大学物理波的形成和传播

1、第十二章 机械波,旗波,绳子波,带波,1. 形成的条件：（1）介质,机械波：,机械振动在介质中的传播，形成机械波。,注意：有振动不一定存在波，有波一定存在振动,波的形成和传播,一、波的基本概念,（2）振动,真空中 能传播 声音吗？,2.介质中的各质点在做什么运动？,2.介质中的各质点在做什么运动？,质点只在平衡位置附近振动,属于受迫振动,波（波形）又在做什么运动？,波形在匀速移动,质点并不“随波逐流”,特点：点振波移,3.介质中的各质点依照什么规律振动？,（1）离振源近的质点先起振，再带动后面质点以相同形式振动,点点都是标准的“模仿秀”,各质点振动形式相同,如振源作简谐运动，则各质点都将作简谐

2、运动，由此形成的波叫简谐波或正弦波,先,带,后,向“先进”看齐,但不能说各质点运动情况相同,解决问题一：相互判定点振动方向和波传播方向,如图所示为一列简谐横波在某一时刻的波形图， （1）如已知波向右传播，定各点运动方向 （2）如已知此刻质点E的运动方向向上，定波传播方向 （3）定各点的a、x方向,向“先进”看齐,3.介质中的各质点依照什么规律振动？,（1）离振源近的质点先起振，再带动后面质点以相同形式振动,（2）,先,带,后,向“先进”看齐,（2）每点起振方向一定相同（刚开始的振动）,4.波传播的是什么？,（1）振动的形式,T波=T介质=T振源,（2）波源的能量 （3）波可传递振源的信息,波源

3、做什么振动形式，各质点就依次做什么振动,结论：振源的振动周期=各质点的振动周期=波的传播周期,横波的特点：,纵波的特点：,波峰 波谷,疏部 密部,横波：质点的振动方向与波的传播方向垂直。,纵波：质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上。,5.波的种类和特点,声波是纵波,地震波既有横波又有纵波,弹簧波是纵波,波长的说法,在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离,对横波：相邻两波峰（或波谷）间的距离 对纵波：相邻两密部（或疏部）间的距离,6.重要的对应关系,（1） T波=T介质=T振源,（2）经t=nT时间， 点发生n次全振动， 波前进n个波长距离,波动与振动的联系和区别,(1)联系 振动

4、是波动的原因，波动是振动的结果； 有波动必然有振动，有振动不一定有波动 波动的性质、频率和振幅与振源相同,(2)区别 研究对象不同振动是单个质点在平衡位置附近的往复运动 波动是介质中大量质点依次的集体振动 力的来源不同振动的回复力,由物体所受各种性质的力提供 而引起波动的力, 总是介质中各质点间的弹力 运动性质不同各质点的振动, 是变加速运动 而波动是匀速直线运动,传播距离与时间正比,理解以下概念,关于振动和波，以下说法正确的是 A. 有振动就一定有波 B. 有波就一定有振动 C. 波是质点由近及远的移动过程 D. 波是振动在介质中的传播过程 E. 波是传递波源振动能量的一种方式 F. 波源停

5、止振动则波也立即停止传播 G. 波传播过程中，相邻质点必有相互作用力 H. 波中的各点振动情况完全相同 在振源发生2次全振动的过程中，波前进了2个波长 J. 振动方向和传播方向相同的波是纵波 K. 对横波，波峰和波谷间距离为半个波长,B,D,E,G,I,一列横波沿绳子向右传播，如图所示为在某一时刻的波形图，对A、B、C、D、E、F六个质点 A. 它们的振幅相同 B. 质点D和质点F的速度方向相同 C. 质点A和质点C的速度方向相同 D. 从此刻算起，质点B比质点C先回到平衡位置,向“先进”看齐,AD,例：如图波刚传播到P点时，P点的运动方向如何？,注意两类问题,（1）波正在形成过程中 （部分质

6、点在振动，而 另一部分还没有起振） （2）波已经形成 （所有质点都在振动了）,波的图象,1波的图象是波在传播方向上，介质中各振动质点在某一时刻的位置图,2波的图象也称波形图或波形曲线,3简谐波,（1）简谐运动在介质中传播形成简谐波.,（2）简谐波的图象是正弦曲线（或余弦曲线）.,（3）简谐波是一种最基本、最简单的波.,y：振动方向的位移,x：传播方向各质点 的平衡位置,重点解决问题二：振动图象与波的图象区别,振动图象（x-t）,波的图象（y-x）,在某一时刻的各质点的位移,一个质点在各个时刻的位移,试画出该时刻前T/4、3T/4和5T/4时刻的波形图,如图所示为一列向右传播的简谐波在某时刻的波

7、形图试画出再经过T/4、3T/4和5T/4时的波形图,波的传播方向,T/4,3T/4,解决:波的图象（随时间）的变化,波形图的一些有用的结论：,（1）相隔 nT 时间的波形相同 或波移 n 距离的各波形相同,重点解决问题二：振动图象与波的图象 比较,确定质点运动方向,形象 记忆,图线变化,物理意义,图线,研究内容,研究对象,波动图象,振动图象,单一振动质点,沿波传播方向的所有质点,一质点的位移随时间的 变化规律,某时刻所有质点的空间 分布规律,表示各质点在某时刻的位移,一个质点在各时刻的位移,随时间推移图象延伸，但已有的图象形状不变,随时间推移图象沿传播 方向平移,比喻为一个质点的“录象带”,

8、比喻为无数质点某一时刻拍摄的“照片”,根据下一时刻的位移来判断,根据“质点带动原理”来判断,解决问题三：波速V、波长、频率f（周期T） 取决于什么？,波速V 由介质决定： 同一类波，介质相同，则波速一定相同,频率f 由振源决定： 同一列波在不同介质中波速不相同， 但 f（T）一定不变（只要波源f 的不变）,波长 由介质与波源决定： 即由V 和f 共同决定,求波长是多少？,3.5=14 cm,= 4 cm,= 12 cm,解决问题四：已知两时刻的波形进行分析计算,一列横波在x轴上传播着，在t1=0,t2=0.5s时的波形曲线如图实虚所示，（1）已知周期大于（t2-t1），如果波向右传播，波速多大

9、？如果向左传播，波速又是多大？（2）如波速为52m/s，求波传播方向 （3）如3T（t2-t1）4T，求波可能的波速,（对时间或位移）分析波形“去整留零”显特征,波未形成或是部分形成（有部分质点还未起振）,类P29.7 P32.11:一列简谐波在t=0时刻的波形图,如图所示，传播方向沿x轴正向，已知经t=1.1s时P点第3次出现波峰，则Q点出现第一次波峰的时间是 s,灵活运用“点振”或“波移”法,双向波问题,类P29.8:已知S为振源，波的频率为f =15Hz，波速v=12m/s，P点距S为19.6m，Q点距S为15.8m，过一会,P、Q均在振动。当S向上通过平衡位置时，P与Q的位置及振动方向

10、是？,（对时间或位移）分析波形“去整留零”显特征,SP=19.6/0.8=24.5 SQ=15.8/0.8=19.75,解波动图象与振动图象联系类题,类P28.10：（1）图甲为t=0.8s时的波形图，图乙为波中某质点P的振动图象，则波的传播方向是？ （2）图甲为t=10.3s时的波形图，图乙为波中某质点P的振动图象，则波的传播方向是？,“去整留零”,y,V,解波动图象与振动图象联系类题,一列波沿x轴负方向传播，图甲为t=1s时的波形图，图乙为质元振动图线，判定该质元是图中的x=？ 处的质元。,V,0与4m处,解波动图象与振动图象联系类题,图甲所示为一列简谐波t=20s时的波形图，图乙为P点振

11、动图线，那该波的波速V及传播方向如何？,向左传，0.5m/s,在原来静止的张紧的弹性绳中，有相距1.2m的A、B两点，一列简谐横波沿绳传着，当波刚到其中一点时开始计时，已知在4s内，质点A完成8次全振动，质点B完成10次全振动，那么这列波的传播方向是 ，波速为 m/s,B传向A方向,1.5m/s,研究非特殊位置质点的振动,波向左传，波速10m/s，求Q点从图示起最短经过多少时间在波峰？,常用移波法,V,0.05s,一列简谐横波t=0时波形如图所示，波沿x轴传播，介质中质点b的平衡位置在x=3m处，在t1=0.7s时，b第二次处于波峰，求此波的传播速度？,注意：波的传播方向的双向性形成多解,50

12、/7m/s和10m/s,一列横波沿直线在空间传播，某一时刻直线上相距为d的M、N两点处在平衡位置，若M、N之间仅有一个波峰，若经过时间t，N质点恰好到第一次达波峰位置，则该波的可能的波速是多少？,波习题中最难选全 选对的多选题,观察,波传播特征,(1)介质中各质点的运动都是在各自的中心位置附近振动，质点并不随波迁移。,(2)后一质点落后、重复前一质点的振动 。,(3)各质点的起振方向都与振源的起振方向相同。,(4)各质点的振动周期和波源的振动周期相同。(为什么？）,(5)波是传递振动形式、能量和信息的一种方式。,(6)在同一种均匀介质中，质点的振动是变速的，波的传播是匀速的。,观察,各质点振动

13、方向与波的传播方向有什么关系？,波的分类及特点,横波的特点：,纵波的特点：,波峰 波谷,疏部 密部,横波：质点的振动方向与波的传播方向垂直。,纵波：质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上。,机械波传播特征,(1)沿波的传播方向，介质中各质点由波源开始由近及远的依次开始振动，靠近波源的质点超前于远离波源的质点；,(2)各质点只在各自的平衡位置附近做往复运动，而质点本身并不随波的传播而迁移。,各质点振动周期相同,各质点振幅相同（不考虑能量损失时）,各质点刚开始振动的方向相同,(3)机械波通过向外传播机械振动的形式向外传递能量和信息。,单个质点所表现出的 周期性运动,大量质点共同表现出的周期性运动

14、,质点受到指向平衡位置的回复力作用,介质中相邻质点间存在相互作用的力,振动是波动的起因,波动是振动的传播,小结,形成 和 传播,机械波,分 类,介质中存在相互作用力的各质点，前后依次带动，把波源的振动形式由近及远的传播开去,根据各质点的振动方向和波的传播方向的关系。,例1、关于波下列说法正确的是： .质点振动方向总是垂直于波传播的方向 .波在传播的过程中，沿波的传播方向上的介质质点依次做受迫振动 .物体做机械振动，一定产生机械波 .如果振源停止振动，在介质中传播的振动也立即停止。,【例2】关于振动和波的关系，下列说法正确的是（ ） A有机械波必有振动 B有机械振动必有波 C离波源远的质点振动较慢 D波源停止振动时，介质中的波立即停止传播,【例3】区分横波和纵波是根据( ) A是否沿水平方向传播 B质点振动的方向和波传播的远近 C质点振动的方向和波传播的方向 D质点振动的快慢,【例4】下列说法不正确的有 A声波在空气中传播时是纵波，在水中传播时是横波 B波不但传递能量，还能传