教科版高中物理选修3-4第二章第1节机械波的形成和传播(39张ppt,含横波和纵波flash演示).ppt

2 1机械波的形成和传播 第二章机械波 温故知新 提问 什么是机械振动 什么是简谐运动 机械振动 物体在平衡位置附近的往复运动 简谐运动 物体在跟位移大小成正比 并且总是指向平衡位置的力的作用下的振动 提问 向平静水中 投石子会看到什么现象 以石子击水点为中心 振动 波浪 远离中心向四周传播 直到很远 提问 绳子一端固定 手拿另一端水平拉直 上下抖动 看到什么现象 看到一列凸凹相间的波形 振动形式 向绳子的另一端传去 一 机械波的形成和传播 活动 如图2 1 2所示 准备一根长约10m的软绳并放置在水平面上 将绳上的两点涂上不同颜色的标记 固定一端 用手握住绳的另一端 拉直软绳 1 如果手不做左右振动 绳子处于什么状态 2 手向左抖动一次和向右抖动一次 你看到什么现象 3 手连续左右抖动 你看到了什么现象 画出在某一时刻软绳形状的草图 4 软绳一端的振动是怎样传到绳的另一端的 绳上有标记的两点怎样运动 随波前进吗 5 手以不同频率和不同幅度连续左右抖动 绳子的形状有什么区别 声波 水波 弹簧纵波 绳波 光波 电磁波 地震波 生活中无处不在的波 请点击手 看教材P22 23 为什么绳上各点都能动起来呢 凹凸相间的波是怎样形成的呢 设想 把绳分成很多小段 每一个小段可以看做一个质点 质点之间有相互作用力 一切机械波都是振动状态在某些物体中的传播 对绳一端的抖动依次引起了绳中各段的振动 振动在绳中的传播形成了绳波 对水面一处的扰动由近及远引起了水面各部分的振动 此振动在水中的传播形成了水波 击鼓时 对鼓皮的扰动引起了周围空气的振动 此振动在空气中的传播形成了声波 由于相邻质点间存在着相互作用 当绳中某一质点发生振动 振源 时 就会带动相邻的质点 使它上下振动 这个质点又带动更远一些的质点振动起来 从而使绳子上的质点都跟着振动起来 绳端这种上下振动的状态就沿绳子传了出去 从整体上看就是一些凹凸相间的波形 绳 水 空气等能够传播振动的物质 叫做介质 机械振动在介质中的传播称为机械波 振动状态传播的方向就是波的传播方向 引起开始振动的装置通常叫做波源 从绳波中可以看到 软绳上有标记的两质点只在各自的平衡位置附近上下振动 并没有随波的传播而向前移动 因此机械波是机械振动这一运动形式 包括波源的振动信息 的传播 介质本身并没有沿着波的方向发生迁移 当振动在绳中传播时 各质点由于上下运动而具有动能 同时由于形变 又具有弹性势能 这样随着振动的传播 波源的能量就被波传递出去 所以机械波的传播也是机械能的传播 波是传递能量的一种形式 2 产生条件 同时存在振源和介质 两者缺一不可 波源 保持持续振动的物体或质点 内因 1 定义 机械振动在介质中的传播 形成机械波 机械振动是产生机械波的必要条件 介质 借以传播波的物质 外因 机械波不能在真空中传播 3 机械波的规律 特点 1 介质中各个质点不是同时起振的 离振源近的质点先起振 步调不一致 前面的质点带动后面的质点振动 后面的质点重复前面的质点的振动 并且后面的质点的振动依次滞后前面的质点 2 介质中质点在各自的平衡位置附近做机械振动 质点本身并不随波迁移 3 传播过程中各质点的振动都是受迫振动 驱动力来源于振源 介质中各个质点的起振方向 周期 频率 振幅和波源相同 具有周期性 5 机械波在同种介质中是匀速传播的 6 振源振动一个周期 波向前传一个完整波形 7 振源停止振动 波可以继续向前传播 4 波向前传播的是振动形式 能量和信息 二 横波与纵波 按介质中质点的振动方向和波的传播方向的关系不同 常将波分为横波和纵波 观察思考 1 观察横波演示器所演示的横波的发生情况 图2 1 4 a 记下你的观察结果 若介质中质点的振动方向和波的传播方向垂直 这种波称为横波 例如在绳上传播的波就是横波 图2 1 5 从横波演示实验中可知横波是一个凹凸相间的波 凸起来的最高处叫波峰 凹下去的最低处叫波谷 当波源的振动通过介质传播出去后 就形成了一个具有波峰和波谷的完整波形 由于相邻质点不断地连续上 下振动 波峰和波谷的形状不断向前推进 2 观察纵波演示器所演示的纵波的发生情况 图2 1 4 b 记下你的观察结果 若介质中质点的振动方向和波的传播方向平行 这种波称为纵波 例如推拉弹簧的一端 就可在弹簧上形成纵波 图2 1 6 在空气中传播的声波也是纵波 图2 1 7 从纵波演示实验中可知纵波是介质密集和稀疏相间的波 介质中质点分布密集的部分叫做密部 质点分布稀疏的部分叫做疏部 这种质点分布的疏密状态随着时间而沿波的前进方向传播出去 不管是横波还是纵波 如果传播的振动是简谐运动 这种波就叫做简谐波 横波和纵波 1 横波 质点的振动方向与波的传播方向垂直的波 其中凸起部分的最高点叫波峰 凹下部分的最低点叫波谷 2 纵波 质点的振动方向与波的传播方向平行的波 其中质点分布较稀的部分叫疏部 质点分布较密的部分叫密部 观察 波峰和波谷密部和疏部 波峰 横波和纵波 横波 纵波 横波只能在固体中传播 不能在液体 气体中传播 纵波可以在固体 液体 气体中传播 1 声波是纵波 2 地震波既有横波 沿地面一直延伸到很远的地方 又有纵波 直接到达地面 3 水波是比较复杂的机械波 其中既有横波 又有纵波 波的分类 水波离开了它产生的地方 而那里的水并不离开 就象风在田野里掀起的麦浪 我们看到 麦浪滚滚地在田野里奔去 但是麦子却仍旧留在原来的地方 达 芬奇 单个质点所表现出的周期性运动 大量质点共同表现出的周期性运动 质点受到指向平衡位置的回复力作用 介质中相邻质点间存在相互作用的弹力 振动是波动的起因 波动是振动的传播 1 区别振动是一个质点的往复运动 而波动是介质中许多质点的集体运动 2 联系 1 都是周期性的运动 波动周期等于质点的振动周期 2 从构成介质的某一质点来看 所呈现的现象是振动 从介质的整体来看 所呈现的现象是波动 3 振动是形成波动的必要条件 但有振动不一定存在波动 4 波动是振动形式 信息和能量 的传播过程 波动与振动 科普知识 1 超声波 是频率高于20000赫兹的声波 它方向性好 穿透能力强 易于获得较集中的声能 在水中传播距离远 可用于测距 测速 清洗 焊接 碎石 杀菌消毒等 在医学 军事 工业 农业上有很多的应用 超声波因其频率下限大约等于人的听觉上限而得名 2 次声波 频率小于20Hz的声波叫做次声波 次声波不容易衰减 不易被水和空气吸收 而次声波的波长往往很长 因此能绕开某些大型障碍物发生衍射 某些频率的次声波由于和人体器官的振动频率相近 容易和人体器官产生共振 对人体有很强的伤害性 可致人死亡 它的应用有以下几个方面 1 研究自然次声的特性和产生机制 预测自然灾害性事件 2 通过测定人和其他生物的某些器官发出的微弱次声的特性 可以了解人体或其他生物相应器官的活动情况 3 通过测定自然或人工产生的次声在大气中传播的特性 可探测某些大规模气象过程的性质和规律 4 次声在军事上的应用 利用次声的强穿透性制造出能穿透坦克 装甲车的武器 科普知识 精讲细练 例1 日常生活中 发现球掉入池塘里 能否通过往池塘丢入石块 借助石块激起的水波把球冲到岸边 解析 不能 向水中投入石块 水面受到石块的撞击开始振动 形成水波向四周传去 但是 实际上水波向四周传播而水只是上下振动并不向外迁移 所以球也仅仅是上下振动而不会向岸边运动 水波很容易被认为是一种横波 实际上并非如此 在平衡的情况下 水的表面是水平的 水面发生扰动时 使水面恢复水平的回复力有两个 一个是重力 另一个是表面张力 水波中 对水面质点提供的回复力在波长很小时 表面张力的作用是主要的 这种波叫做表面张力波 对于波长很长很长的波 表面张力的作用可以忽略 波动主要是重力作用的结果 这种波叫做重力波 由于水的不可压缩性 波峰中的水必然是从附近的波谷中流出来的 因此 水波中的每个质点的运动都是由纵向运动和横向运动合成的 科普知识 例2 下列说法不正确的有 A 声波在空气中传播时是纵波 在水中传播时是横波B 波不但传递能量 还能传递信息C 质点振动的方向总是垂直于波传播的方向D 一切机械波的传播均需要介质 AC 例3 区分横波和纵波的依据是 A 质点沿水平方向还是竖直方向振动B 波沿水平方向还是竖直方向传播C 质点的振动方向和波的传播方向是相互垂直还是在一条直线上D 波传播距离的远近 C 海水受海风的作用和气压变化等影响 促使它离开原来的平衡位置 而发生向上 向下 向前和向后方向运动 这就形成了海上的波浪 波浪是一种有规律的周期性的起伏运动 当波浪涌上岸边时 由于海水深度愈来愈浅 下层水的上下运动受到了阻碍 受物体惯性的作用 海水的波浪一浪叠一浪 越涌越多 一浪高过一浪 与此同时 随着水深的变浅 下层水的运动 所受阻力越来越大 以至于到最后 它的运动速度慢于上层的运动速度 受惯性作用 波浪最高处向前倾倒 摔到海滩上 成为飞溅的浪花 科普知识 无风不起浪 和 无风三尺浪 的说法都没有错 事实海上有风没风都会出现波浪 通常所说的海浪 是指海洋中由风产生的波浪 包括风浪 涌浪和近岸波 无风的海面也会出现涌浪和近岸波 这大概就是人们所说 无风三尺浪 的证据 但实际上它们是由别处的风引起的海浪传播来的 广义上的海浪 还包括天体引力 海底地震 火山爆发 塌陷滑坡 大气压力变化和海水密度分布不均等外力和内力作用下 形成的海啸 风暴潮和海洋内波等 它们都会引起海水的巨大波动 这是真正意义上的无风也起浪 科普知识 海浪的主要类型 风浪 指的是在风的直接作用下产生的水面波动 涌浪 指的是风停后或风速风向突变区域内存在下来的波浪和传出风区的波浪 近岸浪 指的是由外海的风浪或涌浪传到海岸附近 受地形作用而改变波动性质的海浪 科普知识 例4 沿绳传播的一列机械波 当波源突然停止振动时 A 绳上各质点同时停止振动 横波立即消失B 绳上各质点同时停止振动 纵波立即消失C 离波源较近的各质点先停止振动 较远的各质点稍后停止振动D 离波源较远的各质点先停止振动 较近的各质点稍后停止振动 C 例5 关于机械波和机械振动的下列说法 正确的是 A 有机械振动 就一定产生机械波B 有机械波 则一定有机械振动C 机械波就是质