机械波的传播现象

by甘腾胜@20221201新粤教版(2019)高中物理选择性必修第一册第三章

机械波的传播现象新课引入聆听与思考1、当刺破气球后，你听到了什么？2、为什么会出现这种现象？波的反射水波的反射法线分界面波的反射1、波的反射：波传播过程中遇到介质界面返回原介质继续传播的现象。2、波的反射定律：(1)反射线、入射线和法线在同一平面内，反射线和入射线分别位于法线两侧，反射角等于入射角；（2）反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同；（3）波遇到两种介质界面时，总存在反射。思考与讨论1、夏日的雷声为什么轰鸣不绝？2、你还能举出哪些机械波反射的例子？我们知道光从一种介质进入到另一种介质会发生折射，机械波会发生折射吗？波的折射水波的折射界面介质I介质II法线波的折射1、波的折射：波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生改变的现象。2、波的折射定律：(1)入射线、法线、折射线在同一平面内，入射线与折射线分居法线两侧。入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度跟波在第二种介质中的速度之比。界面介质I介质II法线波的折射2、波的折射定律：(2)当入射速度大于折射速度时，折射角折向法线。(3)当入射速度小于折射速度时，折射角折离法线。(4)当垂直界面入射时，传播方向不改变，属折射中的特例。(5)在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变。3、波发生折射的原因：是波在不同介质中的速度不同。思考与讨论提示：白天近地面的气温较高，类似于光的折射，上面空气类似光密介质，下面空气类似光疏介质，声音被拐到空中去了；夜晚地面温度较低，空气的情况相反，声音被拐到地面方向，这也是在夜晚声音会更响。唐代诗人张说在《夜半钟声》写到“夜卧闻夜钟，夜静山更响”，为什么会有这样的现象呢？思考与讨论1、在水塘里微风激起的水波遇到突出水面的芦苇等会出现什么现象？2、为什么会出现这种现象呢？障碍物阴影区阴影区阴影区阴影区波源波的衍射1、波的衍射：波可以绕过障碍物继续传播的现象。衍——延展之意；波的衍射——波延展到“影子”区域里的现象。波的衍射(1)为什么当水波在前进方向上遇到大的石头，水波就绕不过去了呢？(2)波在什么条件下能够发生明显的衍射现象呢？波的衍射水波的衍射波的衍射(1)水波波长一定时，缝的大小与衍射现象明显程度的关系时怎样的？(2)缝宽一定时，水波波长的大小与衍射现象明显程度的关系时怎样的？波的衍射2、发生明显衍射的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象。是否可以说成是发生衍射现象的条件？3、注意：(1)衍射是波特有的现象，一切波都会产生衍射现象。(2)衍射现象总是存在的，只有明显与不明显的差异。(3)障碍物或孔的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是发生明显衍射的条件。(4)一般情况下，波长较大的波容易产生明显的衍射现象。新课讲授波的衍射1、“隔墙有耳”这一成语中蕴含着怎样的物理学原理？2、“闻其声而不见其人”是否也蕴含着同样的物理学原理呢？波的衍射【练1】(多)下列属于明显衍射现象的是A．隔墙有耳B．河中芦苇后面没有留下无波的区域C．池中假山前有水波，假山后无水波D．在大山前喊话，多次听到自己的声音AB波的衍射【练2】(单)如图为蟾蜍在水中鸣叫时水面形成的奇妙水波。已知水波的传播速度与水的深度正相关。下列说法正确的是A．岸边的人听到的声波是横波B．岸边的人听到的声波频率大于水波的频率C．水面上飘落的树叶逐渐被水波推向岸边D．在深水区，水波更容易发生衍射D波的衍射【练3】(单)如图是观察水面波衍射的实验装置，AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O为波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹（图中曲线）之间距离表示一个波长，则波经过孔之后的传播情况，下述描述不正确的是A.此时能明显观察到波的衍射现象B.挡板前后波纹间距离相等C.如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象D.如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显地观察衍射现象D波的衍射【练4】(单)如图所示，S为水面上一波源，M、N是两块挡板，两板中间有一狭缝，此时观察不到A点振动，为了能观察到A点的振动，可采用的方法是A．增大波源的振幅 B．减小波源的频率C．将波源S向左移 D．将N板向右移B波的衍射【练5】(单)如图所示，O是水面上一波源，实线和虚线分别表示某时刻的波峰和波谷，A是挡板，B是小孔。若不考虑波的反射因素，则经过足够长的时间后，水面上的波将分布于A．整个区域B．阴影I以外区域C．阴影II以外区域D．阴影II和II以外的区域B课堂小结思维导图思考与讨论在平静的水面上，下落的雨滴激起层层涟漪，形成复杂而美丽的图案，这种图案是怎样产生的？波的叠加观察波的叠加现象相遇前开始相遇相遇中开始分离分离后波的叠加两列波相遇后，彼此穿过，继续传播，波的形状和传播的情形都跟相遇前一样，也就是说，相遇后，它们都保持各自的运动状态，彼此都没有受到影响。波的叠加1、波的独立传播特性：几列波在同一介质中传播，在介质中某一点（或某一区域）相遇时，每一列波都能够保持各自的状态继续沿着原来的方向向前传播，彼此之间互不影响，好像没有遇到另一列波一样。2、波叠加原理：在波重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波所产生的振动，每一质点仍然是在各自的平衡位置附近做振动。质点振动的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和。思考与讨论1、我们先观察下面的现象，当两列周期相同的波相遇时，在它们重叠的区域里会发生什么现象呢？2、你是否可以根据你的所学，尝试着解释这一现象呢？实验现象这两列波相遇后，在振动着的水面上，出现了一条条从两个波源中间伸展出来的相对平静的区域和激烈振动的区域，这两种区域在水面上的位置是固定的，而且相互隔开。Ax10tA1-A1振动1：x20t-A2A2振动2：x0tA-A加强叠加：波的叠加原理解释现象成因S1S2波的叠加原理解释现象成因加强的解释：如果在某一时刻，在水面上的某一点是两列波的波峰和波峰相遇，经过半个周期，就变成波谷和波谷相遇。波峰和波峰、波谷和波谷相遇时，质点的位移最大，等于两列波的振幅之和；因此在这一点，始终是两列波干涉的加强点，质点的振动最激烈。Bx10tA1-A1振动1：振动2：x20t-A2A2减弱叠加：x0tA-A波的叠加原理解释现象成因S1S2波的叠加原理解释现象成因减弱的解释：如果在某一时刻，在水面上的某一点是两列波的波峰和波谷相遇，经过半个周期，就变成波谷和波峰相遇，在这一点，两列波引起的振动始终是减弱的，质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，如果两列波的振幅相同，质点振动的振幅就等于零，水面保持平静。思考与讨论1、振动加强区的质点振动的振幅为多大？振动减弱区的质点振动的振幅为多大？2、加强区和减弱区的质点偏离平衡位置的位移始终不变吗？3、若两列波的振幅相等，减弱区的质点是否还会离开平衡位置？4、若两列波的的频率不相同，你认为在相互叠加时，能否出现稳定的相间的加强和减弱区呢？5、若两列波的的相位差随时间变化，你认为在相互叠加时，能否出现稳定的相间的加强和减弱区呢？波的干涉1、波的干涉：频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列波叠加时，使某些区域的振动总是加强，某些区域的振动总是减弱，而且振动加强和振动减弱的区域相互隔开的现象叫做波的干涉。所形成的图样叫做干涉图样。2、形成稳定干涉图样的条件：(1)两波源的频率相同；(2)相位差恒定；(3)振动方向相同。思考与讨论1、S1和S2两波源到加强点M到距离之差与波长有什么关系？2、S1和S2两波源到其他加强点到距离之差与波长有什么关系？你从中可以发现什么样的规律？思考与讨论1、S1和S2两波源到减弱点N到距离之差与波长有什么关系？2、S1和S2两波源到其他减弱点到距离之差与波长有什么关系？你从中可以发现什么样的规律？波的干涉3、振动加强点和减弱点满足的条件：若两个波源的振动频率和振动步调相同(1)加强点与两个波源的距离差：(2)减弱点与两个波源的距离差：（n=0，±1，±2，±3……）（n=0，±1，±2，±3……）波的干涉4、一切波都能发生干涉和衍射现象。干涉和衍射是波特有的现象。操场上声音的干涉课堂小结思维导图波的叠加A波的叠加【练7】(单)如图甲，两列沿相反方向传播的横波，形状相当于正弦曲线的一半，上下对称，其振幅和波长都相等。它们在相遇的某一时刻会出现两列波“消失”的现象，如图乙。请判断：从此时刻开始a、b两质点将向哪个方向运动A．a向上b向下 B．a向下b向上C．a向下b向下 D．a向上b向上B波的干涉【练8】(单)如图所示，水面上有M、N两个振动情况完全相同的振源，在水面上形成两列水波，在M、N连线的中垂线上有a、b、c三点，已知某一时刻，a点是两列波的波谷相遇点，b点是两列波的波峰相遇点，则可判断c点A．一定是振动加强的点 B．一定是两列波的波峰相遇点C．一定是两列波的波谷相遇点 D．条件不足，无法判断A波的干涉【练9】(单)图为水面上的两列相干波在某时刻的叠加情况，以波源S1、S2为圆心的两组同心圆弧分别表示该时刻两列波的波峰（实线）和波谷（虚线），已知S1的振幅为4cm，S2的振幅为5cm，下列说法正确的是A．质点A、D在该时刻的高度差为9cm

B．再过半个周期，质点B是振动加强点C．质点C的振幅为1cm

D．S1的振动频率小于S2的振动频率C波的干涉【练10】(单)如图所示为两列频率相同的相干水波在t=0时刻的叠加情况，图中实线表示图示时刻的波峰位置，虚线表示同一时刻的波谷位置，已知两列波的振幅均为2cm，且在图中所示范围内振幅不变，波速为2m/s，波长为0.4m，E点是B、D和A、C连线的交点，下列说法正确的是AA．在t=0.05s时刻，A、B、C、D四点相对平衡位置的位移均为0B．B、D两点在t=0.1s时刻的竖