高二物理第十二章机械波全章课件新人教版选修3.pptVIP

第十二章机械波 第一节波的形成和传播 1 波的产生 振动在媒质中的传播 形成波 2 产生波的条件 1 波源 2 媒质 一 机械波的产生和传播 机械波传播的只是振动状态 媒质中各质元并未 随波逐流 波动伴随着能量的传播 时刻 机械波传播过程中质点并不随波迁移 二 横波与纵波 横波 质元的振动方向与波的传播方向垂直纵波 质元的振动方向与波的传播方向平行 横波只能在固体中传播 而纵波可以在固体 液体和气体中传播 横波和纵波的比较 横波和纵波可以同时存在 例如地震波既有横波又有纵波 三 机械波 波传播要通过介质 绳 水 弹簧 空气等是波借以传播的物质 叫做介质 组成介质的质点之间由于相互作用 一个质点的运动会引起相邻质点的振动 机械振动在介质中传播 形成了机械波 说明 波是传递能量的一种方式 波不但能传递能量 而且可以传递信息 再见 第十二章机械波 第二节波的图像 长郡中学扈炳芳2009 02 10 波的图像 波的图像表示某一时刻各个质点相对平衡位置的位移 横坐标x表示波在传播方向上各个质点的平衡位置纵坐标y表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移 波的图像与振动图像的区别 波的图像与振动图像是完全不同的二种图象 波的图像的应用 已知波的传播方向 求某一时刻各个质点的运动方向 以波传播的方向为前 则某个质点的运动结果是使它偏离平衡位置的位移朝着它后面的质点偏离平衡位置的位移改变 波的图像的应用 已知波的传播方向和波速 根据某一时刻波的图像求任一时刻波的图像 已知波在t时刻的图像则使波的图像沿波的传播方向移动v t的距离 就得到了t t时刻波的图像 波的图像 质点的加速度方向总是指向平衡位置 要点 疑点 考点 1 横波的传播方向与质点振动方向的关系 已知波的传播方向 判断某一质点的振动方向 或反过来由某一质点振动方向判断波的传播方向 方法互逆 主要有两种 1 波形平移法 将原波形 图7 4 1中实线 沿波的传播方向平移 4 图7 4 1中虚线 则某一质点的运动方向就由实线上的位置指向虚线上对应位置的方向 图中a b c各点运动方向如图所示 图7 4 1 2 上下坡法 沿着波的传播方向走波形状 山路 从 谷 到 峰 的上坡阶段上各点都是向下运动的 从 峰 到 谷 的下坡阶段上各点都是向上运动的 即 上坡下 下坡上 图中a b点即为 下坡上 c点为 上坡下 其中方法 1 有助理解 方法 2 简捷 2 已知波速v和某一时刻波形 画出再经 t时间的波形图 方法有二 1 平移法 先算出经 t时间波传播的距离 x v t 再把波形沿波的传播方向平移 x即可 因为波动图像的重复性 若已知波长 则波形平移n 时波形不变 当 x n x 时 可采取去整 n 留0 x 的方法 只需平移x 即可 3 已知振幅a和周期t 求振动质点在 t时间内的路程和位移求振动质点 t时间内的路程和位移 由于牵涉质点的初始状态 需用正弦函数 较复杂 但 t若为半周期t 2的整数倍则很容易 在半周期内质点的路程为2a 若 t n t 2 n 1 2 3 则路程s 2a n 当质点的初始位移 相对平衡位置 为x0时 经t 2的奇数倍时位移为 x0 经t 2的偶数倍时位移仍为x0 2 特殊点方法 在波形上找两特殊点 如过平衡位置的点和与它们相邻的峰 谷 点 先确定这两点的振动方向 再将 t换算为nt xt 其中n为正整数 t为周期 x为真分数 由于经nt波形不变 所以也采取去整 nt 留0 xt 的方法 分别做出两特殊点经xt后的位置 然后按正弦规律画出新波形 再见 第十二章机械波 第三节波长 频率和波速 第1课时 长郡中学扈炳芳2009 02 10 一 波长 在波动中对平衡位置的位移总是相等 包括大小和方向 的两相邻质点间的距离叫做波的波长 用 表示 位移总是相等 的含义是 每时每刻都大小相等 方向相同 位移总是相等的两个质点速度也总是相等的 在横波中 两个相邻的波峰 或波谷 之间的距离等于波长 在纵波中 两个相邻的密部 或疏部 之间的距离等于波长 在波的传播方向上 或平衡位置之间 相距的两质点振动步调总是相反的 相距整数倍两质点 同相质点 的振动步调总是相同的 在波的传播方向上相距奇数倍的两质点 反相质点 振动步调总是相反的 二 周期和频率 波的周期 或频率 波源振动的周期 或频率 就是波的周期t 或频率 波的周期 或频率 等于波源的振动周期 或频率 波的周期由波源决定 同一列波在不同介质中传播时周期 或频率 保持不变 每经历一个周期的时间 当前的波形图与原有的波形图相同 三 波速 单位时间内振动所传播的距离叫波速 它反映振动在介质中传播的快慢程度 波速的大小由介质的性质决定 同一列波在不同介质中传播速度不同 波在均匀介质中是匀速传播的 即 它向外传播的是振动的形式 而不是将质点向外迁移 波速与质点的振动速度不同 质点的振动是一种变加速运动 因此质点的振动速度时刻在变 第十二章机械波 第三节波长 频率和波速 第2课时 长郡中学扈炳芳2009 02 12 一 波长 周期 频率 和波速的关系 波速等于波长和频率的乘积 经过一个周期 振动在介质中传播的距离等于一个波长 对三者关系的理解 波速由介质决定 周期 或频率 由振源决定 当一列波从一种介质进入另一种介质传播时 周期 或频率 保持不变 但由于波速的变化而导致波长的变化 波速等于波长和频率的乘积这一关系虽从机械波得到 但对其他形式的彼 电磁波 光波 也成立 波速的计算既可用 也可用 例题 如图在一条直线上有三点s m n s为波源 距m点为12m 距n点为21m 由于波源s的振动在直线上形成一列横波 其波长为8m 波速为4m s 下列说法中正确的是 a m点先开始振动 n点后振动 振动时间相差2 25s 但振动周期都为2sb m点在最高点时 n点在平衡位置以上向下振动c m点在最高点时 n点在平衡位置以上向上振动d 振动过程中m n两点的位移有可能在某时刻相同 正确选项为a c d 再见 第十二章机械波 第四节波的反射和折射 长郡中学扈炳芳2009 02 15 振动相位相同的各点组成的曲面 球面波 一 波动中的几个概念 1波面 2 波线 与波面垂直的线代表了波的传播方向叫做波线 介质中波动传播到的各点都可以看作是发射子波的波源 而在其后的任意时刻 这些子波的包络就是新的波前 根据惠更斯原理 只要知道某一时刻的波阵面就可以用几何做图法确定下一时刻的波阵面 因此这一原理又叫惠更斯作图法 它在很大程度上解决了波的传播方向问题 二 惠更斯原理 两种形式的波 1 反射线 入射线和界面的法线在同一平面内 反射定律 当波传播到两种介质的分界面时 一部分反射形成反射波 另一部分进入介质形成折射波 三 波的反射 用惠更斯原理解释波的反射 折射定律 1 折射线 入射线和界面的法线在同一平面内 2 四 波的折射 用惠更斯原理解释波的折射 v1 v2为第二种介质相对第一种介质的折射率 相对折射率 结论 水波反射 问题与练习 p 361 2 3 再见 第十二章机械波 第五节波的衍射 长郡中学扈炳芳2009 02 16 波的衍射 波的衍射 波可以绕过障碍物继续传播的现象实验一 水波的衍射现象及在波长一定的情况狭缝宽对衍射实验的影响 链接动画 现象 水波绕过小孔或障碍物继续传播 说明 衍射是波特有的现象 一切波都能发生衍射 衍射现象总是存在的 只有明显和不明显的差异 实验二 在狭缝宽度一定的情况下 波长对衍射实验的影响 结论 障碍物较大时对波有影响 较小时对波没有影响 即障碍物比较小时能发生明显衍射 窄缝宽度跟波长相差不多时 有明显的衍射现象 结论 窄缝宽度比波长大得越多 衍射现象越不明显 窄缝宽度跟波长相比非常大时 水波将直线传播 观察不到衍射现象 发生明显衍射现象的条件 说明 障碍物或孔的尺寸大小 并不是决定衍射能否发生的条件 仅是衍射现象是否明显的条件 一般情况下 波长较大的波容易产生显著的衍射现象 障碍物或孔的尺寸比波长小 或跟波长相差不多 波传到小孔 或障碍物 时 小孔 或障碍物 仿佛是一个新的波源 由它发出与原来同频率的波 称子波 在孔后传播 于是就出现了偏离直线传播的衍射现象 当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射十分突出 但由于衍射波的能量很弱 衍射现象不容易观察到 一切波都能发生衍射 衍射是波特有的现象 例1 下列现象或事实属于衍射现象的是 a 风从窗户吹进来b 雪堆积在背风的屋后c 水波前进方向上遇到凸出水面的小石子 小石子对波的传播没有影响 d 晚上看到水中月亮的倒影 c 例2 下列关于波的衍射的说法正确的是 a 衍射是一切机械波特有的现象b 对同一列波 缝或孔 障碍物 越小 衍射现象越明显c 只有横波才能发生衍射现象 纵波不能发生衍射现象d 声波容易发生衍射是由于声波波长较大 bd 例3 在水波槽的衍射实验中 若打击水面的振子的频率是5hz 水波在槽中的传播速度为0 05m s 为观察到显著的衍射现象 小孔直径d应为 10cm5cmd 1cmd 1cm d 例4 如图是观察水面波衍射的实验装置 ac和bd是两块挡板 ab是一个孔 o为波源 图中已画出波源所在区域波的传播情况 每两条相邻波纹 图中曲线 之间距离表示一个波长 则波经过孔之后的传播情况 下述描述正确的是 a 此时能明显观察到波的衍射现象b 挡板前波纹间距离相等c 如果将孔ab扩大 有可能观察不到明显的衍射现象d 如果孔的大小不变 使波源频率增大 能更明显地观察衍射现象 解析 由图可看出孔ab与波长相比小于一个波长 则a对 介质及波源不变则不变 b对 将孔变大 若孔的大小比较大则不能看到明显衍射现象 c对 增大频率 更不容易看到衍射现象 d错 所以 正确选项为a b c 再见 第十二章机械波 第六节波的干涉 长郡中学扈炳芳2009 02 17 一 波的叠加 1 波传播的独立性 几列波相遇之后 仍然保持它们各自原有的特征 频率 波长 振幅 振动方向等 不变 并按照原来的方向继续前进 好象没有遇到过其他波一样 2 叠加原理 在相遇区域内任一点的振动 为各列波单独存在时在该点所引起的振动位移的矢量和 当波峰与波峰 波谷与波谷相遇时振动加强 当波峰与波谷相遇时振动减弱 波的叠加过程 链接机械波的叠加 加强 两列波引起的振动方向始终相同 减弱 两列波引起的振动方向始终相反 二 波的干涉 波的干涉wmv 解释 水波的干涉swf 一 频率相同的两列波叠加 使某些区域的振动始终加强 某些区域的振动始终减弱 并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔这种现象叫做波的干涉 形成的图样叫做干涉图样 二 干涉图样的特点 1 两列频率相同的波叠加 振动加强点始终加强 振动减弱点始终减弱 2 振动加强点和振动减弱点是间隔出现的 3 振动加强点是指振幅较大的点 不是位移始终最大 4 干涉图样中 不只有振动加强的质点和振动减弱的质点 三 产生干涉的必要条件 两波源的频率相同 1 若两波源振动情况完全相同 四 加强点和减弱点的分布规律 加强 减弱 到两波源的路程差 波程差 s满足 若两波源振动情况完全相同 减弱 加强 到两波源的路程差 波程差 s满足 若两波源振动情况完全相反 2 若两波源振动情况完全相反 例1 如图所示两列波相向传播 当它们相遇时在图所示的甲 乙 丙 丁中 可能的是 a 图乙 丙b 图甲 乙c 图乙 丙 丁d 图甲 乙 a 例2 如图所示 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方向传播 图中实线所示 一列沿负x方向传播 图中虚线所示 这两列波的频率相同 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 4 8 2 6 例3 如图所示 在x轴上的p q两点位置上有两个频率相同 振动方向也相同的相干波源 它们激起的机械波长是2m p q两点的横坐标分别是xp 1m xq 6m 那么在y轴上从 的位置上会出现振动减弱的区域有多少个 5个 再见 第十二章机械波 第七节多普勒效应 长郡中学扈炳芳2009 02 18 点击下图观看视频 留意听到的声音的声调的变化 现象 当发声物体向你驶来时 感觉音调变高 当发声物体离你远去时 感觉音调变低 音调由频率决定 频率高音调高 频率低音调低 多普勒效应 由于波源和观察者之间有相对运动 使观察者感到频率变化的现象叫做多普勒效应 奥地利物理学家多普勒 1803 1853 二 多普勒效应的成因 声源完成一次全振动 向外发出一个波长的波 频率表示单位时间内完成的全振动的次数 因此波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数 而观察者听到的声音的音调 是由观察者接收到的频率 即单位时间接收到的完全波的个数决定的 1 当波源和观察者相对介质都静止不动 即二者没有相对运动时 单位时间内波源发出几个完全波 观察者在单位时间内就接收到几个完全波 观察者接收到的频率等于波源的频率 2 波源相对介质不动 观察者朝波源运动时 或观察者不动 波源朝观察者运动时 观察者在单位时间内接收到的完全波的个数增多 即接收到的频率增大 3 波源相对介质不动 观察者远离波源运动时 或观察者不动 波源远离观察者运动时 观察者在单位时间内接收到的完全波的个数减少 即接收到的频率减小 总之 当波源与观察者有相对运动时 如果二者相互接近 观察者接收到的频率增大 如果二者远离 观察者接收到的频率减小 练习 注意 在多普勒效应中 波源的频率是不改变的 只是由于波源和观察者之间有相对运动 观察者感到频率发生了变化 多普勒效应是波动过程共有的特征 不仅机械波 电磁波和光波也会发生多普勒效应 多普勒效应是指由于波源和观察者之间有相对运动 使观察者感到频率