高中物理新教材复习教案(机械波).doc

第一单元 机械波的形成 波的图象教学目的：1、深刻理解机械波的形成的特点。 2、熟练掌握波速、波长和频率的概念及大小关系。 3、理解波的图象的物理意义，明确波的图象与振动的图象的区别，能利用波的图象求解相关问题。教学过程：一、基础知识点（一）机械波1机械波的形成机械振动在介质中的传播叫机械波。2产生机械波的条件A波源， B介质3波的种类横波：振动方向垂直于传播方向的波。横波有波峰和波谷。例：水波近似看作横波；光波是横波，但是是电磁波；纵波：振动方向平行于传播方向的波。纵波有密部和疏部。例：声波；地震时所产生的波既有横波也有纵波。4、机械波的特点（1）机械波传播的是振动的形式和能量。质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波定向迁移。（2）介质中各质点的振动的周期和频率都与波源的振动周期和频率相同。而且各质点开始振动的方向与振源开始振动方向也相同，即各质点的振动方向与振源的振动方式完全一致。（3）离波源近的质点带动离波源远的质点依次振动。即离波源较近的介质质点越早开始振动，离波源较远的质点越晚开始振动。在沿波传播方向上的两介质质点P1和P2，开始振动的时间差就是机械振动从一质点P1传播到另一质点P2的传播时间，即，如图1所示，图中为P1、P2两质点平衡位置间的距离，V为波速。4波长两个相邻的在振动过程中对平衡位置的位移总是相等的两个质点间的距离。5波长，频率和波速质点的振动频率=波的频率波在介质中传播的速度叫做波速（波在一个周期内向前推进一个波长）注意：波速反映波在介质中传播快慢程度，而不是质点振动快慢的程度。（机械波的传播速度V完全决定于介质）V=或V=V/T。（二）波的图象1、 物理意义以沿波的传播方向上所有介质质点的平衡位置所在的直线为X轴，以垂直于X轴的直线为Y轴，建立坐标系，让纵坐标表示某时刻质点的振动位移（对于横波，Y轴平行于各质点的振动方向）。将同一时刻不同质点（X不同）的振动位移Y测出，在X、Y坐标系中描出各点对应的点（X、Y），然后将这些描点用平滑的曲线连结起来，所得到的图象，就叫做波的图象。即波的图象是表示沿波的传播方向上，各介质在同一时刻相对平衡位置的位移。注意：（1）坐标原点不一定是波源。（2）波的图象表示在波的传播过程中的某一时刻，介质中各质点的位移随其平衡位置的变化规律。（3）在波传播时，质点并不随波迁移，只是在各自的平衡位置附近做简谐振动（离波源较远的质点是被自己近侧其离波源较近的质点带动着振动）2、形状 当波源作简谐振动时，它在介质中形成简谐波，其波动图象为正弦或余弦曲线。3、波动图象与振动图象的比较振动图象波动图象研究对象一个振动质点沿波传播方向所有质点研究内容一个质点的振动位移随时间的变化规律某时刻所有质点的空间分布规律图象物理意义表示一质点在各时刻的位移表示某时刻各质点的位移图象变化随时间推移图象延续，已有形状不变随时间推移，图象沿传播方向平移一个完整曲线占横坐标距离表示一个周期表示一个波长4、由波的图象可获取的信息（1） 该时刻各质点的位移（2） 质点振动的振幅A；（3） 波长（4） 若知道波速V的方向，可条各质点的振动方向（5） 若知道该时刻某质点的运动方向，可判断波的传播方向。（6） 若已知波速V的大小，可求频率及周期T；（7） 若已知周期T或频率，可求出V的大小；（8） 若已知波速V的大小和方向，可画出经过一小段时间后的波形图：即可把原波形图沿波的传播方向平移二、知识点综合应用1、波的传播方向与质点振动方向的判断方法方法一：上下坡法 沿波的传播速度的正方向看，“上坡”的点向下振动，“下坡”的点向上振动，简称“上坡下，下坡上”。方法二：同侧法 在波的图象上的某一点，沿纵轴方向画出一个箭头表示质点振动方向，并设想在同一点沿水平方向画个箭头表示波的传播方向，那么这两个箭头总是在曲线的同侧。方法三：三角形法 在波的传播过程中，波峰（谷）两侧质点的振动方向一定相反，如图所示，左侧如果质点振动方向向上，则右侧各质点振动方向必向下，反之亦然。这两个方向构成三角形的两条边，第二条（底边）则表示波的传方向。A 如图所示，设质点A左侧各质点振动方向向上，则右侧各质点振动方向向下，贴近波形线画一根表示质点振动方向的（斜）有向线段a和b。连接线段头和线段尾，形成一个三边顺序排列的三角形，其底边所指方向即为波的传播方向。例1、如图2所示为一列简谐横波在某一时刻的波形图，此时此刻质点F的运动方向如图所示，则（ ）A、 该波向左传播； B、 质点B和D的运动方向相同；C、 质点C比质点B先回到平衡位置； D、此时质点F和H的加速度相同。2、波的形成及其特点S例题：在均匀介质中有一个振源S，它以50HZ的频率上下振动，该振动以40m/s的速度沿弹性绳向左、右两边传播。开始时刻S的速度方向向下，试画出在t=0.03s时刻的波形。v v1.2 0.8 0.4 0 0.4 0.8 1.2从开始计时到t=0.03s经历了1.5个周期，波分别向左、右传播1.5个波长，该时刻波源S的速度方向向上，所以波形如右图所示。（介质中每个质点开始振动的方向都和振源开始振动的方向相同）例2、（2006上海）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t，波长为8L（C）周期为t，波速为12L /t （D）周期为t，波速为8L/t练习题：（99年）图a中有一条均匀的绳，1、2、3、4是绳上一系列等间隔的点。现有一列简谐横波沿此绳传播，某时刻，绳上9、10、11、12四点的位置和运动方向如图b所示(其他点的运动情况未画出)，其中点12的位移为零，向上运动，点9的位移达到最大值，试在图c中画出再经过周期时点3、4、5、6的位置和速度方向，其他点不必画（图c的横、纵坐标与图a、b完全相同）例3、一列简谐横波在t=0时刻的波形如图4所示，自右向左传播，已知在t1=0.7s时P点出现第二次波峰（0.7s内P点出现两次波峰），Q点坐标是（-7，0），则以下判断中正确的是（ ）A、质点A和质点B在t=0时刻的位移是相等的；B、在t=0时刻，质点C向上运动；C、在t2=0.9s末，Q点出现第一次波峰；D、在t3=1.26s末，Q点第一次出现波峰；例4、一列横波波速V=。在某一时刻的波形图如图5所示。在这一时刻质点A振动的速度方向沿Y轴正方向，求：（1）这列波的频率，周期和在X轴的传播方向。（2）从这一时刻起，在内质点B运动的距离和位移。（3）画出再经过时的波形图。总结：（1）以横波为模型：即波传播的路程是沿波的传播方向，而质点通过的路程却是沿着与波传播方向垂直的方向。S传播=V S振动路=为周期数（2）由于质点振动的周期性，而带来波具有重复性的特点，这就是波的周期性。3、波的多解问题例5、图6中实线是列简谐波在某一时刻的波形图线，虚线是秒后它的波形图线，这列波可能的传播速度是 。例6、A，B两点是沿波传播方向上相距30两个质点的平衡位置。当处于A处的质点位于波峰位置时，A点右侧的B处的质点恰好位于波谷。已知这列波的波长小于，求这列波的波长。例7、一根张紧的水平弹性长绳上的a、b两点，相距14.0m，b点在a点右方（如图），当一列简谐波沿此长绳向右传播时，若a点的位移达到正极大时，b点的位移恰为0，且向下振动，经过1.00s后，a点的位移为0，且向下振动，而b点的位移恰达到负极大，则这列简谐横波的波速为 。4、综合应用振动图象和波动图象例8、如图7所示，一列简谐波在均匀介质中传播，图甲表示t=0时刻的波形图，图乙表示图甲中P质点从t=0时刻开始的振动图线，则这列波（ ）3 6A、 从左向右传播； B、 波的频率为2Hz；C、 波速为4m/s；D、 P质点和d质点在振动过程中同一时刻位移总是相同例9、（福建省2000年省质检考试10题）已知一列简谐波在X轴上传播，X=0处质点振动图象如图8（A）所示，时刻的波动图象如图8（B）所示，则当时刻，X=-3处质点的位移可能为（ ）A、0 B、0.2m C、-0.2m D、条件不够，无法确定2、一列简谐横波沿x轴负方向传播，图1是t=1s时的波形图，图2是波中某振动质元位移随时间变化的振动图线（两图用同一时间起点），则图2可能是图1中哪个质元的振动图线？Ax=0处的质元 Bx =1m处的质元Cx =2m处的质元 Dx =3m处的质元第二单元 波的干涉 衍射教学目的：1、理解任何波都能发生反射、折射、干涉和衍射现象。波的干涉和衍射是波的本质特征。 2、理解波的叠加原理，能画出两列波叠加后的波形。 3、明确掌握波发生稳定干涉和明显衍射的条件，会确定振动加强区或减弱区域，能判断是否发生稳定干涉或明显衍射现象。教学过程： 一、基础知识点 （一）波的反射和折射反射：波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现象叫做波的反射。（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。折射：波从一种介质射入另一种介质时，传播方向会发生改变，这种现象叫波的折射。（在波的折射现象中，波的频率不变。但波速、波长都发生了改变。） （二）波的衍射和干涉1、波的叠加原理两列波在空间相遇以后，互不干扰，仍以各自的运动特征向前传播，只是在重叠区域里，任一质点的总位移，等于两列波引起的位移的适量和。2、波的衍射波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫波的衍射。衍射现象的本质是波在遇到小孔或障碍物时，偏离了直线传播，使波所波及的范围扩大。任何波都能发生衍射，只是明显还是不明显。（明显衍射现象的条件是苛刻的）3、波的干涉（1）定义频率相同（振动方向平行）的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强区域和振动减弱区域相互间隔，这种现象叫做波的干涉，所形成的图样叫干涉图样。（2）产生稳定干涉的条件两列波的频率必须相同，产生这样波的波源叫相干波源。一切波都能发生干涉（但稳定干涉的条件也很苛刻），干涉也是波特有的现象。（3）振动加强区和减弱区加强区：当两相干波源振动步调完全一致，在两列波相遇区域中的某一点P与两波源S1和S2的距离差满足时，P点为振动加强点，即两列波在P点总是波峰与波峰相遇或者是波谷与波谷相遇，这些点的合振幅A=A1+A2，A1与A2分别为两列波的振幅。减弱区：当两相干涉波源振动步调完全相同时，若P点满足时，P点为振动减弱点，在这样的位置，两列波相遇时，总是波谷与波峰相遇，特别地，当两列波振幅相同时（A1=A2）时，振动减弱点的合振动振幅A=A1-A2=0，根本不动。注意：振动加强点的位移并不总是X= A1+A2，因为这些点也在振动，其振动位移也不断变化。例1、如图所示，S1、S2是两个相干波源，它们振动同步且振幅相同。实线和虚线分别表示在某一时刻它们所发出的波的波峰和波谷。关于图中所标的a、b、c、d四点，下列说法中正确的有A该时刻a质点振动最弱，b、c质点振动最强，d质点振动既不是最强也不是最弱 B该时刻a质点振动最弱，b、c、d质点振动都最强Ca质点的振动始终是最弱的， b、c、d质点的振动始终是最强的D再过T/4后的时刻a、b、c三个质点都将处于各自的平衡位置，因此振动最弱BC。解析：该时刻a质点振动最弱，b、c质点振动最强，这不难理解。但是d既不是波峰和波峰叠加，又不是波谷和波谷叠加，如何判定其振动强弱？这就要用到充要条件：“到两波源的路程之差是波长的整数倍”时振动最强，从图中可以看出，d是S1、S2连线的中垂线上的一点，到S1、S2的距离相等，所以必然为振动最强点。注意：描述振动强弱的物理量是振幅，而振幅不是位移。每个质点在振动过程中的位移是在不断改变的，但振幅是保持不变的，所以振动最强的点无论处于波峰还是波谷，振动始终是最强的。2、 如图所示表示两列相干水波的叠加情况，图中的实线表示波峰，虚线表示波谷。设两列波的振幅均为5 cm，且图示的范围内振幅不变，波速和波长分别为1m/s和0.5m。C点是BE连线的中点，下列说法中正确的是 （ ）AC、E两点都保持静止不动B图示时刻A、B两点的竖直高度差为20cmC图示时刻C点正处于平衡位置且向水面上运动D从图示的时刻起经0.25s，B点通过的路程为20cmBCD。解析：由波的干涉知识可知图6中的质点A、B、E的连线处波峰和波峰或波谷和波谷叠加是加强区，过D、F的连线处和过P、Q的连线处波峰和波谷叠加是减弱区。C、E两点是振动的加强点，不可能静止不动。所以选项A是错误的。在图示时刻，A在波峰，B在波谷，它们振动是加强的，振幅均为两列波的振幅之和，均为10cm，此时的高度差为20cm，所以B选项正确。A、B、C、E均在振动加强区，且在同一条直线上，由题图可知波是由E处向A处传播，在图示时刻的波形图线如右图所示，由图可知C点向水面运动，所以C选项正确。 波的周期T=/v = 0.5s，经过0.25s，即经过半个周期。在半个周期内，质点的路程为振幅的2倍，所以振动加强点B的路程为20cm，所以D选项正确。3、图中是观察水面波衍射的实验装