物理第12章机械波PPT课件新人教选修34

1、高中物理新人教版选修- 4系列课件,第十二章机械波,12.1波的形成和传播,教学目标,知识与能力 理解波的形成过程及质点的振动特点 理解波的传播过程的特点 知道横波和纵波的异同，机械波的一般特点 教学重点 波的形成和传播过程的特点 教学难点 波的形成过程和质点振动的特点,一、绳波的形成过程：,1绳子各部分看成许多质点组成，各部分之间存在着相互作用的弹力 2沿波的传播方向上后一个质点比前一个质点落后一段时间，质点依次被带动 3振动的形式传播出去形成波,每个质点的振动情况都和波源相同（振动情况包括起振方向，振动周期，振幅）,介质中各质点只在各自平衡位置附近做机械振动，并不沿波的传播方向发生迁移,沿

2、波的传播方向，介质中各质点依次开始振动，距离波源愈近，愈先开始振动,经过整周期，波形恢复原样,（一）横波的特性：,1、横波：质点的振动方向跟波的传播方向垂直的波叫做横波 2、波峰：在横波中凸起的最高处叫做波峰 3、波谷：在横波中凹下的最低处叫做波谷 4、横波也叫凹凸波,二、波的特性：,（二）纵波的特性：,1、纵波：质点的振动方向跟波的传播方向在同一直线上的波叫做纵波 2、密部：在纵波中，质点分布最密的地方叫做密部 3、疏部：在纵波中，质点分布最疏的地方叫做疏部 4、纵波也叫疏密波,三、声波和地震波,声波是纵波. 地震波既有横波又有纵波,四、机械波,1介质和波源：介质:借以传播波的物质波源:保持

3、持续振动的物体 2机械波：机械振动在介质中的传播，形成机械波 3产生机械波的条件：同时存在振源和介质 【注意】有振动不一定存在波，有波一定存在振动,4机械波向外传播是振动形式的传播，介质中各质点不随波发生迁移 （1）当波在介质中传播时，各个质点均在自己的平衡位置附近振动 （2）在波的传播方向上各质点依次开始振动 各质点振动周期相同（由振源决定，即与振源振动周期相同） 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,5波是传递能量的一种方式 波向外传播的是振动的形式（向外传递信息和能量）,1、关于机械振动和机械波的关系应是: A有振动必有波 B有波必有振动 C有振动必有横波 D有

4、波不一定有振动 2.在机械波中，下列说法错误的是 A各质点都在各自的平衡位置附近振动 B相邻质点间必有相互作用力 C前一质点的振动带动相邻的后一质点振动，后一质点的振动必定落后于前一质点 D各质点也随波的传播而迁移,B,D,3.沿绳传播的一列机械波，当波源突然停止振动时，有 A绳上各质点同时停止振动,横波立即消失 B绳上各质点同时停止振动，纵波立即消失 C离波源较近的各质点先停止振动，较远的各质点稍后停止振动 D离波源较远的各质点先停止振动，较近的各质点稍后停止振动,C,五、波动与振动,1区别 振动是一个质点的往复运动，而波动是介质中许多质点的集体运动 2联系 （1）都是周期性的运动：波动周期

5、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,问题：,向右传播的波上三点A、B、C，请指出该时刻振动的方向,A,B,C,问题：,已知波形图上A、B两点某一时刻振动方向，请指出波传播的方向,A,B,12.2波的图象,教学目标,知识目标： 1.理解波的图象的意义，知道什么是简谐波； 2.能据波的图象判断各质点在该时刻的振动方向； 3.能够由某一时刻波的图象画出任一时刻波的图象. 技能目标： 培养学生通过对比，掌握新知识的能力. 教学重点

6、： 1.理解波的图象的意义. 2.能用波的图象解决一些实际问题. 教学难点： 据波的图象如何解决实验问题. 教学方法： 讲练法、归纳类比法,复习提问： 1、机械波的形成条件是什么？ 2、机械波的特点是什么？,为了从总体上形象地描绘出波的运动情况，物理学中采用了,波的图象,机械波是机械振动在介质里的传播过程，从波源开始，随着波的传播，介质中的大量质点先后开始振动起来。虽然这些质点只在个自平衡位置附近做重复波源的振动，但由于它们振动步调不一致，所以在某一时刻介质中各个质点对平衡位置的位移各不相同。,第二节 波的图象,一、波的图象的绘制,1.用横坐标x表示在波传播方向上各个质点的平衡位置,2.用纵坐

7、标y表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移,3.在xOy坐标平面上画出某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移,4.波的图象的画法：,将某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移矢量的末端用光滑的曲线连接起来,甲表示某一时刻绳上的一列横波乙是它的图象,说明：,1、横波的图象与形成横波的质点的分布形状相 似，波的图象有时也称波形图或波形曲线。,2、简谐运动在介质中传播形成的波就是简谐波。 简谐波的图象是一条正弦或余弦曲线。,3、在单位时间内某一波峰或波谷（密部或疏部）向前移动的距离等于波速。,横波动画展示,二、波的图象的物理意义,2波的图象的物理意义,波的图象表示介质中各个质点在某一时刻(同一时刻)偏离平衡位

8、置的位移的空间分布情况。在不同时刻质点振动的位移不同，波形也随之改变，不同时刻的波形曲线是不同的。 图2表示经过t时间后的波的形状和各质点的位移。,三、从波的图象上可获得的物理信息：,A,y /m,x /m,1 2 3 4 5 6 7 8,0,B,0.10,A,V,a,v,1、该时刻沿波的传播方向上各个质点的位移；,2、各个质点的振幅A ;,3、能根据波的传播方向判断各个质点在该时刻的运动方向、加速度方向及其变化情况；,4、可以画出另一时刻的波形图。,四、振动图象和波的图象的比较,X,t,0,振动图象,相同点：,1、图象都是正（余）弦曲线,2、纵坐标都表示质点离开平衡位置的位移,不同点：,1、

9、某质点不同时刻,一群质点同一时刻,2、横轴表时间,横轴表平衡位置,3、可直接读出周期,可直接读出波长,图象,五、波的图象的应用,题型之一：波的传播方向、质点的振动方向以及 波形图三者知其二，而求其一。,主要方法：三角形法,三角形顶部表示波峰或波谷,例题： 如图所示为一列向右传播的简谐波在某时刻的波形图, 试求出波形图上A、B、C、D四个质点的振动方向。,如果这列波是向左传播的，则这四个质点的振动方向 又如何？,例题： 如图所示为一列简谐波在某时刻的波形图，已知图象 上某点的振动方向如图所示，试求这列波的传播方向。,答案：向左传播,如果这个质点的振动方向向上，则波的传播方向又如何？,如果已知这个

10、质点做减速运动，则波的传播方向又如何？,题型之二： 求波在任意时刻的波形图,主要方法：图象平移法,经过时间 ，波在传播方向上移动的距离 ,因此，把图象沿传播方向平移 即得到相对应的图象,例题3：某一简谐横波在t0时刻的波形图如图的实线所示若波向右传播，画出T/4后和5T/4前两个时刻的波的图象,T/4后的波形图,5T/4前的波形图,练 习：,一列简谐波在x轴上传播，某时刻波形如图，已知此时质点F运动方向向Y轴负方向，则（ ） A、波沿X轴负方向传播 B、质点D此时刻向下运动 C、质点B比质点C先回到平衡位置 D、质点E振幅为0,AB,1、简谐波的图象都是正弦或余弦曲线，表示某一时刻介质中各个质

11、点离开平衡位置的位移。,2、从简谐波的图象可以知道的物理量:,（1）从波的图象可以知道振幅,（2）从波的图象可以知道该时刻各个质点对平衡位置的位移,（3）借助图象还可以说明各个质点的速度、加速度在该时刻的变化情况和速度、加速度的方向,3、根据某一时刻的波的图象和波的传播方向，能画出下一时刻和前一时刻的波的图象，并能指出图象中各个质点在该时刻的振动方向。常用的方法有两种：,（1）三角形法；（2）图象平移作图法。,六、知识回顾,12.3波长、频率和波速,教学目标,知识与能力 1知道什么是波的波长，能在波的图象中求出波的波长。 2知道什么是波传播的周期(频率)，理解周期(频率)与质点振动周期(频率)

12、的关系。 3理解决定波的周期(频率)的因素，并知道其在波传播过程中的特点。 4理解波长、周期(频率)和波速的物理意义及它们之间的关系，并会应用这一关系进行计算和分析实际问题。 教具 波动演示仪、演示波的图象用的教学微机软件。,一.波长,1、定义: 在波动中，对平衡位置的位移总是相等的两个相邻质点间的距离，叫做波的波长。,2、几点说明,（1）“位移总相等” 的含义是“每时每刻都相等”。,（2）位移总相等的两个质点，其速度也总是相等的。,在横波中，两个相邻波峰或两个相邻波谷之间的距离等于波长。在纵波中，两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离也等于波长。,（3）相距整数倍的质点振动步调总是相同的；相距

13、/2奇数倍的质点振动步调总是相反的。,二、周期（T）、频率（f）,1、波源质点振动的周期（或频率）就是波的周期（或频率）。 2.几点说明 (1)波的周期（或频率）应由波源决定，与传播波的介质无关。 （2)每经过一个周期的时间波就沿传播方向传播一个波长的距离。 （3）每经历一个周期，原有的波形图不改变。,三、波速（v）,1、单位时间内振动所传播的距离叫做波速。,2、几点说明,（1）波速的大小由介质的性质决定，同一列波在不同介质中传播速度不同。 （2）一列波在同一均匀介质中是匀速传播的,（3）要区分波速与质点振动速度的含义,四、波长、周期（或频率）和波速的关系,v=/T v=f,如图10-11中的

14、实线是一列简谐波在某一时刻的波形曲线。经t=0.5s后，其波形如图中虚线所示。设t2T（T为波的周期）， （1）如果波是向右传播，求波的周期和波速 （2）如果波是向左传播，求波的周期和波速,12.4波的反射和折射,教学目标,知识目标 1知道波传播到两种介质的交界面时，会发生反射和折射； 2理解波的反射、折射遵守的规律，会根据波面和波线进行分析； 能力目标 1让学生在实验的基础上理解波面、波线，能够根据想象建立空间概念。 2对比光的反射和折射，提高学生类比分析的能力。,教学建议 在学生初中学习光的反射和折射的基础上，教师通过实验演示、类比光的反射和折射讲解机械波的反射和折射。 对于实验的建议：

15、1注意实验的准备以及操作； 2在实验的基础上引入波线、波面的概念。 注意从现象规律现象这一过程，师生结合实际共同讨论、分析。,一、波面和波线,波面：,同一时刻，介质中处于波峰或波谷的质点所构成的面叫做波面,波线：,用来表示波的传播方向的跟各个波面垂直的线叫做波线,波面,波线,二 、惠更斯原理,惠更斯原理内容：介质中任意波面上的各点都可看作发射子波的波源。其后任意时刻,这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面,惠 更 斯,荷兰物理学家,二 、惠更斯原理,用惠更斯原理确定下一时刻平面波的波面,用惠更斯原理确定下一时刻球面波的波面,二 、惠更斯原理,利用惠更斯原理可以由已知的波面通过几何作图方法确定

16、下一时刻的波面，从而确定波的传播方向。例如当波在均匀的各向同性介质中传播时，波面的几何形状总是保持不变的。,二 、惠更斯原理,三、波的反射,反射波的波线与平面法线的夹角i 叫做反射角,入射角（i）：,入射波的波线与平面法线的夹角i叫做入射角,反射角（i）：,波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现象叫做波的反射,经t后，B点发射的子波到达界面处B点，A点发射的子波到达A点。同种介质，波速不变。,三、波的反射,用惠更斯原理解释波的反射,由惠更斯原理，A、B为同一波面上的两点,证毕,三、波的反射,入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线与反射线分居法线两侧，反射角等于入射角,反射定律：,1.反射波的波

17、长、频率、波速都跟入射波相同,2.波遇到两种介质界面时，总存在反射,注意：,四、波的折射,折射角（r）：,折射波的波线与两介质界面法线的夹角r叫做折射角,波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生了改变的现象叫做波的折射,由惠更斯原理，A、B为同一波面上的两点,经t后，B点发射的子波到达界面处D点，A点的到达C点，,证毕,用惠更斯原理解释波的折射,四、波的折射,四、波的折射,折射定律：,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,折射率,1.当入射速度大于折射速度时，折射角折向法线,2.当

18、入射速度小于折射速度时，折射角折离法线,3.当垂直界面入射时，传播方向不改变，属折射中的特例,4.在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变,波发生折射的原因：是波在不同介质中的速度不同,四、波的折射,注意：,12.5波的衍射,教学目标,一、知识目标 1.知道什么是波的衍射现象。 2.知道波发生衍射的条件。 3.知道衍射是波特有的现象。 二、能力目标 提高学生从实验现象总结规律的能力。 三、德育目标 通过对衍射现象的学习，使学生学会从现象中发现规律的方法。,教学重点 1.波的衍射现象。 2.波能够产生明显衍射的条件。 教学难点 产生明显衍射条件的教学。 教学方法 实验归纳法、电教法、讲

19、练法 教学用具 水波槽、两块挡板、两块有小孔的木板、实物仪、水波的衍射照片。,一、波的衍射,1、定义:波可以绕过障碍物继续传播的 现象叫做波的衍射,2、一切波都能发生衍射,3、衍射是波特有的现象,二、用惠更斯原理解释衍射现象,波达到狭缝处，缝上各点都可看作子波源，作出子波包络，得到新的波前。在缝的边缘处，波的传播方向发生改变。,三、发生明显衍射现象的条件,1.窄缝宽度跟波长相差不多时，有明显的 衍射现象,2.窄缝宽度比波长大得越多，衍射现象越不 明显；窄缝宽度跟波长相比非常大时，水 波将直线传播，观察不到衍射现象,3、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

20、到明显的衍射现象,4、一切波都能发生衍射，而要发生明显 的衍射现象须满足上述条件，当不满 足上述条件时，衍射现象仍存在，只 不过是衍射现象不明显，不易被我们 观察到,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显著的衍射现象 5.波传到小孔（或障碍物）时,小孔或障碍物仿佛是一个新的波源,由它发出与原来同频率的波在孔或障碍物后传播,于是就出现了偏离直线传播方向的衍射现象 6.当孔的尺寸远小于波长时,尽管衍射十分突出,但由于能量的减弱

21、,衍射现象不容易观察到,课 堂 小 结,以下关于波的衍射的说法，正确的是（ ） A、波遇到障碍物时，一定会发生明显的衍射现象 B、当孔的尺寸比波长越小，衍射现象明显 C、当障碍物的尺寸比波长大得多时，衍射现象很明显 D、只有当障碍物的尺寸与波长相差不多时，才会发生明显的衍射现象,课 堂 练 习,B,关于波的衍射下列说法中正确的是（ ） A在衍射现象中，波不是沿直线传播的 B水波碰到障碍物后返回传播的现象属于衍射现象 C横波能发生衍射，而纵波不能发生衍射 D不能发生明显衍射的，必定不是波 E衍射是一切波的特性 F波长跟孔的宽度差不多时能发生明显衍射现象 G波长比孔的宽度小得越多，衍射现象越不明显

22、 H波长比孔的宽度大得越多，衍射现象越不明显,AEFH,课 堂 练 习,如图所示是不同频率的水波通过相同的小孔所能到达区域的示意图， 情况中水波的频率最大； 情况中水波的频率最小。,课 堂 练 习,C,A,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 描述正确的是（ ）,课 堂 练 习,A.此时能明显观察到波的衍射现象 B.挡板前波纹间距离相等 C.如果将孔AB扩大,有可能不会产生衍射现象 D.如果孔的大小不变,使波源频率增大,能更明显地观察

23、衍射现象,ABC,12.6波的干涉,教学目标,一、知识目标 1.知道波的叠加原理。 2.知道什么是波的干涉现象和干涉图样。 3.知道干涉现象也是波特有的现象。 二、能力目标 培养学生的空间想象能力。 三、德育目标 通过波的叠加原理，使学生认识到事物之间的普遍联系。,教学重点 波的叠加原理和波的干涉现象。 教学难点 波的干涉中加强点和减弱点的位移和振幅的区别。 教学方法 实验法、电教法、训练法。 教学用具 实物投影仪、CAI课件、波的干涉实验仪。 课时安排 1课时,一、波的叠加,从图可知：,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

24、动状态，彼此都没有受到影响,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,一、波的叠加,二、波的干涉,由此可知：,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,1、定义:频率相同的两列波叠加

25、，使某些区 域的振动加强，某些区域的振动减 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,2、干涉图样：由波的干涉所形成的图样叫 做干涉图样,二、波的干涉,三、干涉的解释,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,S1,S2,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

26、振幅相同，质点振动的振幅就等于零，水面保持平静,S1,S2,三、干涉的解释,把相应的振动最激烈的质点连起来，为振动加强区；相应的振动最不激烈或静止的质点连起来，为振动减弱区振动加强区和振动减弱区是相互隔开的,波峰与波峰相遇,振动加强 波谷与波谷相遇,振动加强 波峰与波谷相遇,振动减弱,三、干涉的解释,四、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：,r=r2-r1=（2k）/2,（k=0,1，2，3）,2、减弱点与两个波源的距离差：,r=r2-r1=(2k+1)/2,（ k=0,1，2，3）,S1,S2,五、产生干涉的条件,两列波相遇叠加不一

27、定能得到稳定的干涉图样而要产生稳定的干涉现象形成稳定的干涉图样，则需要满足一定的条件,1、产生干涉的条件：两列波的频率必须相同,2、一切波（只要满足条件）都能发生干涉现 象，干涉和衍射一样都是波特有的现象,3、振动加强的区域振动始终加强，振动减弱的 区域振动始终减弱,4、振动加强（减弱）的区域是指质点的振幅大 （小），而不是指振动的位移大（小），因 为位移是在时刻变化的,五、产生干涉的条件,课 堂 练 习,关于两列波的稳定干涉现象，下列说法正确的是（ ） A.任意两列波都能产生稳定干涉现象 B.发生稳定干涉现象的两列波，它们的频率一定相同 C.在振动减弱的区域，各质点都处于波谷 D.在振动加强

28、的区域，有时质点的位移等于零,BD,关于波的干涉，下列说法正确的是（ ） A两列波相遇时，可以相互穿过继续传播，只 在重叠区域发生叠加 B两列波叠加区域的任何介质质点的实际位移 是两列波单独引起位移的矢量和 C两列波相遇时,一列波对另一列的影响叫干涉 D干涉是特殊条件下叠加现象，两个频率相同 的波源振动产生的波可能发生干涉象 E两列波发生稳定的干涉现象时，某一位置某时刻是振动加强区，一个周期后变为振动减弱区 F干涉是波所特的的现象，不是波就不会发生 干涉,ABCDF,课 堂 练 习,两列波长相同的水波发生干涉，若在某一时刻，P点处恰好两列波的波峰相遇，Q点处两列波的波谷相遇，则（ ） AP点的振幅最大，Q点的振幅最小 BP、Q两点的振幅都是原两列波的振幅之和 CP、Q两点的振动周期同 DP、Q两点始终处在最大位移处和最小位移处,BC,课 堂 练 习,12.7多普勒效应,教学目标,知识与能力 1、知道波源的频率