机械波的形成和传播ppt课件

第二章机械波 1 什么是机械振动和简谐运动 答 物体 或物体的一部分 在平衡位置 中心位置 附近所做的往复运动 叫做机械振动 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 叫简谐运动 一 复习引入 2 简谐运动图象的物理意义是什么 答 表示振动物体离开平衡位置的位移与时间的函数关系 即表示振动物体离开平衡位置的位移随时间变化的规律 即表示某振动物体在各个时刻相对平衡位置的位移 简谐运动图象也叫振动图象 x t图象 机械振动是描述单个质点的运动形式 如果 做简谐运动的质点与周围的质点有相互作用 那么它的振动对周围质点有什么影响呢 F回 mgsin 3 单摆的回复力的公式 周期公式 1 机械波的形成和传播 向平静的水面扔一块石头 水面上会荡起圈圈涟漪 以石头落水处为中心 起伏的波纹向四周围延展 形成水波 思考讨论 在上面叙述的情景中 若水面上存在漂浮的一片树叶 则树叶将向哪里漂动 拨动琴弦 弦的振动在周围的介质中形成声波 固定较长细绳的一端 用手握住另一端做连续上下振动 你会看到绳上形成一列波 绳波 用手握住绳子 丝带 的一端上下抖动 就会看到凹凸相间的波纹向绳 丝带 的另一端传播出去 这样就形成了绳波 五星红旗迎风飘扬 波在五星红旗上传播 水平弹簧振子做简谐运动 并在弹簧上产生一列疏密相间的波沿弹簧传播开去 远处的地震激起的地震波 地震横波 纵波 由震源区沿地面向四周传开 会引起地面的振动 以上所列的水波 声波 地震波 绳波都是机械波 光波 无线电波都是电磁波等都是我们接触到的一种广泛存在的运动形式 波动 机械波是怎么形成和传播的呢 一 几个概念 1 波源 引起波动的振动质点 物体 叫波源也称振源 机械振动 2 介质 就是传播机械振动的媒介物 水 绳子 空气 固 液 气 3 产生机械波的条件 1 要有波源 两者缺一不可 2 要有介质 4 机械波 机械振动在介质中的传播过程 注意 有机械波一定有波源 机械振动 有波源 机械振动 不一定有机械波 二 机械波的形成和传播 1 介质模型 把介质看成是由无数个质点弹性连接而成 质点间存在相互作用力 2 机械波的形成和传播 演示实验1 解析 由于相邻质点间有弹力的作用 当介质中某一质点发生振动时 就会带动周围的质点振动起来 从而使振动向远处传播 具体解析 第1排 1到18各小点代表绳上的一排质点 质点间有弹力联系 t 0时 所有质点在没有外来扰动前都处在各自的平衡位置 其中第一个质点由于受到外力 波源 的作用 在波源的带动下将开始沿竖直方向做受迫振动 即将沿竖直向上起振 设振动周期为 演示实验2 演示实验3 第2排t T 4时 表示T 4时刻各质点的位置 这时质点1在波源的带动下已达到最大位移 即将向下运动 质点2在质点1的带动下做受迫振动 振动较质点1落后一些 仍向上运动 质点3在质点2的带动下做受迫振动 振动较质点2落后一些 但仍向上运动 此时振动刚好传播到质点4 质点4在质点3的带动下做受迫振动即将向上运动 即将沿竖直向上起振 第3排t T 2时 表示T 2时刻各质点的位置 这时质点1又回到平衡位置 并将向下运动 质点4刚好达到向上的最大位移处 即将向下运动 此时振动传播到质点7 质点7即将竖直向上起振 1 传播水波的水 传播绳波的绳 传播声波的空气是由许多存在相互作用的小部分 可视为质点 组成 在没有外来振动影响时 它们静止在各自的位置 平衡位置 高中只研究直线波的形成 平衡位置在同一直线上 依次类推 第4 5 6排分别表示3T 4 T 5T 4时刻各质点的位置 2 当受到外来扰动时 某一质点将首先离开它的平衡位置开始振动起来 开始振动的这一质点称为波源 3 由于质点间存在相互作用力 波源质点对它邻近质点的作用力使其离开平衡位置开始振动 而邻近质点对波源质点的作用力使波源质点回到平衡位置 因此 各质点间的相互作用力是它们振动的回复力 4 波源邻近质点的振动又带动它邻近质点的振动 这样依次带动下去 后一个质点总比前一个质点迟一些开始振动 于是振动逐渐由近及远的传播开去 从整体上看就形成凸凹 疏密 相间的 机械 波 带动性 模仿性 滞后性 三 机械波的特点 1 各质点都做受迫振动 2 各质点振幅相同 3 各质点振动周期 频率 相同 且与波源的振动周期 频率 相同 4 各质点振动不同步 离波源越远 质点的振动越滞后 5 各质点只在各自的平衡位置附近振动 并不 随波逐流 沿波迁移 例子 6 机械波是构成介质的无数质点的一种共同运动形式 7 实质 机械波向前传播的是振动的形式与能量 波是传播能量 运动形式 传递信息的一种方式 四 波的种类 1 横波 1 定义 2 纵波 质点的振动方向跟波的传播方向在同一直线上的波 2 波形特点 疏密相间的波形 又叫疏密波 有密部和疏部 根据波的传播方向和质点的振动方向分类 质点的振动方向跟波的传播方向垂直的波 凸凹相间的波形 又叫起伏波 有波峰和波谷 1 定义 2 波形特点 例如 把一根长绳的一端拿住并沿竖直方向上下抖动时 形成的绳波沿绳的水平方向在绳上传播 而绳中各质点在竖直方向上振动 形成横渡 例如 音叉振动时 它的叉股向左侧振动 压缩邻近的空气 使这部分空气向左振动而挤压左侧空气 使其变密 叉股向右侧振动时 左侧空气随之向右振动 而使左侧邻近空气变疏 右侧空气也同样 就这样 介质空气在水平方向左右振动 只研究同一直线上的波 使疏密相间的状态沿同一直线向外传播形成声波 因此 声波中质点的振动方向和波的传播方向在同一直线上 是纵波 又如 把一根长弹簧的一端固定 在另一端用手轻轻地向右一推 就使手推的这部分弹簧向右运动而压缩邻近的弹簧 使弹簧圈变密 当向左拉一下弹簧时 手拉的这部分弹簧圈向左运动 从而拉动它邻近的弹簧圈 使弹簧圈又变疏 如果不断地推拉弹簧 就会看到一系列密集部分和稀疏部分相互间隔地依次沿弹簧向前传播 弹簧圈的振动方向跟波的传播方向在一条直线上 形成的也是纵波 例 声波是纵波 其中波源 声带 介质 固 液 气 地震波既有横波又有纵波 水波既不是横波也不是纵波 叫做水纹波 3 固体既能传播纵波又能传播横波 液体 气体只能传播纵波 机械振动是单个质点在其平衡位置附近做往复运动的 个体行为 机械波是大量的 彼此相联系的质点将波源的机械振动在空间传播的 群体行为 注意 结论 机械波产生的原因是由于介质内部的各质点间存在相互作用力 介质内部的力学性质决定的 机械振动在介质中的传播形成机械波 五 波动与振动的区别与联系 1 区别 从运动现象上来看 振动是一个质点或一个物体的往复运动 而波动是介质中大量质点依次发生振动而形成的集体运动 从运动原因上来看振动是由于质点离开平衡位置后受到回复力作用而形成的 而波动是介质中的某一部分受到扰动后发生形变产生弹力牵引相邻的质点运动 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 从构成介质的整体来看 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 的传播过程 例1某地区发生地震 在观测站测得地震形成的横波和纵波传播速度分别为40km h和80km h 若该观测站到震源距离为160km 则地震形成的横波和纵波传到该观测站的时间差为多少 解析 纵波传到观测站需要时间横波传到观测站需要时间所以时间差为答案2h 例2关于振动和波动的关系 下列说法中正确的是 A 振动是波动的成因 波动是振动的传播B 振动是单个质点呈现的运动现象 波动是许多质点呈现的运动现象C 沿波的传播方向上 各质点在各自的平衡位置附近的振动 同时随波迁移D 波源停止振动时 波立即停止传播 AB 例3下列关于机械波的说法中 正确的是 A 产生机械波必须要有两个条件 即振源和传播介质 B 波动过程是质点由近及远的传播过程 C 波动过程中能量由近及远传播 D 波动过程是机械振动在介质中的传播 ACD 例4 下列说法中 正确的是 A 有机械振动就一定有机械波 B 有机械波就一定有机械振动 C 振源一停止振动 波立即停止传播 D 由于各质点都要参与振动 所以媒质要随波发产迁移 B 例5 在波的传播过程中 下列有关介质中质点的振动的说法中 正确的是 A 质点在介质中作自由振动 B 各质点的振动频率都相同 C 各质点的振动速度都相同 D 质点速度最大时 质点一定在平衡位置 BD 例6 下列有关横波与纵波的说法中 正确的 A 沿水平方向传播的波为横波 B 沿竖直方向传播的波为纵波 C 纵波与横波不可以同时在同一介质中传播 D 凡是振动方向与波传播方向在同一条直线上的波都是纵波 D 例7 如图所示 是以质点P为波源的机械波沿着一条轻绳传播到质点Q的波形图 则质点P刚开始振动时的方向为 A 向上B 向下C 向左D 向右 解析由于波源带动了后面的质点依次振动 且后面的质点总是重复前面质点的振动状态 所以介质中各质点开始振动时的方向都与波源开始振动时的方向相同 此时波刚传播到质点Q 质点Q此时的振动状态与波源P开始振动时的状态相同 由波的传播特点可知 质点Q此时是向上运动的 所以波源P刚开始振动时的方向也是向上的 A 例8一列横波沿绳子向右传播 某时刻绳子形成如图所示的形状 对此时绳上A B C D E F六个质点 A 它们的振幅相同B 质点D和F的速度方向相同C 质点A和C的速度方向相同D 从此时算起 质点B比C先回到平衡位置 AD 解析 例9 一个小石子落入平静的湖面中央 圆形波纹一圈圈向外传播 有一片树叶落在水面上 则树叶 A 逐渐漂向湖畔B 逐渐漂向湖心C 在落下的地方上下动荡D 沿树叶所在的圆圈做圆周运动 C 例10 在敲响古刹里的大钟时 有的同学发现 停止对大钟的撞击后 大钟仍 余音未绝 分析其原因是 A 大钟的回声B 大钟在继续振动C 人的听觉发生 暂留 的缘故D 大钟虽停止振动 但空气仍在振动 点拨 停止撞钟后 大钟的振动不会立即消失 因为振动能量不会凭空消失 再振动一段时间后 由于阻尼作用 振动才逐渐消失 故B正确 B 例11一列横波在某时刻的波形如图l0 1 1所示 此时质点F的运动方向向下 则下列说法正确的是 A 波水平向右传播B 质点H与质点F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C的加速度为零 C 解析 例12 当地壳某处发生地震时 地震波由震源向四周传播 既有横波也有纵波 已知横波的传播速度为7 5km s 纵波的传播速度为14km s 当地震发生时 离震源一定距离处 若人们先感到房子上 下震动了几次 隔了10s 又感到房子水平方向摆动了几次 则震源距离人们所在位置的距离约为多少 解析 例13 如图所示为一弹性绳上形成的水平向右传播的波 试判断绳上a b c d e f g h各个质点的速度方向 谢谢 再见 解析 波中各质点均做受迫振动 不考虑能量损耗 各质点的振幅相同 选项A正确 波传播时 离波源远的质点的振动落后于离波源近的质点的振动 并跟随着近的质点振动 D跟随C正向上运动 F跟随E向下运动 同理 A向下运动 C向上运动 选项B C错误 由于此时B和C两点都向上运动 C比B迟到最大位移处 C回到平衡位置也比B较迟 选项D正确 点拨 质点F追随和它邻近且靠近波源的质点运动 又知道质点F向下振动 则与它邻近的离波源稍近质点的位置应在它的下方 对照图象可以判断出波源在质点F的右方 故波向左传播 所以A错 H质点邻近且离波源稍近的质点I在H的上方 所以H向上振动 所以B错误 同样的方法知道C要向下直接回到平衡位置 而质点B则先向上到达最大位移后再返回到平衡位置 故选项C正确 质点C在最大位移处其加速度最大 故D错 解 设纵波传播到人们所在处所经历的时间为t 则横波传播到人们所在处