高中物理奥林匹克竞赛专题-波动(共63张)课件

1、机械波形成的条件：关于波动的五个基本概念 弹性介质（液体，气体，固体）。波源一. 波的产生和传播机械波形成的条件：关于波动的五个基本概念 弹性介质（液体，气1. 质元并未“随波逐流” 波的传播不是介质质元的传播。2 .“上游”的质元依次带动“下游”的质元振动。3 . 某时刻某质元的振动状态将在较晚时刻于“下游”某处出现-波是振动状态的传播。注意4 . 同相位点-质元的振动状态相同。1. 质元并未“随波逐流” 波的传播不是介质质元的传播。2 振动是描写一个质点的振动。波动是描写一系列质点的振动。传播方向向右t后的波形图5.振动与波动的区别和联系6.判断质点振动方向与振动时的方法不同：振动是波动的

2、基础，波动是振动的传播.波形传播只是现象，振动传播才是实质.区别：联系：振动是描写一个质点的振动。波动是描写一系列质点的振动。传播方 按波源的性质可分为： 机械波(如声波、次声波、超声 波等)、 电磁波(如可见光、无线电波、红外线) 根据波的波面形状分为： 平面波、球面波、椭球面波等。 由波传播的空间分为： 一维波、二维波(水面波)、三维波(声波、光波)；二。简谐波的四种分类方式：由质点振动方向与波传播方向的关系可分为：横波、纵波 按波源的性质可分为： 由波传播的空间分为：二。简谐波的 三. 波线和波面 三. 波线和波面 波面波在传播过程中,所有振动相位相同的点连成的面叫波面 波线从波源沿各传

3、播方向所画的带箭头的线波线波面球面波波线波面平面波在各向同性的均匀介质中，波线与波面相垂直。图： 两种特殊的波面 波面波在传播过程中,所有振动相位相同的点连成的面叫声音在空气中传播速度声音在水中传播速度声音在铁轨中传播速度四. 波速、波长以及波的周期和频率 1.波速 u： 单位时间内振动状态传播的距离. 单位 m/s波速是由介质的性质决定的。声音在空气中传播速度声音在水中传播速度声音在铁轨中传播速度四 2.波长： 在同一波线上两个相邻的、振动状态完全相同（或相位差为 ）的两质点间的距离。即为两相邻波峰或波谷或相位相同点间的距离。单位 m 2.波长：4.频率单位时间内,通过波线上某点的完整波的数

4、目（等于波源的简谐振动的频率）.单位：Hz 5。波速u、波长、 周期T、频率 之间的关系：3.周期 T一个完整的波通过波线上某点所需要的时间（等于波源的简谐振动的频率） 。单位 s重要结论：4.频率 5。波速u、波长、 周期T、频率 之间的关系例题14： 在同一种介质中传播着两列不同频率的简谐波.（1）它们的波长是否可能相等？为什么？ 答：不可能相等。例题14： 在同一种介质中传播着两列不同频率的简谐波. （2）如果这两列波分别在两种介质中传播，它们的波长是否可能相等，为什么？答：可能相等介质不同，则：（2）如果这两列波分别在两种介质中传播，它们的波长是否可能相例题15： 已知：x=2.5cm

5、, ,T = 2s. 求 、 。解：波速为例题15：解：波速为五. 波动所遵从的基本原理1.波的叠加原理 两列或两列以上的波可以互不影响的同时通过某一区域；在相遇区域内共同在某质点引起的振动 ,是各列波单独在该质点所引起的振动的合成.这一规律称为波的叠加原理. 2. 惠更斯原理 波动到达的各点（波阵面），（波阵面）上都每一个点都可以看做是发射子波的波源 ,在以后任何时刻，这些子波的包络就是下一时刻的波阵面。五. 波动所遵从的基本原理1.波的叠加原理 两列或两列球 面 波平面波球 面 波平面波平 面 简 谐 波一.一维平面简谐波的波函数（或波动方程）的建立平 面 简 谐 波一.一维平面简谐波的波

6、函数（或波动方程）的YxpuoYxpuo由P点的任意性，得波函数：波函数的其它形式：重要结论。注意适用条件！称为波数思考题：若方向与坐标的正方向相反，波函数？由P点的任意性，得波函数：波函数的其它形式：重要结论。注意适振动和波动简谐振动简谐振动的叠加波动的基本概念简谐波波的叠加形成条件分类波面，波线四个物理量子波原理振动和波动简谐振动简谐振动的叠加波动的基本概念简谐波波的叠加二。波函数的物理意义（从三个方面理解）2。若t=t0（照相机）1。若x=x0（录像机）x=x0Yt某个质点的振动曲线oYx全部质点某时刻的波形曲线t=t0o二。波函数的物理意义（从三个方面理解）2。若t=t0（照相机3。若

7、 x、t都不确定（录像机，全体）tt+tYxo行波3。若 x、t都不确定tt+tYxo行波求：1）例题17. 已知波源的方程为波函数；2）t =1s时, x =20m处质点的x,v,a。解：1)取波的传播方向为x 轴正向，波源在原点则波函数的形式为将已知的条件代入上式，可得波函数为求：1）例题17. 已知波源的方程为波函数；2）t =1s时2）x=20m处质点的振动方程为所以t=1s时, x=20m处质点的位移为t=1s时, x=20m处质点的速度为2）x=20m处质点的振动方程为所以t=1s时, x=20mt=1s时, x=20m处质点的加速度为式中的负号表示加速度的方向与位移相反。t=1s

8、时, x=20m处质点的加速度为式中的负号表示加速度例题19已知一平面简谐波在时的波动曲线。求：）波长、周期和频率；）、两点的运动方向；）波函数。解：）由于波形向右传播，根据下一时刻的波形图可确定、的运动方向例题19已知一平面简谐波在时的波动曲线。求：）设波函数为求初相位：）设波函数为求初相位：所以波函数为所以波函数为解： 设波动方程为 例题20.平面简谐波以波速u=0.5m/s沿x轴负向传播，在t=2s时的波形图如图所示。求原点处质点的运动方程。已知 。m解： 设波动方程为 例题20.平面简谐波以波速u=0.5 由图可知t=2s时，x=0处质点的位移为y=0，带入方程 中则得 带入x=0，可

9、得原点处质点的振动方程为mm则方程为 由图可知t=2s时，x=0处质点的位移为 例题21.一质点在弹性介质中作简谐振动，振幅为0.2cm，周期为 。取该质点过y=0.1cm处向y轴正向运动时为t=0。已知该质点激起的横波沿x轴正向传播，波长 =2cm，求此平面简谐波的表达式。 解：取坐标系如图，设该质点在0处，其振动方程为 由图可知初始条件为 例题21.一质点在弹性介质中作简谐振动，振横波沿x轴正向由已知条件可求出所以质点的振动方程为由已知条件可求出所以质点的振动方程为此平面简谐波的表达式为此平面简谐波的表达式为振动和波动简谐振动简谐振动的叠加波动的基本概念简谐波波的叠加振动和波动简谐振动简谐

10、振动的叠加波动的基本概念简谐波波的叠加两列波的叠加(两种特例) 一.两列频率相同、振动方向相同、 相位差恒定波的叠加波的干涉现象。你还记得吗？两个同方向，同频率简谐振动的合成是什么运动？主要规律？两列波的叠加一.两列频率相同、振动方向相同、你还记得吗？两个分析P点的振动情况：已知两个振源情况：就可以知道分别引起P点振动的情况：分析P点的振动情况：已知两个振源情况：就可以知道分别引起P点重要结论：相位差与波程差的关系条件：相干波源； 波源的振动初相位相同。重要结论：相位差与波程差的关系条件：相干波源；则P点的合振动为简谐振动：式中，合振幅为则P点的合振动为简谐振动：式中，合振幅为讨论两种特殊情况

11、：1） 时 ，振动加强。合振幅为2） 时 ，振动减弱。合振幅为讨论两种特殊情况：1） 1) 时即：波程差为波长的整数倍时，相遇点干涉加强。2) 时即：波程差为波长的半整数倍时，相遇点干涉减弱。重要结论：重要结论：1) 高中物理奥林匹克竞赛专题-波动(共63张)课件高中物理奥林匹克竞赛专题-波动(共63张)课件什么是波的干涉现象？ 频率相同，振动方向相同，初相位相同，或相位差固定的波源发出的波叠加时，叠加区内出现某些地方振动加强，另一些地方振动减弱或完全抵消，这种现象称为波的干涉现象。相干条件？相干波源？什么是波的干涉现象？ 频率相同，振动方向相同，初相位相同， 例题22.已知两波源P、Q,PQ

12、=3m,求：1）两波源在S点的分振动；2）在S点的两分振动的合振动。解：取如图波线为x轴；选适当的计时零点，使则 。由已知条件可求出角频率为 例题22.已知两波源P、Q,PQ=3m,求：1）两波源在则波源P在S点的分振动为波源在S点的分振动为则波源P在S点的分振动为波源在S点的分振动为）一般的，这两个分振动的合振动仍是一个同频率的简谐振动，合振动得振幅由两个分振动的相位差决定。两个分振动在点的相位差为这一结果满足干涉相消条件，因此点静止不动。结果中与无关，而且实际上可视为波线上点右侧任意一点。所以，轴上点右侧的所有点都满足干涉相消条件，均静止不动。）一般的，这两个分振动的合振动仍是两个分振动在

13、点的相 例题23.两相干波源位于同一介质中的B 、C两点，它们的振幅相等，频率均为100Hz，两波源的波沿相反方向传播，且C点比B点的相位超前 。若B 、C两点相距30m，波速均为u=400m/s，求BC两点之间因干涉而静止的点的位置。 设为，C 间任意一点，则点距B点为，距C点为(30-）。 解：选如图x轴,B点为坐标原点。 例题23.两相干波源位于同一介质中的B 、C两 设B波源在点的振动方程为C波源在点的振动方程为B波源在点的振动方程为C波源在点的振动方程为两波源在P点产生振动的相位差为因干涉而静止的条件为两波源在P点产生振动的相位差为因干涉而静止的条件为则得将上式整理代入已知条件 得则

14、得将上式整理代入已知条件 由上面的结果可知，在BC两点30m之间，k的取值应为所以BC两点之间因干涉而静止的点的位置为 由上面的结果可知，在BC两点30m之间，k的所以BC两二.两列完全相同的简谐波，沿同一直线相反方向传播，叠加结果-驻波二.两列完全相同的简谐波，沿同一直线相反方向传播，叠加结果-写出两列波的表达式：合成结果：写出两列波的表达式：合成结果：k = 0, 1, 2, 3.相邻波腹的距离：波节：始终不动的点。相邻波节的距离：波腹：振幅最大的点。k = 0, 1, 2, 3.重要结论：k = 0, 1, 2, 3.相邻波腹的距离：波节：始nm(a) xnm(a) xnm(b) xnm(b) xnm(c) xnm(c) xnm(d) xnm(d) xnm(e) xnm(e) x驻波与行波的三个不同之处：波节波腹观看视频：1.驻波的形成 2.驻波的特点驻波与行波的三个不同之处：波节波腹观看视频：1.驻波的形成注意：驻波的波形、能量都不能传播，驻波不是波，是一种特殊的振动。注意：驻波的波形、能量都不能传播，驻波不是波，是一种特殊的振例题24两列相干波，其波动方程为 y1=Acos2(ntx/)和y2=Acos2(nt+x/) ，沿相反方向传播叠加形成的驻波中，各处的振幅是: D 例题24两列相干波，其波动方程为 y1=Acos2(nt例题25：频率为100Hz的一列波