高考物理总复习 第12章 2讲 机械波课件 新人教版.ppt

第二讲机械波 1 理解机械波的产生条件 形成过程以及反映机械波的几个物理量 波长 频率 波速 之间的关系 2 理解横波图象的物理意义 能借助图象分析解决有关问题 了解纵波的特点 3 理解波的叠加 波的干涉和衍射现象 并能对有关现象进行分析与解释 并了解声波 超声波 多普勒效应 一 机械波1 机械波的产生 1 定义 机械振动在中的传播过程 叫做机械波 2 产生条件 和 3 产生过程 沿波的传播方向上各质点的振动都受它前一个质点的带动而做振动 对简谐波而言各质点振动的和都相同 各质点只在自己的附近振动 介质 波源 介质 受迫 振幅 周期 平衡位置 2 波的分类 1 横波 质点的振动方向与相互垂直的波 凸起部分叫波峰 部分叫波谷 2 纵波 质点的振动方向与波的传播方向在上 质点分布密的部分叫 质点分布疏的部分叫 波的传播方向 凹陷 同一 直线 密部 疏部 3 描述机械波的物理量 1 波长 在波动中 振动相位的两个相邻质点间的距离 在横波中 两个相邻的 或波谷 间的距离等于波长 在纵波中 两个相邻的 或疏部 间的距离等于波长 在一个周期内机械波传播的距离等于 总是相同 波峰 密部 波长 2 频率f 波的频率由决定 在传播过程中 只要波源的振动频率一定 则无论在什么介质中传播 波的频率都 波源 不变 v f 介质 1 当波从一种介质进入另一种介质时 波长 频率和波速 哪个物理量保持不变 提示 频率 因为波的频率由波源频率决定 与介质无关 二 波的图象1 图象在平面直角坐标中 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 平衡位置 位移 正弦 各质点 三 波特有的现象1 波的干涉 1 产生稳定干涉的条件 频率相同的两列同性质的波相遇 2 现象 两列波相遇时 某些区域振动总是 某些区域振动总是 且加强区和减弱区互相间隔 3 对两个完全相同的波源产生的干涉来说 凡到两波源的路程差为一个波长时 振动加强 凡到两波源的路程差为半个波长的时 振动减弱 加强 减弱 整数倍 奇数倍 2 波的衍射 1 产生明显衍射现象的条件 障碍物或孔 缝 的尺寸跟波长 或者比波长 2 现象 波绕过障碍物继续传播的现象 差不多 小 2 大家都熟悉 闻其声不见其人 的物理现象 你知道这是什么原因吗 提示 声波绕过障碍物继续传播的现象 由于声波波长比光波大 易发生明显衍射 3 多普勒效应 1 由于波源和观察者之间有相对运动 使观察者接收到的波的频率发生变化的现象叫多普勒效应 2 注意 波源的频率不变 只是观察者接收到的波的频率发生变化 如果二者相互接近 观察者接收到的频率变大 如果二者相互远离 观察者接收到的频率变小 一 波动图象和振动图象1 振动图象和波动图象的比较 2 质点振动方向与波传播方向的互判 一列简谐横波沿x轴正方向传播 图甲是波传播到x 5m的m点时的波形图 图乙是质点n x 3m 从此时刻开始计时的振动图象 q是位于x 10m处的质点 则 1 q点开始振动时 振动方向如何 2 经过多长时间 q点第一次到达波峰 错源探究 不清楚机械振动和机械波的关系和各自特点而导致错误 错因分析 不清楚波的实质 不清楚由于 带动作用 介质中每个质点的起振方向都与波源起振方向相同 忽略波形会随着时间的变化而变化 直接将图甲所示给出的波形延伸 画出如图所示的波形图 得出从图甲时刻到q点第一次出现波峰的时间为5t 4 5s的错误结论 状元笔记 掌握波传播的特点是解题的关键 介质中每个质点的起振方向都与波源的起振方向相同 波形随时间的变化而变化 由振动图象可以判断出周期 由波的图象可以得出波长 1 图甲为一列简谐横波在t 0 10s时刻的波形图 p是平衡位置为x 1m处的质点 q是平衡位置为x 4m处的质点 图乙为质点q的振动图象 则 a t 0 15s时 质点q的加速度达到正向最大b t 0 15s时 质点p的运动方向沿y轴负方向c 从t 0 10s到t 0 25s 该波沿x轴正方向传播了6md 从t 0 10s到t 0 25s 质点p通过的路程为30cm解析 由y t图象知 周期t 0 20s 且在t 0 10s时q点在平衡位置沿y轴负方向运动 可以推断波沿x轴负方向传播 所以c错 从t 0 10s到t 0 15s时 t 0 05s t 4 质点q从图甲所示的位置振动t 4到达负最大位移处 又加速度方向与位移方向相反 大小与位移的大小成正比 所以此时q的加速度达到正向最大 而p点从图甲所示位置运动t 4时正在由正最大位移处向平衡位置运动的途中 速度沿y轴负方向 所以a b都对 振动的质点在t 1t内 质点运动的路程为4a t t 2 质点运动的路程为2a 但t t 4时 质点运动的路程不一定是1a t 3t 4时 质点运动的路程也不一定是3a 本题中从t 0 10s到t 0 25s内 t 0 15s 3t 4 p点的起始位置既不是平衡位置 又不是最大位移处 所以在3t 4时间内的路程不是30cm 答案 ab 二 波的多解性问题造成波动问题多解的主要因素有 1 周期性 1 时间周期性 时间间隔 t与周期t的关系不明确 2 空间周期性 波传播距离 x与波长 的关系不明确 2 双向性 1 传播方向双向性 波的传播方向不确定 2 振动方向双向性 质点振动方向不确定 如 质点达到最大位移处 则有正向和负向最大位移两种可能 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 的两种可能 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 只给出两时刻的波形 则有多次重复出现的可能 解决此类问题时 往往采用从特殊到一般的思维方法 即找到一个周期内满足条件的特例 在此基础上 如知道时间关系 则加nt 如知道空间关系 则加n 3 波形的隐含性形成多值解在波动问题中 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 如图所示 实线是某时刻的波形图象 虚线是经过0 2s时的波形图象 求 1 波传播的可能距离 2 可能的周期 频率 3 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 传播的距离 周期 频率 波速 规范解答 1 波的传播方向有两种可能 向左传播或向右传播 向左传播时 传播的距离为x n 3 4 4n 3 m n 0 1 2 向右传播时 传播的距离为x n 4 4n 1 m n 0 1 2 2 向左传播时 传播的时间为t nt 3t 4得 t 4t 4n 3 0 8 4n 3 n 0 1 2 向右传播时 传播的时间为t nt t 4得 t 4t 4n 1 0 8 4n 1 n 0 1 2 3 计算波速 有两种方法 v x t或v t向左传播时 v x t 4n 3 0 2 20n 15 m s或v t 4 4n 3 0 8 20n 15 m s n 0 1 2 向右传播时 v x t 4n 1 0 2 20n 5 m s或v t 4 4n 1 0 8 20n 5 m s n 0 1 2 5 若0 2s小于一个周期 说明波在0 2s内传播的距离小于一个波长 则 向左传播时 传播的距离x 3 4 3m 传播的时间t 3t 4得 周期t 0 267s 波速v 15m s 向右传播时 传播的距离为 4 1m 传播的时间t t 4得 周期t 0 8s 波速v 5m s 2 一列横波上有相距4m的a b两点 波的传播方向是由a向b 波长大于2m 如图所示的是a b两质点的振动图象 求这列波可能的波速 三 波的干涉的理解1 加强点与减弱点的比较 2 加强点和减弱点的判断方法 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 2 公式法 当两个相干波源的振动步调一致时 到两个波源的距离之差 x n n 0 1 2 处是加强区 x 2n 1 n 0 1 2 处是减弱区 友情提示 加强区振动加强只是振幅变大 并不是质点一直处于位移最大值 同理减弱区也并不是质点一直在位移最小值 如图所示表示两个相干波源s1 s2产生的波在同一种均匀介质中相遇 图中实线表示某时刻的波峰 虚线表示的是波谷 c和f分别为ae和bd的中点 则 1 在a b c d e f六点中 振动加强的点是 振动减弱的点是 2 若两振源s1和s2振幅相同 此时刻位移为零的点是 3 画出此时刻ace连线上 以a为原点的一列完整波形 标出ce两点 思维点拨 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 某时刻可能为零 相同的两列波的干涉 最弱区域的点一直静止不动 从干涉图样中区分波峰波谷 画图象 自主解答 1 a e两点分别是波谷与波谷 波峰与波峰相交的点 故此两点为振动加强点 c处在a e连线上 且从运动的角度分析a点的振动形式恰沿该线传播 故c点是振动加强点 同理b d是减弱点 f也是减弱点 2 因为s1 s2振幅相同 振动最强区的振幅为2a 最弱区的振幅为零 该时刻a e的中点c正处在平衡位置 所以位移为零的是b c d f 3 图中对应时刻a处在两波谷的交点上 即此刻a在波谷 同理e在波峰 故a e中点c在平衡位置 所以所对的波形如图 答案 1 a c eb d f 2 b c d f 3 见自主解答 3 两个振动情况完全一样的波源s1 s2相距6m 它们在空间产生的干涉图样如图所示 图中实线表示振动加强的区域 虚线表示振动减弱的区域 下列说法正确的是 a 两波源的振动频率一定不相同b 虚线一定是波谷与波谷相遇处c 两列波的波长都为2md 两列波的波长都为1m 答案 c 频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动 以v表示声源的速度 v表示声波的速度 v v v表示接收器接收到的频率 若v增大 则a v增大 v增大b v增大 v不变c v不变 v增大d v减小 v不变解析 由于声波的速度由介质决定 故v不变 据多普勒效应可知 当声源传近接收