高中物理 第十二章 机械波课件 新人教版选修34.ppt

第十二章 机械波 章末整合提升 机械波 波的形成 形成条件 波源和介质形成原因 介质与介质间有相互作用力波的实质 传递振动形式 能量和信息 波的分类 横波 振动方向与传播方向垂直纵波 振动方向与传播方向平行 机械波 描述波的物理量 波长 波速v v f或 v由介质决定 频率f或周期t f由波源决定 波的图象 物理意义从波的图象可获得的信息与振动图象的区别 机械波 波的现象 衍射 现象明显衍射的条件 障碍物或孔的尺寸比波长小或相差不多 干涉 波的叠加 任一质点的位移等于两列波引起位移的矢量和干涉的必要条件 频率相同 相位差保持不变干涉图样 机械波 波的现象 多普勒效应 内容 介质中任一波面上的各点 都可以看做发射子波的波源 其后任意时刻 这些子波在前进方向的包络面就是新的波面对波的反射与折射的解释 惠更斯原理 一 波的图象反映的信息及其应用从波的图象可以看出 1 波长 2 振幅a 3 该时刻各质点偏离平衡位置的位移情况 4 如果波的传播方向已知 可判断各质点该时刻的振动方向以及下一时刻的波形 5 如果波的传播速度大小已知 可利用图象所得的相关信息进一步求得各质点振动的周期和频率 例1如图1所示的横波正在沿x轴正方向传播 波速为0 5m s 请回答下列问题 图1 1 质点p此时速度方向如何 加速度方向如何 解析由于波沿x轴正方向传播 可判断质点p向上振动 即质点p速度方向向上 加速度方向与位移方向相反 指向y轴负方向 答案见解析 2 质点k和p哪个先回到平衡位置 解析质点p向上振动 回到平衡位置的时间大于 而质点k经回到平衡位置 故质点k先回到平衡位置 答案见解析 3 经过半个周期 质点l的位移和路程分别等于多少 波传播的距离是多少 解析质点l经过半个周期 回到平衡位置 位移为0 路程为2a 0 2m 波传播的距离为 1 0m 答案见解析 4 请画出此波经过1s后的波形曲线 答案见解析 针对训练1悬挂在竖直方向上的弹簧振子 周期t 2s 从最低点位置向上运动时开始计时 在一个周期内的振动图象如图2所示 关于这个图象 下列说法正确的是 图2 a 这列波沿x轴负方向传播b 这列波的周期为0 4sc t 0时刻质点a沿y轴正方向运动d 从t 0时刻开始质点a经0 2s通过的路程为0 4me x 2m处的质点的位移表达式为y 0 2sin 5 t m 解析从题图可以看出波长等于4m 由已知得波速等于10m s 周期t 0 4s 经0 1s波传播的距离x v t 1m 说明波沿x轴负方向传播 t 0时刻质点a沿y轴负方向运动 从t 0时刻开始质点a经0 2s 即半个周期通过的路程为0 4m 由y asin t 易得e正确 答案abde 二 波的图象与振动图象的区别和联系面对波的图象和振动图象问题时可按如下步骤来分析 1 先看两轴 由两轴确定图象种类 2 读取直接信息 从振动图象上可直接读取周期和振幅 从波的图象上可直接读取波长和振幅 3 读取间接信息 利用振动图象可确定某一质点在某一时刻的振动方向 利用波的图象可进行波传播方向与某一质点振动方向的互判 4 利用波速关系式 波长 波速 周期间一定满足v f 例2图3 a 为一列简谐横波在t 2s时的波形图 图 b 为介质中平衡位置在x 1 5m处的质点的振动图象 p是平衡位置为x 2m的质点 下列说法正确的是 图3 a 波速为0 5m sb 波的传播方向向右c 0 2s时间内 p运动的路程为8cmd 0 2s时间内 p向y轴正方向运动e 当t 7s时 p恰好回到平衡位置 解析根据题图 a 得波长 2m 根据题图 b 得t 4s 所以v 0 5m s 选项a对 根据题图 b 可知x 1 5m处的质点在t 2s时 振动方向沿y轴负方向 利用 上 下坡 法可以判断波的传播方向向左 选项b错 在t 2s时质点p在最低点 又因t 4s 可知t 0时质点p在最高点 所以0 2s时间内质点p通过的路程为8cm 选项c正确 0 2s内质点p向y轴负方向运动 选项d错 2 7s共经过t 所以p刚好回到平衡位置 选项e对 答案ace 针对训练2图4 a 为一列简谐横波在t 0 10s时刻的波形图 p是平衡位置在x 1 0m处的质点 q是平衡位置在x 4 0m处的质点 图 b 为质点q的振动图象 下列说法正确的是 图4 a 在t 0 10s时 质点q向y轴正方向运动b 在t 0 25s时 质点p的加速度方向沿y轴正方向c 从t 0 10s到t 0 25s 该波沿x轴负方向传播了6md 从t 0 10s到t 0 25s 质点p通过的路程为30cme 质点q做简谐运动的表达式为y 0 10sin10 tm 解析由质点q的振动图线可知 t 0 10s时质点q向y轴负方向振动 选项a错误 又由波的图象可知 波向x轴负方向传播 波的周期为t 0 2s t 0 10s时质点p向y轴正方向振动 经过0 15s t时 即在t 0 25s时 质点p振动到x轴下方位置 且速度方向沿y轴正方向 加速度方向也沿y轴正方向 选项b正确 波速v40m s 故从t 0 10s到t 0 25s 该波沿x轴负方向传播的距离为x v t 40 0 15m 6m 选项c正确 由于质点p不是在波峰或波谷或者平衡位置 故从t 0 10s到t 0 25s的周期内 通过的路程不等于3a 30cm 选项d错误 质点q做简谐振动的表达式为y asin t 0 10sin t 0 10sin10 tm 选项e正确 答案bce 三 波动问题的多解性波动问题出现多解性的原因 1 空间周期性 波在均匀介质中传播时 传播的距离 x n x0 n 0 1 2 式中 为波长 x0表示传播距离中除去波长的整数倍部分后余下的那段距离 2 时间周期性 波在均匀介质中传播的时间 t nt t0 n 0 1 2 式中t表示波的周期 t0表示总时间中除去周期的整数倍部分后余下的那段时间 3 传播方向的双向性 本章中我们解决的都是仅限于波在一条直线上传播的情况 即有沿x轴正方向或负方向传播的可能 4 介质中质点间距离与波长的关系的不确定性 已知两质点平衡位置间的距离及某一时刻它们所在的位置 由于波的空间周期性 则两质点间存在着多种可能波形 做这类题时 可根据题意 在两质点间先画出最简波形 然后再做一般分析 从而写出两质点间的距离与波长关系的通式 例3如图5所示 实线是某时刻的波形图线 虚线是0 2s后的波形图线 1 若波向左传播 求它传播的距离及最小距离 图5 解析由题图知 4m 若波向左传播 传播的距离的可能值为 x n 4n 3 m n 0 1 2 最小距离为 xmin 3m 答案见解析 2 若波向右传播 求它的周期及最大周期 答案见解析 3 若波速为35m