高中物理 第二章 机械波 章末总结课件 教科版选修34 .ppt

第二章机械波 章末总结 网络构建区 机械波 机械波的形成 形成 机械振动在中的传播条件 波源 振源 介质 二者缺一不可特点 传播的是振动形式 能量和信息 质点随波迁移波与质点振动的关系 有机械振动有机械波 有机械波必有机械振动分类 按机械波传播方向与质点振动方向的关系分为和 介质 不 不一定 横波 纵波 机械波 描述波的物理量 波长 频率f 周期t 波速v关系 v 或v f 机械波 波的图像 形成 前面的质点带动后面的质点 将传播出去物理意义 横坐标表示波的传播方向上各质点的位置 纵坐标表示某一时刻各质点平衡位置的位移 振动图像与波的图像 相同点 纵坐标表示位移不同点 横坐标表示的意义不同 从波的图像获得的信息 各质点的位移大小和方向各质点的振幅确定波的传播方向或各质点的振动方向 振动形式 平衡 偏离 机械波 波的一些现象 衍射 波绕过障碍物的现象叠加原理 几列波相遇时保持各自的振动状态 各质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的干涉 频率的两列波叠加 使某些区域的振动 某些区域的振动的现象多普勒效应 是由波源与观察者 距离变化 产生的 一切波都能发生多普勒效应 反射和折射 矢量和 相同 加强 减弱 相对运动 学习探究区 一 波的形成及传播规律 二 波动图像反映的信息及其应用 三 波动图像与振动图像的区别和联系 四 波动问题的多解性 一 波的形成及传播规律 返回 1 波的形成及特点 波源把自己的振动方式通过介质的质点由近及远地传播 就形成了波 1 质点只在自己的平衡位置附近振动 并不随波迁移 2 介质中每个质点的起振方向都和波源的起振方向相同 3 每个质点的振动周期都等于波的传播周期 质点振动一个周期波传播一个波长 4 波传播的是波源的振动形式和能量 也能传递信息 返回 2 波长 周期 频率的关系 v f 其中波速v与介质有关 因波传播的是波源的振动形式 故当同一列波在不同种介质中传播时 波的周期和频率不发生变化 一 波的形成及传播规律 t 返回 例1在xoy平面内有一列沿x轴正方向传播的简谐横波 波速为2m s 振幅为a m n是位于平衡位置且相距2m的两个质点 如图1所示 在t 0时 m通过其平衡位置沿y轴正方向运动 n位于其平衡位置上方最大位移处 已知该波的周期大于1s 则 一 波的形成及传播规律 图1 返回 a 该波的周期为sb 在t s时 n的速度一定为2m sc 从t 0到t 1s m向右移动了2md 从t s到t s m的动能逐渐增大 一 波的形成及传播规律 返回 解析根据题意 m n间的基本波形如图所示 则 x n n 0 1 2 所以该简谐横波的波长 m n 0 1 2 根据v 得简谐横波的周期t s n 0 1 2 当n 0时 t s 当n 1时 t s 又题设t 1s 所以该波的周期t s 选项a错误 一 波的形成及传播规律 t 返回 波的传播速度与质点的振动速度是两个不同的物理量 当t s时 n在平衡位置 振动速度最大但不一定为2m s 选项b错误 波在传播的过程中 介质质点不沿波的传播方向移动 选项c错误 从t s到t s m从正的最大位移处向平衡位置振动 速度逐渐增大 动能也逐渐增大 选项d正确 答案d 一 波的形成及传播规律 二 波动图像反映的信息及其应用 返回 从波动图像中可以看出 1 波长 2 振幅a 3 该时刻各质点偏离平衡位置的位移情况 4 如果波的传播方向已知 可判断各质点该时刻的振动方向以及下一时刻的波形 5 如果波的传播速度大小已知 可利用图像所得的相关信息进一步求得各质点振动的周期和频率 二 波动图像反映的信息及其应用 例2如图2所示的横波正在沿x轴正方向传播 波速为0 5m s 请回答下列问题 图2 1 p点此时速度方向如何 加速度方向如何 2 质点k和p哪个先回到平衡位置 返回 二 波动图像反映的信息及其应用 1 p点此时速度方向如何 加速度方向如何 2 质点k和p哪个先回到平衡位置 3 经过半个周期 质点l的位移和路程分别等于多少 波传播的距离是多少 4 请画出此波经过1s后的波形曲线 解析 1 由于波沿x轴正方向传播 可判断p点向上振动 即p点速度方向向上 加速度方向与位移方向相反 指向y轴负方向 返回 二 波动图像反映的信息及其应用 2 质点p向上振动 回到平衡位置的时间大于 而质点k经回到平衡位置 故质点k先回到平衡位置 3 质点l经过半个周期 回到平衡位置 位移为0 路程为2a 0 2m 波传播的距离为 1 0m 返回 二 波动图像反映的信息及其应用 4 ts 4s 而 t 1s 在内波传播 经后的波形如图中虚线所示 答案见解析 返回 三 波动图像与振动图像的区别和联系 返回 面对波的图像和振动图像问题时可按如下步骤来分析 1 先看两轴 由两轴确定图像种类 2 读取直接信息 从振动图像上可直接读取周期和振幅 从波的图像上可直接读取波长和振幅 3 读取间接信息 利用振动图像可确定某一质点在某一时刻的振动方向 利用波的图像可进行波传播方向与某一质点振动方向的互判 4 利用波速关系式 波长 波速 周期间一定满足v t f 三 波动图像与振动图像的区别和联系 返回 例3 2014 新课标 34 1 图3 a 为一列简谐横波在t 0 10s时刻的波形图 p是平衡位置在x 1 0m处的质点 q是平衡位置在x 4 0m处的质点 图 b 为质点q的振动图像 下列说法正确的是 图3 三 波动图像与振动图像的区别和联系 返回 a 在t 0 10s时 质点q向y轴正方向运动b 在t 0 25s时 质点p的加速度方向与y轴正方向相同c 从t 0 10s到t 0 25s 该波沿x轴负方向传播了6md 从t 0 10s到t 0 25s 质点p通过的路程为30cme 质点q简谐运动的表达式为y 0 10sin10 t 国际单位制 三 波动图像与振动图像的区别和联系 返回 解析由y t图像可知 t 0 10s时质点q沿y轴负方向运动 选项a错误 由y t图像可知 波的振动周期t 0 2s 由y x图像可知 8m 故波速v 40m s 根据振动与波动的关系知波沿x轴负方向传播 则波在0 10s到0 25s内传播的距离 x v t 6m 选项c正确 三 波动图像与振动图像的区别和联系 返回 在t 0 25s时其波形图如图所示 此时质点p的位移沿y轴负方向 而回复力 加速度方向沿y轴正方向 选项b正确 t 0 15s t 质点p在其中的t内路程为20cm 在剩下的t内包含了质点p通过最大位移的位置 故其路程小于10cm 因此在 t 0 15s内质点p通过的路程小于30cm 选项d错误 三 波动图像与振动图像的区别和联系 返回 由y t图像可知质点q做简谐运动的表达式为y 0 10sint m 0 10sin10 t m 选项e正确 答案bce 四 波动问题的多解性 返回 波在传播过程中 由于空间周期性 时间周期性和传播方向的双向性而引起多解 解决这类问题要注意下列情况 1 波的空间周期性 在波的传播方向上 相距为波长整数倍的质点的振动情况相同 2 波的时间周期性 由波的传播特性可知 经过整数倍个周期 波的图像相同 3 波的传播方向的双向性 若根据题中条件无法确定波的传播方向 在解题时要注意考虑波的传播方向可以有两个方向 四 波动问题的多解性 返回 例4如图4所示 实线是某时刻的波形图线 虚线是0 2s后的波形图线 图4 1 若波向左传播 求它传播的距离及最小距离 2 若波向右传播 求它的周期及最大周期 3 若波速为35m s 求波的传播方向 四 波动问题的多解性 返回 解析 1 由题图知 4m 若波向左传播 传播的距离的可能值为 x n 4n 3 m n 0 1 2 最小距离为 xmin 3m 2 若波向右传播 x n 4n 1 m n 0 1 2 所用时间为 t n t 0 2s 故t s n 0 1 2 所以tmax 0 8s 四 波动问题的多解性 返回 3 x v t 35 0 2m 7m 3 m 所以波向左传播 答案见解析 四 波动问题的多解性 返回 针对训练如图5所示 简谐横波在t时刻的波形如实线所示 经过 t 3s 其波形如虚线所示 已知图中x1与x2相距1m 波的周期为t 且2t t 4t 则可能的最小波速为 m s 最小周期为 s 图5 四 波动问题的多解性 返回 解析由题图可知波长为 7m 若波向右传播 则 t t nt 故t 结合题目可知n 2 3 若波向左传播 则 t t mt 故t 结合题目可知m 2 3 当波向右传播 且n 2时 周期t最大 为t s 波速最小 最小波速为v m s 5m s 当波向左传播 且m 3时 周期最小 最小周期为t s 答案5 自我检测区 1 2 3 1 波的图像 沿x轴正方向传播的一列简谐横波在t 0时刻的波形如图6所示 m为介质中的一个质点 该波的传播速度为40m s 则t 1 40ss时 a 质点m对平衡位置的位移一定为负值b 质点m的速度方向与对平衡位置的位移方向相同c 质点m的加速度方向与速度方向一定相同d 质点m的加速度方向与对平衡位置的位移方向相反 1 2 3 图6 解析由于波沿x轴正方向传播 由波动与振动的关系可知 t 0时刻m点正沿y轴正方向振动 从图像上可知波长 4m 因此周期为t s t s时 质点振动了周期 m点经过周期 位移一定为正 且m点正沿 y方向运动 速度方向与位移方向相反 a b项错误 加速度方向总是指向平衡位置 因此此时m点的加速度也沿 y方向 c d项正确 答案cd 1 2 3 2 波动图像与振动图像 某波源s发出一列简谐横波 波源s的振动图像如图7所示 在波的传播方向上有a b两点 它们到s的距离分别为45m和55m 测得a b两点开始振动的时间间隔为1 0s 由此可知 波长 m 当b点离开平衡位置的位移为 6cm时 a点离开平衡位置的位移是 cm 1 2 3 图7 解析由题意可知波速v 10m s 周期t 2 0s 波长 20m a b相差半个波长 振动情况完全相反 故b点位移为 6cm时 a点位移为 6cm 答案20 6 1 2 3 3 波动问题的多解性 一列简谐横波沿直线