收到的频率_波源的频率。,相对运动,发生变化,不变,发生变化,频率增大,频率减小,等于,思维诊断： (1)在水平方向传播的波为横波。( ) (2)在机械波中各质点不随波的传播而迁移。( ) (3)通过波的图象可以找出任一质点在任意时刻的位移。( ) (4)机械波在传播过程中，各质点振动的周期、起振方向都相同。( ) (5)机械波在一个周期内传播的距离就是振幅的4倍。( ) (6)波速表示介质中质点振动的快慢。( ) (7)两列波在介质中叠加，一定产生干涉现象。( ) (8)一切波都能发生衍射现象。( ) (9)多普勒效应说明波源的频率发生变化。( ),D,解析 由图知a、b两点之间的距离为一个波长，a、b两点振动开始时刻相差一个周期，选项AB错误；由波是向右传播的，知选项C错误，D正确。,C,解析 波在传播过程中，机械波的振幅与波源振动的振幅相等，故A错误；在波传播过程中各质点的振动周期均与波源振动的周期相同，故B错误；每个质点都在重复波源的振动，因此质点的振动频率和波源的振动频率相同，故C正确；振动速度与波的传播速度不相同，故D错误。,A这列波的波长为4m B波中每个质点的振动周期为4s C若已知波沿x轴正向传播，则此时质点a向下振动 D若已知质点b此时向上振动，则波沿x轴负向传播 E在半个周期内，质点a的位移为零,ACE,解析 由图知波长为4m，选项A正确；振动周期无法求解，选项B错误；若波沿x正向传播，则此时质点a向下振动，选项C正确；若质点b向上振动，则此波沿x轴正向传播，选项D错误；半个周期后，质点a会再次回到平衡位置，位移为零，选项E正确。,解析 根据多普勒效应，当观察者与声源相互靠近时，观察者接收到的频率大于声源发出的频率；当观察者与声源相互远离时，观察者接收到的频率小于声源发出的频率，故A、C错误，B、D正确。,BD,核心考点突破,机械波的传播与图象,3波的传播方向与质点的振动方向的判断方法,解题导思：(1)当波传到P点时，P点开始离开平衡位置_；波源O恰好处于波峰位置，说明O、F两质点之间的距离等于_。 (2)再经过5s，平衡位置在Q处的质点第一次处于波峰位置，说明波从P点传播到Q点所用时间为_。,向上振动,答案：(1)1.33m (2)1.25m,A波速为4m/s B波的频率为1.25Hz C当波传到x10m处时，该处的质点向y轴正方向运动,类题演练 1 ,BCE,Dt1.2s时，x轴坐标为11m的质点恰好位于波谷 Et1.2s时，x轴坐标为15m的质点恰好位于波峰,A该列波的传播速度为20m/s B在01.2s内质点P经过的路程为2.4m Ct0.6s时质点P的速度方向沿y轴正方向 Dt0.7s时质点P位于波谷 E质点P的振动方程是y10sin5t(cm),类题演练 2 ,ADE,两种图象的比较,波动图象与振动图象综合,A该波沿x方向传播，波速为1m/s B质点a经4s振动的路程为4m,D,C此时刻质点a的速度沿y方向 D质点a在t2s时速度为零,解题导思：(1)如何分析波的传播速度、质点的振动路程？ (2)如何确定波动图象上各质点的振动方向？,解析 从题图乙看出，质点b从0时刻起由平衡位置向上振动，结合题图甲可判断出波沿x方向传播，A错误。质点a从0时刻由平衡位置向y方向振动，C错误。从图乙看出，各质点的振动周期T8s，在t2s时，质点a运动到负方向最大位移处，瞬时速度为零，D正确。经过4s，质点a运动半个周期，路程s2A1m，B错误。,C该列波的波速为0.5m/s Dt1.5s时A、B两质点的位移相同 Et1.5s时A、B两质点的振动速度方向相同,ACE,A波中质点在一个周期内通过的路程为8cm B该列波的波长为4m,类题演练 3 ,ABE,A这列波的波长是8m，周期是0.2s，振幅是10cm B在t0时，质点Q向y轴正方向运动 C从t0到t0.25s，该波沿x轴负方向传播了6m D从t0到t0.25s，质点P通过的路程为30cm E质点Q简谐运动的表达式为y0.10sin10t(m),1造成波动问题多解的主要因素 (1)周期性 时间周期性：时间间隔t与周期T的关系不明确。 空间周期性：波传播距离x与波长的关系不明确。 (2)双向性 传播方向双向性：波的传播方向不确定。 振动方向双向性：质点振动方向不确定。,波的多解问题,如：a.质点达到最大位移处，则有正向和负向最大位移两种可能。 b质点由平衡位置开始振动，则起振方向有向上、向下(或向左、向右)两种可能。 c只告诉波速不指明波的传播方向，应考虑沿两个方向传播的可能，即沿x轴正方向或沿x轴负方向传播。 d只给出两时刻的波形，则有多次重复出现的可能。 (3)波形的隐含性形成多解 在波动问题中，往往只给出完整波形的一部分，或给出几个特殊点，而其余信息均处于隐含状态。这样，波形就有多种情况，形成波动问题的多解性。,2解决波的多解问题的思路 一般采用从特殊到一般的思维方法，即找出一个周期内满足条件的关系t或x，若此关系为时间，则tnTt(n0,1,2，)，若此关系为距离，则xnx(n0,1,2，)。,(1)求波传播的可能距离； (2)求可能的周期； (3)求可能的波速； (4)若波速是35m/s，求波的传播方向； (5)若0.2s小于一个周期时，求传播的距离、周期、波速。,类题演练 4 ,BCD,波的干涉中振动加强点和减弱点的判断 (1)图象法：在某时刻的波形图上，波峰与波峰(或波谷与波谷)的交点，一定是加强点，而波峰与波谷的交点一定是减弱点，各加强点或减弱点各自连接而成以两波源为中心向外辐射的连线，形成加强线和减弱线，两种线互相间隔，这就是干涉图样，加强点与减弱点之间各质点的振幅介于加强点与减弱点的振幅之间。,波的干涉、衍射、多普勒效应,BC,类题演练 5 ,A,解析 由多普勒效应可知，若声波波源远离观察者，则观察者接收到的声波频率减小，A错误；声波击碎玻璃杯是因为声波频率与玻璃杯的固有频率相同，发生共振导致玻璃杯破碎，B正确；由于光波和无线电波都属于电磁波，不依靠介质传播，它们在水中传播时会有损耗，超声波是机械波，可以在介质中传播，所以超声波在水中传播的距离比光波和无线电波在水中传播的距离远得多，C正确；“闻其声而不见其人”是声波的衍射现象，D正确。,
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