szw第2课时机械波.ppt

丽水中学宋樟伟 20110216 2 机械波 第十一章机械振动与机械波 I 对所列知识要知道其内容及含义 并能在有关问题中识别和直接使用 与课程标准中的 了解 和 认识 相当 知其然 II 对所列知识要理解其确切含义及其他知识的联系 能够进行叙述和解释 并能在实际问题的分析 综合 推理和判断等过程中运用 与课程标准中的 理解 和 应用 相当 知其然 知其所以然 一 考点展示 考情分析 第十一章机械振动与机械波 2机械波 前页 后页 地位分析 频度分析 题型分析 命题趋势 难易分析 情境分析 一 考点展示 考情分析 前页 后页 第十一章机械振动与机械波 2机械波 二 考点成网 优化结构 前页 后页 机械振动与机械波 机械振动 机械波 简谐运动 简谐波 第十一章机械振动与机械波 2机械波 考点自清一 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 介质 波源 介质 受迫 三 考点复习 疑难辩析 一 考点自清 第十一章机械振动与机械波 2机械波 前页 后页 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 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 质点分布密的叫 质点分布疏的叫 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 振幅 周期 平衡位置 波的传播方向 凹陷 一条直线 密部 疏部 总是相同 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 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 3 波速v 单位时间内振动向外传播的距离 即v 波速与波长和频率的关系 波速的大小由决定 波峰 密部 波长 波源 不变 v f 介质 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 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 差不多 更小 热点聚焦热点一机械波的特点1 介质依存性 机械波离不开介质 真空中不能传播机械波 2 能量信息性 机械波传播的是振动的形式 因此机械波可以传递能量 传递信息 3 传播不移性 在波的传播方向上 各质点只在各自的平衡位置附近振动 并不随波定向迁移 4 时空重复性 机械波传播时 介质中的质点不断地重复着振源的振动形式 5 周期 频率同源性 介质 包括在不同介质 中各质点的振动周期和频率都等于振源的振动周期和频率 而且在传播过程中保持稳定 6 起振同向性 各质点开始振动的方向与振源开始振动的方向相同 前页 后页 三 考点复习 疑难辩析 二 热点聚焦 第十一章机械振动与机械波 2机械波 热点二振动图象与波动图象的比较 热点三多普勒效应的成因分析1 接收频率的实质 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 单位时间内通过接收者的完全波的个数 即接收频率 2 波源不动 观察者朝向波源以某一速度运动 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 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 3 观察者不动 波源朝向观察者以某一速度运动 由于波长变短 而使得单位时间内通过观察者的完全波的个数增多 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 一句话 多普勒效应可以用抛接蓝球进行类比 热点四波的干涉与波的衍射的比较 内容 衍射和干涉 特别提示1 波的干涉和衍射现象都是波特有的现象 可以帮助我们区别波动和其他运动形式 2 任何波都能发生衍射现象 区别在于现象是否明显 3 只有符合干涉条件的两列波相遇时才能产生干涉现象 机械振动与机械波 机械振动 机械波 简谐波 简谐运动 意义 分类 作用 现象 三 考点复习 疑难辩析 三 考点结构 第十一章机械振动与机械波 2机械波 前页 后页 形成 条件 描述 规律 三 考点复习 疑难辩析 三 考点结构 第十一章机械振动与机械波 1机械振动 前页 后页 机械振动与机械波 机械振动 机械波 简谐波 简谐运动 意义 振动在介质的传播过程 分类 横波和纵波 作用 传播振动 传输能量 传递信息 现象 干涉 衍射和多普勒效应 形成 条件 波源和介质 描述 v T和 规律 波的图象 一质点做受迫振动 两质点前带后振动 大量质点延时振动 例1 图1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 图1 典型问题一 波的传播过程及特点 第十一章机械振动与机械波 2机械波 四 考点应用 精讲精析 前页 后页 1 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中完全相同 2 试画出从图1某时刻开始经时的绳波形状 在绳波上标出质点3 9 15的位置 3 由图1某时刻开始一段时间后再出现图2所示的绳波形状 你能推测这段时间与质点振动周期的关系吗 图2 温馨提示 波动和振动方向的对应性 可用 口决法 和 微平移法 分析 2 画波的图象的两种方法 两点振动法 微观质点 和 两点平移法 宏观波形 前页 后页 解析 1 由题中给出9 10 11 12四点的位置和运动方向 如图甲所示 图中MN为各点的平衡位置 根据各点此时的运动方向 即可找到再过T绳波的形状 如图虚线所示 故再过T 3 4 5 6四质点的位置和运动方向如图乙所示 2 经质点3 9 15在最大位移处 3 15在正向 9在负向 0 6 12在平衡位置 所以绳波形状如图所示 3 经质点9 12的位置与图b相同可知 每个质点从图b开始又振动了周期的整数倍 故这段时间t与质点振动周期的关系为t nT 答案见解析 变式练习1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3 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 1 波长为多少 2 质点振动的周期为多少 图3 典型问题一 波的传播过程及特点 第十一章机械振动与机械波 2机械波 四 考点应用 精讲精析 前页 后页 8L 温馨提示 波前质点起振的同向性 波动和振动方向的对应性 可用 口决法 和微平移法分析 思路点拨由波的图象读出波长 由题中给出的时间关系结合质点的振动情况求振动周期 解析由图可知该波的波长为8L 由波的传播方向可推知质点9在 t时刻的振动方向向上 而t 0时刻波刚传到质点1时其振动方向是向下的 由此可见质点9并非是 t时间第一次出现的波形 可知 t时刻在质点9的右侧还应有半个波长的波形未画出来 即经 t波应从质点1传播到质点13 未画出 传播的距离 x 1 5 12L 故波速v 波的周期T 答案 1 8L 2 例2 一列简谐横波沿x轴传播 如图4甲 乙所示分别为传播方向上相距3m的两质点的振动图象 则波的传播速度大小可能为 A 30m sB 20m sC 15m sD 5m s 典型问题四 波的多解性问题 第十一章机械振动与机械波 2机械波 四 考点应用 精讲精析 前页 后页 A 温馨提示本题产生多解性问题的原因和解决方法 产生的原因是两点间波形具有多种可能性及波动振动方向双向可能性 解决的方法采用辅助横波法化画出两点间的各种可能的波形 解析由t 0时振动图象可得如右图的波的形状 P考虑到周期性 x n 分析知A正确 答案A 规律总结 变式练习2在图5所示的图象中 实线是一列简谐横波在某一时刻的图象 经过t 0 2s后这列波的图象如图中虚线所示 求这列波的波速 图5 第十一章机械振动与机械波 2机械波 四 考点应用 精讲精析 前页 后页 典型问题四 波的多解性问题 温馨提示本题产生多解性问题的原因和解决方法 产生的原因是波动振动的双向可能性和波形的时空周期性 解决的方法分别讨论和采用两点振动法或两点平移法分析出可能的传播时间或位移 波沿x轴正向传播v1 5 4n 1 m s n 0 1 2 3 波沿x轴负向传播v2 5 4n 3 m s n 0 1 2 3 波速v1 5 4n 1 m s n 0 1 2 3 设波沿x轴负方向传播 t 0 2s可能是 n 个周期 n 0 1 2 即t n T2 周期T2 波速v2 5 4n 3 m s n 0 1 2 答案波沿x轴正向传播v1 5 4n 1 m s n 0 1 2 3 波沿x轴负向传播v2 5 4n 3 m s n 0 1 2 3 例3 有一列向右传播的简谐横波 某时刻的波形如图6所示 波速为0 6m s P点的横坐标x 0 96m 从图示时刻开始计时 此时波刚好传到C点 1 此时刻质点A的运动方向和质点B的加速度方向是怎样的 2 经过多少时间P点第二次到达波峰 3 画出P质点开始振动后的振动图象 典型问题三 波中的波动图象与振动图象的互推问题 第十一章机械振动与机械波 2机械波 四 考点应用 精讲精析 前页 后页 均沿y轴正方向 1 9s 解析 1 均沿y轴正方向 波向右匀速传播 根据振动与波动的关系判断此时质点A的振动方向向上 即沿y轴正方向 由波形图象容易观察 此时质点B离开平衡位置的位移为负值 所以其受到的回复力F kx 回复力和加速度的方向都为正值 沿y轴正方向 2 解法一由波形图象可知 波长 0 24m由波速公式v 可求得波的周期T 波从该时刻传播到P点经历的时间t1 根据波刚好传到C点 该波的起振方向向下 所以 P点开始振动时向下 开始振动后第二次到达波峰经历的时间t2 1T 0 7s所以P点第二次到达波峰需要的总时间t t1 t2 1 9s 解法二P质点第二次到达波峰即第二个波峰传到P点 则第二个波峰到P点的距离为s x 1 14m波匀速传播 所以t s 1 9s 3 振动图象如右图所示 答案 1 均沿y轴正方向 2 1 9s 3 如解析图 方法提炼1 微平移法 沿波的传播方向将波的图象进行一微小平移 然后由两条波形曲线来判断 2 上 下坡 法沿着波的传播方向看 上坡的点向下振动 下坡的点向上振动 即 上坡下 下坡上 3 逆向描迹法逆着波的传播方向用铅笔描波形曲线 笔头向上动 质点的振动方向向上 笔头向下动 质点的振动方向就向下 4 同侧法质点的振动方向与波的传播方向在波的图象的同一侧 当用质点振动方向来判断波的传播方向时 仍应用上述方法 只不过是上述方法的逆向思维 变式练习3图7甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图 图乙为质点P以此时刻为计时起点的振动图象 从该时刻起 A 经过0 35s时 质点Q距平衡位置的距离小于质点P距平衡位置的距离B 经过0 25s时 质点Q的加速度大于质点P的加速度C 经过0 15s 波沿x轴的正方向传播了3mD 经过0 1s时 质点Q的运动方向沿y轴正方向 第十一章机械振动与机械波 2机械波 四 考点应用 精讲精析 前页 后页 典型问题三 波中的振动与波动的互推问题 AC 解析由振动图象可判定t 0时刻质点P向下振动 则机械波向右传播 经0 35s 即经1T时 P点在波峰 故Q距平衡位置的距离小于P到平衡位置的距离 A对 经0 25s 即经1T时 P在波谷 Q的加速度小于P的加速度 B错 波速v 所以经0 15s波沿x轴的正方向传播的距离s v t 20 0 15m 3m C对 Q点图示时刻向上振动 经半个周期 其运动方向沿y轴负方向 D错 答案AC 例4 如图8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 图中实线表示波峰 虚线表示波谷 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 图8 典型问题五 波的特有现象问题 第十一章机械振动与机械波 2机械波 四 考点应用 精讲精析 前页 后页 a c e b d f b c d f 温馨提示解决此题的关键 1 知道干涉中振动加强和减弱的条件 2 知道强者恒强弱者恒弱 3 会用几何知识证明f点离相阾的波峰和波谷的平衡位置都相差四分之一个波长 思路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 解析 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 同时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 所以所对应的波形如图 答案 1 a c eb d f 2 b c d f 3 见解析图 变式练习4两列相干波在同一水平面上传播 某时刻它们的波峰 波谷位置如图9所示 图中M是波峰与波峰相遇点 是凸起最高的位置之一 回答下列问题 1 由图中时刻经T 4 质点M相对平衡位置的位移是 2 在图中标出的M N O P Q几点中 振动增强的点是 振动减弱的点是 图9 第十一章机械振动与机械波 2机械波 四 考点应用 精讲精析 前页 后页 典型问题五 波的特有现象问题 0 2 M O P Q N 解析 1 相干波叠加后 会形成振动加强和振动减弱相间的稳定区域 M P Q所在的直线区域是振动加强区域 振动周期与每列波的周期相同 因此经过T 4 M回到平衡位置 因此相对平衡位置的位移为0 2 从右图上可以看出 M P Q在振动加强区域 O点是波谷与波谷相遇 是振动增强点 N点是波峰与波谷相遇点 是振动减弱点 答案 1 0 2 M O P QN 例5 位于坐标原点的波源 在t 0时刻开始振动 起振的方向沿y轴负方向 产生的简谐横波沿x轴正方向传播 t 0 4s时刻 在0 x 4m区域内第一次出现如图10所示的波形 则 1 该波的波速为多少 2 再经多长时间x 16m处的质点第一次位于波峰 3 请在图上画出再过0 1s时的波形图 图10 典型问题二 波的图象问题 第十一章机械振动与机械波 2机械波 四 考点应用 精讲精析 前页 后页 温馨提示解决本题的关键 知道波前质点起振同向性 掌握波的图象 波的形成和采用两点振动法或两点平移法画波形 0 7s 20m s 解析 1 由波形图可以看出 处于坐标原点的质点此时沿y轴负方向振动 故此波的周期T 0 4s 由波形图也可看出波长 8m 所以波速v 20m s 2 解法一在t 0 4s时x 8m处的质点刚要振动 最前面的波峰位于x 2m位置 故再经过 t 0 7s x 16m处的质点第一次位于波峰 解法二图中所示波形传播到该质点的时间t1 0 6s 此时质点起振方向向上 所以再经t2 T 0 1s该质点第一次到达波峰 故总时间t t1 t2 0 7s 3 波形图如下图所示答案 1 20m s 2 0 7s 3 见解析图 规律总结特殊点振动法和波形平移法是确定动态波形的两种基本方法 前者是根据某些特殊质点的位置变化情况来确定波形 这种方法需已知波的传播方向 或需已知某个特殊质点的振动方向 这种方法通常用于 t k k 1 2 3 的情况 后者应根据公式 x v t将整个波形在波的传播方向上进行平行移动从而得到新的波形 实际处理时通常将 去整留零 即可 这种方法是普遍适用的 变式练习5P Q是一列简谐横波中的两质点 相距30m 各自的振动图象如图11所示 1 此列波的频率f Hz 2 如果P比Q离波原近 且P与Q间距离小于1个波长 那么波长 m 波速v m s 3 如果P比Q离波源远 那么波长 答案 1 0 25 2 4010 3 m n 0 1 2 3 图11 典型问题四 波的多解性问题 第十一章机械振动与机械波 2机械波 四 考点应用 精讲精析 前页 后页 温馨提示解决本题的方法 辅助横波法 素能提升1 关于波的衍射现象下列说法正确的是 A 当孔的尺寸比波长大时 一定不会发生衍射现象B 只有孔的尺寸与波长相差不多时 或者比波长还小时才会观察到明显的衍射现象C 只有波才有衍射现象D 以上说法均不正确解析当孔的尺寸比波长大时 会发生衍射现象 只不过不明显 只有当孔 缝或障碍物的尺寸跟波长相差不多 或者比波长更小时 才会发生明显衍射现象 切不可把此条件用来判断波是否发生了衍射现象 BC 2 如图12甲所示 波源S从平衡位置开始上下 y轴方向 振动 产生的简谐波向右传播 经0 1秒后P点开始振动 已知SP 2m 若以P点开始振动作为计时起点 图乙为P点的振动图象 则下列说法中正确的是 A 该简谐波的波速为20m sB 该波的周期为0 4sC 波源S最初是向下振动D 该波的波长为20m 图12 解析波在均匀介质中传播做匀速运动 因此其速度v 20m s A正确 波振动的周期等于质点振动的周期 因此从P点的振动图象可知波的周期为T 因而无法知道周期的确定值 由v 可知波长无法求 B D错误 波传播路径上所有质点的起振方向都和波源处质点的振动方向相同 因此由P点的振动图象可知P点的起振方向向下 因而波源S最初也是向下振动的 C正确 答案AC 3 下列关于水波传播发生了明显衍射现象的是 A 在水波前进方向上遇到突出水面的小树桩 小树桩对水波的传播没有影响B 在水波前进方向上遇到一个障碍物 障碍物后面的水并没有发生振动C 水波前进方向上有一个带孔的屏 孔后的区域传播着圆形的波浪D 水波前进方向上有一个带缺口的屏 水波沿缺口直线传播 屏后 阴影区 的水面没有明显的振动 解析在水波前进方向上遇到突出水面的小树桩 小树桩对水波的传播没有影响 说明水波能绕过树桩传播 发生了明显的衍射 A正确 在水波前进方向上遇到一个障碍物 障碍物后面的水并没有发生振动 说明水波没能明显地绕过障碍物传播 没有发生明显的衍射 B错误 水波前进方向上有一个带孔的屏 孔后的区域传播着圆形的波浪 说明水波能绕到屏后传播了 发生了明显的衍射 水波前进方向上有一个带缺口的屏 水波沿缺口直线传播 屏后 阴影区 的水面没有明显的振动 即水波没有明显地绕到屏后传播 没有发生明显的衍射 C正确 D错误 答案AC 4 a为声源 发出声波 b为接收者 接收a发出的声波 a b若运动 只限于沿两者连线方向上 下列说法中正确的是 A a静止 b向a运动 则b收到的声频比a发出的高B a b向同一方向运动 则b收到的声频一定比a发出的高C a b向同一方向运动 则b收到的声频一定比a发出的低D a b都向相互背离的方向运动 则b收到的声频比a发出的高 解析波源a静止 接收者b向a运动 接收到的频率变高 A正确 a b向同一方向运动 如果a在前 且a的速度比b的大 相当于b远离a 接收到的频率降低 若a的速度比b的小 相当于b靠近a 接收到的频率变高 B C错误 a b都向相互背离的方向运动 b相对于a远离 则b收到的频率比a发出的低 答案A 5 图13所示为位于坐标原点的波源A沿y轴方向做简谐运动刚好完成一次全振动时的波的图象 图中B C表示沿波传播方向上介质中的两个质点 若将该时刻设为t 0时刻 已知该波的波速为10m s 则下列说法中正确的是 A 波源A开始振动时的运动方向沿y轴正方向B 在此后的第1s内回复力对波源A一直做正功C 从t 0时刻起0 6s内质点C通过的路程为9cmD 对波源A和质点B C在任何连续