波的质与波的图像(6份).doc

波的性质与波的图像一、机械波 1、定义：机械振动在介质中传播就形成机械波2、产生条件:(1)有作机械振动的物体作为波源(2)有能传播机械振动的介质3、分类:横波：质点的振动方向与波的传播方向垂直凸起部分叫波峰，凹下部分叫波谷纵波：质点的振动方向与波的传播方向在一直线上质点分布密的叫密部，疏的部分叫疏部，液体和气体不能传播横波。4.机械波的传播过程(1)机械波传播的是振动形式和能量质点只在各自的平衡位置附近做振动，并不随波迁移后一质点的振动总是落后于带动它的前一质点的振动。(2）介质中各质点的振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同(3)由波源向远处的各质点都依次重复波源的振动二、描述机械波的物理量1波长：两个相邻的，在振动过程中相对平衡位置的位移总是相等的质点间的距离叫波长在横波中，两个相邻的波峰或相邻的波谷之间的距离在纵波中两相邻的的密部（或疏部）中央间的距离，振动在一个周期内在介质中传播的距离等于波长2周期与频率波的频率由振源决定，在任何介质中传播波的频率不变。波从一种介质进入另一种介质时，唯一不变的是频率（或周期），波速与波长都发生变化3波速：单位时间内波向外传播的距离。v=s/t=/T=f，波速的大小由介质决定。三、说明:波的频率是介质中各质点的振动频率，质点的振动是一种受迫振动，驱动力来源于波源，所以波的频率由波源决定，是波源的频率. 波速是介质对波的传播速度介质能传播波是因为介质中各质点间有弹力的作用，弹力越大，相互对运动的反应越灵教，则对波的传播速度越大通常情况下，固体对机械波的传摇速度校大，气体对机械波的传播速度较小对纵波和横波，质点间的相互作用的性质有区别，那么同一物质对纵波和对横波的传播速度不相同所以，介质对波的传播速度由介质决定，与振动频率无关 波长是质点完成一次全振动所传播的距离,所以波长的长度与波速v和周期T有关即波长由波源和介质共同决定 由以上分析知，波从一种介质进入另一种介质，频率不会发生变化，速度和波长将发生改变 振源的振动在介质中由近及远传播，离振源较远些的质点的振动要滞后一些，这样各质点的振动虽然频率相同，但步调不一致，离振源越远越滞后沿波的传播方向上，离波源一个波长的质点的振动要滞后一个周期，相距一个波长的两质点振动步调是一致的反之，相距1/2个波长的两质点的振动步调是相反的所以与波源相距波长的整数倍的质点与波源的振动同步（同相振动）；与波源相距为1/2波长的奇数倍的质点与波源派的振动步调相反（反相振动）【例1】一简谐横波的波源的振动周期为1s，振幅为1crn，波速为1ms，若振源质点从平衡位置开始振动，且从振源质点开始振动计时，当 t05s时（ ）A距振源处的质点的位移处于最大值 B距振源处的质点的速度处于最大值C距振源处的质点的位移处于最大值 D距振源处的质点的速度处于最大值 解析：根据题意，在05s 内波传播的距离 xvt05m即x=也就是说，振动刚好传播到处，因此该处的质点刚要开始振动，速度和位移都是零，所以选项C、D都是不对的，振源的振动传播到距振源位置需要的时间为T/4=0。25s，所以在振源开始振动05 s后处的质点，振动了025 s，即1/4个周期，此时该质点应处于最大位移处，速度为零 答案：A四、波的图象（1）波的图象坐标轴：取质点平衡位置的连线作为x轴，表示质点分布的顺序；取过波源质点的振动方向作为Y轴表示质点位移意义：在波的传播方向上，介质中质点在某一时刻相对各自平衡位置的位移形状：正弦（或余弦）图线因而画波的图象要画出波的图象通常需要知道波长、振幅A、波的传播方向（或波源的方位）、横轴上某质点在该时刻的振动状态（包括位移和振动方向）这四个要素（2）简谐波图象的应用从图象上直接读出波长和振幅可确定任一质点在该时刻的位移可确定任一质点在该时刻的加速度的方向若已知波的传播方向，可确定各质点在该时刻的振动方向若已知某质点的振动方向，可确定波的传播方向若已知波的传播方向，可画出在t前后的波形沿传播方向平移s=vt.波的现象与声波一、波的现象1.波的反射:波遇到障碍物会返回来继续传播的现象(1)波面：沿波传播方向的波峰（或波谷）在同一时刻构成的面(2)波线：跟波面垂直的线，表示波的传播方向(3)入射波与反射波的方向关系入射角：入射波的波线与平面法线的夹角 反射角：反射波的波线与平面法线的夹角在波的反射中，反射角等于入射角；反射波的波长、频率和波速都跟入射波的相同(4)特例：夏日轰鸣不绝的雷声；在空房子里说话会听到声音更响(5)人耳能区分相差0.1 s以上的两个声音2.波的折射: 波从一种介质射入另一种介质时，传播方向发生改变的现象(1)波的折射中，波的频率不变，波速和波长都发生了改变(2)折射角：折射波的波线与界面法线的夹角(3)入射角i与折射角r的关系 V1和v2是波在介质I和介质中的波速i为I介质中的入射角, r为介质中的折射角3.波的衍射:波可以绕过障碍物继续传播的现象衍射是波的特性，一切波都能发生衍射产生明显衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多。例如：声波的波长一般比院坡大，“隔堵有耳”就是声波衍射的例证说明：衍射是波特有的现象4.波的叠加与波的干涉(1)波的叠加原理：在两列波相遇的区域里，每个质点都将参与两列波引起的振动，其位移是两列波分别引起位移的矢量和相遇后仍保持原来的运动状态波在相遇区域里，互不干扰，有独立性【例1】一个波源在绳的左端发出半个波，频率为f1，振幅为A1；同时另一个波源在绳的右端发出半个波，频率为f2，振幅为A2， P为两波源的中点，由图618可知，下述说法错误的是（ ） A两列波同时到达两波源的中点PB两列波相遇时， P点波峰值可达A1A2 C两列波相遇后，各自仍保持原来的波形独立传播 D、两列波相遇时，绳上的波峰可达A1A2的点只有一点，此点在P点的左侧 解析：因两列波在同一介质（绳）中传播，所以波速相同，由图可知 12，说明它们的波峰高P点距离不等，波同时传至P点，波峰不会同时到P点，所以P点波峰值小于A1 A2两列波波峰能同时传到的点应在P点左侧，所以A，D正确，B错误，又由波具有独立性，互不干扰，所以C正确答案：BxVxVxy0x12345678【例2】两列简谐波均沿x轴传播，传播速度的大小相等，其中一列沿x轴正方向传播，如图32中实线所示。一列波沿x负方向传播，如图32中虚线所示。这两列波的频率相等，振动方向均沿y轴，则图中x=1,2,3,4,5,6,7,8各点中振幅最大的是x= 的点，振幅最小的是x= 的点。解析:对于x=4、8的点，此时两列波引起的位移的矢量和为零，但两列波引起的振动速度的矢量和最大，故应是振动最强的点，即振幅最大的点。对于x=2和6的点，此时两列波引起的位移矢量和为零，两列波引起的振动速度的矢量和也为零，故应是振动最弱的点，即振幅最小的点。 (2)波的干涉:条件：频率相同的两列同性质的波相遇现象：某些地方的振动加强，某些地方的振动减弱，并且加强和减弱的区域间隔出现，加强的地方始终加强，减弱的地方始终减弱，形成的图样是稳定的干涉图样说明：加强、减弱点的位移与振幅加强处和减弱处都是两列波引起的位移的矢量和，质点的位移都随时间变化，各质点仍围烧平衡位置振动，与振源振动周期相同加强处振幅大，等于两列波的振幅之和，即A=A1 +A2,质点的振动能量大，并且始终最大减弱处振幅小，等于两列波的振福之差，即A=A1A2,质点振动能量小，并且始终最小，若A1=A2，则减弱处不振动加强点的位移变化范围： 一A1 +A2A1 +A2减弱点位移变化范围：一A1A2A1A2干涉是波特有的现象加强和减弱点的判断波峰与波峰（波谷与波谷）相遇处一定是加强的，并且用一条直线将以上加强点连接起来，这条直线上的点都是加强的；而波峰与波谷相遇处一定是减弱的，把以上减弱点用直线连接起来，直线上的点都是减弱的加强点与减弱点之间各质点的振幅介于加强点与减弱点振幅之间当两相干波源振动步调相同时，到两波源的路程差s是波长整数倍处是加强区而路程差是半波长奇数倍处是减弱区任何波相遇都能叠加，但两列频率不同的同性质波相遇不能产生干涉5.驻波:两列沿相反方向传播的振幅相同、频率相同的波叠加时，形成驻波(1)波节：始终静止不动的点(2)波腹：波节与波节之间振幅最大的点(3)驻波特殊的干涉现象:波源特殊;波形特殊说明：驻波与行波的区别 物理意义不同：驻波是两列波的特珠干涉现象，行波是一列波在介质中的传播质点的振动情况不同：在行波中各个质点作振格相同的简谐运动，在驻波中各个质点作振幅不同的简谐运动；处于波腹位置的质点振幅最大；处于波节位置的质点振幅等于零；其他一些质点的振幅也不相同，但都比波腹处质点的振幅小波形不同：行波波形经过一段时间，波形向前“平移”，而驻波波形并不随时间发生平移，只是各质点的振动位移发生变化而已6多普勒效应(1)由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象实质是：波源的频率没有变化，而是观察者接收到的频率发生了变化(2)多普勒效应的产生原因观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数当波以速度v通过接收者时，时间t内通过的完全波的个数为N=vt/，因而单位时间内通过接收者的完全波的个数，即接收频率f v/若波源不动，观察者朝向波源以速度V2运动，由于相对速度增大而使得单位时间内通过观察者的完全波的个数增多，即，可见接收频率增大了.同理可知，当观察者背离波源运动时，接收频率将减小若观察者不动，波源朝向观察者以速度v1运动，由于波长变短为/=v1T，而使得单位时间内通过观察者的完全波的个数增多，即，可见接收频率亦增大，同理可知，当波源背离观察者运动时，接收频率将减小注：发生多普勒效应时，波源的真实率不发生任何变化，只是观察者接收到的频率发生了变化(3)相对运动与频率的关系波源与观察者相对静止：观察者接收到的频率等于波源的频率波源与观察者相互接近：观察者接收到的频率增大波源与观察者相互远离：观察者接收到的频率减小二.声波(1)空气中的声波是纵波能在空气、液体、固体中传播在通常情况下在空气中为340ms，随介质、温度改变而变(2)人耳听到声波的频率范围：20 Hz -20000 Hz.(3)能够把回声与原声区分开来的最小时间间隔为0.1s(4)声波亦能