高中物理机械波ppt课件.ppt

二 形成机械波的条件 波源 弹性介质 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 机械波的形成 由此可推知各质点的速度方向 v 机械波 机械振动在介质中的传播 能否比较各质点此时的速度大小 1 问 质点本身有没有随波迁移 传出去的是什么 质点做什么运动 没有 机械振动 机械振动的运动形式 能量和信息 问 在机械波的传播中 存在着哪两种运动 波的传播 匀速直线运动 质点的振动 机械振动 周期性非匀变速运动 问 由波的形成可推知机械波波速取决于什么 机械波波速仅取决于介质 一个周期内波推进的距离是一个波长 2 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 3 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 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 演示弹簧波 4 四 机械波和机械振动的关系 单个质点的周期性运动 所有质点共同的周期性运动 质点受到指向平衡位置的回复力作用 介质中质点受到相邻质点的带动 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P26123 5 例1 关于振动和波的关系 下列说法正确的是 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 DEH 6 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 C 7 例3 关于机械波在传播过程中的特点 以下说法正确的是 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 ACDF 8 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2 由图可以读出 1 该质点在任一时刻的位移x2 振幅A周期T3 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 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 看下一时刻所处的位置 9 二 波的图象 1 物理意义 描述某时刻各个质点偏离平衡位置的位移 横波的图象与波形相似 对横波 对纵波 波形 疏密相间的波形 波的图象 正弦 或余弦 图象 10 2 由图可以得出 1 振幅A波长 A 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 4 该时刻任一质点速度v的方向 指向平衡位置 在其上 v方向向上 在其下 v方向向下 看该质点的前一质点的位置 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1 11 v v v v 上坡 下坡 上坡 上坡 下坡 v AB CD 方法二 看下一时刻的波的图象 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 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 12 方法1 平移法 t t t x v t v 5 若知道传播方向 可以画出经 t后的波形 T后的波形 13 Y X O 方法2 特殊质点法 v 一般用于画经T 4 T 2 3T 4 后的波的图象 经T 4后 经T 2后 14 四 振动图象与波的图象的比较 振动图象 波的图象 什么情况下已振质点的波形不变 15 表示了两个质点的振动 哪个质点振动超前 甲 乙 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 甲 乙 乙超前甲1 4T 向右传 经 n 3 4 T 向左传 经 n 1 4 T 16 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 波的传播方向 1 2 3 4 17 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 波的传播方向 试画出该时刻前T 4 3T 4和5T 4时刻的波形图 1 2 3 4 18 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 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 AD 19 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 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 BCD 20 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 21 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 22 三 波速 振动在介质中传播的速度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v1 340m s 其波长 1 3 4m 在钢管中传播v2 1500m s 其波长 2 15m 23 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 则下列叙述中正确的是 A 在甲介质中波速为100m sB 在甲介质中频率为10HzC 在乙介质中波长为20mD 在乙介质中周期为0 2s ABC 24 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 A 波的周期B 波的传播速度C 波的传播方向D 波的波长 CD 25 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 A 相距为 2的两质点振动反向 在同一时刻 两者的位移 速度 加速度 大小相等 方向相反 26 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 AB t s 甲 乙 27 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 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恰好到达波谷处 AC 28 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点也开始起振 求 1 该列波的周期T 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y0及其所经过的路程s0各为多少 2 y0 0 02ms0 0 3m T 0 2s 29 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 则该波的 A 周期为 t 波长为8L B 周期为2 t 3 波长为8L C 周期为2 t 3 波速为12L t D 周期为 t 波长为8L t BC 30 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 S P Q Q S P 31 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 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 AD 32 波的多解问题 经过nT或传了后的波形 前段 不变 双向性 33 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一条图线所示 由图可知 A 该波最大波速为10m sB 质点振动周期的最大值为0 4sC 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 BC 解 nT 0 4sT 0 4 n s 4mv T 10n m s 34 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 A 0 6mB 0 3mC 0 2mD 0 12m ACD 35 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 20n 15 m s n 1 2 3 向右传播 20n 5 m s 向左传播 36 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 T 4 1 0s 3 4 14m 所以v T 14 3 m s 37 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 14mT 4 1 0s 故波速 v T 14 4n 3 m s n 0 1 2 3 38 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 3m s 39 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 4k 1 4n 3 m s 40 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 n 1 4 14m n 0 1 2 k 1 4 T 1s k 0 1 2 3 v T 14 4k 1 4n 1 m s 41 波的空间周期性 波的时间周期性 波传播的双向性 小结 波的多解形成的原因 两质点间关系不确定形成多解 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