第十章 机械波1
高二物理第十章 机械波 第一节和第二节人教版.doc
高二物理第十章 机械波 第一节和第二节人教版【同步教育信息】一. 本周教学内容:第十章 机械波第一节 波的形成和传播 第二节 波的图象二. 知识要点:知道直线上机械波的形成过程,知道什么是横波,什么是纵波,知道横波传播有波峰和波谷、纵波传播有疏部和密部。
知道机械波传递能量和信息。
理解波的图象的意义,知道横波图象各表示什么物理量,能画出下一时刻波的图象。
三. 重点、难点解析: 1. 波的概念:由于物体一部分与另一部分,就是物理中所说一个质点与相邻质点之间有力的作用,当一个质点振动时会带动相邻质点振动,依次传递出去就使一个质点的振动在介质中传播出去。
这种振动在介质中的传播叫机械波。
简称波。
产生振动的物体叫波源,能传播振动的物质叫介质,介质可以是固体、液体、气体。
波是质点振动的传播,即运动状态的传播并不是质点随波整体迁移。
波在传播过程中受介质限制,形成波的形式各不相同。
如在一条绳上,波只能沿绳子运动,这种波叫直线波,在水面石子激起的水波可以在整个水面传播。
上课的铃声可以传向四面八方。
若波源做简谐运动形成的波只沿一直线运动,或者只分析一个方向上的波动叫一维简谐波,一维简谐波特点所有质点振动与波源振动的周期和振幅相同。
2. 波的形成以一条弹性绳上波的形成为例。
取软绳一端固定,取相邻质点依次定序号为1,2,3……相邻点间有弹力。
1号质点为波源,0 t 时刻各点均处于各自的平衡位置。
此时刻质点受外力作用已有速度v 。
当1质点向上运动,绳子发生形变,1、2质点间距离增大,产生弹力,2质点受1质点的作用向上运动,但比1质点要落后一些。
同理2质点运动也要带动3质点运动,这样各质点依次运动起来。
经41T 时间质点1到达最大位移,质点4还在平衡位置,但已受力。
见下图。
动,4衡位置。
再经41T ,1质点回到平衡位置,且有向上最大速度,4质点到最大位移处,7质点到平衡位置,10质点到正向最大位移处。
13质点开始离开平衡位置。
高二物理第十章 机械波知识精讲 人教版
高二物理第十章 机械波知识精讲 人教版一. 本周教学内容:第十章 机械波 第一节 第二节二. 知识要点:〔一〕波的形成和传播1. 介质:传播振动的媒介物叫介质。
它可以是固、液、气三态中的任意一种。
2. 机械波的定义:机械振动在介质中的传播过程,波是传递能量〔振动形式〕的一种方式。
注意:波在介质中传播时,介质中的质点只是在平衡位置附近振动,并不随波的传播而迁移。
3. 产生机械波的条件:有振源和传播振动的介质〔介质中开始振动的某点叫波源,波源振动带动与它相邻点发生振动,离波源较远,后一时刻起振的质点依次重复波源的振动,这样就形成了机械波〕4. 机械波的分类:横波和纵波,质点振动方向与波的传播方向垂直的波叫横波,质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波叫纵波。
〔二〕波的图象、波长、频率和波速1. 横波的图象:〔1〕作法:用横轴表示....介质中各个质点的平衡位置.......,用纵轴表示.....某一时刻各个质点偏.离平衡位置的位移........。
用平滑线连接某时刻各质点位移矢量的末端,就是该时刻波的图象。
〔2〕图象特点:是一条正弦〔余弦〕曲线。
〔3〕图象的物理意义:描述在波传播方向上的介质中的各质点在某时刻离开平衡位置的位移。
注意:① 波图象和振动图象是根本不同的,波图象描述的是介质中的“各质点〞在“某一时刻〞离开平衡位置的位移;而振动图象描述的是“一个质点〞在“各个时刻〞离开平衡位置的位移。
② 波图象的重复性:相隔时间为周期整数倍的两个时刻的波形一样。
③ 波传播方向的双向性:不指定波的传播方向时,图象中波可能向x 轴正向或x 轴负向传播。
2. 波长、频率和波速:〔1〕波长是两个相邻的在振动中对平衡位置的位移总是一样的质点间距离,在横波中,两个相邻的波峰〔或波谷〕中央间的距离等于波长;在纵波中,两个相邻的密部〔或疏部〕中央间的距离等于波长,波长的大小也等于波的振动状态在一周期内传播的距离。
〔2〕频率f :波的频率就是质点的振动频率,波的频率由波源决定,与介质无关。
大学物理学之机械波
1. 沿x轴正方向传播(右行波)
设原点O处振动位移的表达式为:
y
A
O
u
y0 A cos t 0) (
P
x
设波的位相速度,即波速为u,则对P点:
x
9
x y A cos (t ) 0〕 〔 u
2 f , u f
x y A cos 2 ft 0
一、波的能量
设波在体密度为的弹性介质中传播, 在波线上坐标x处取 一个体积元dV, 在时刻t该体积元各量如下: 振动位移:
y x A sin (t ) t u 振动动能: dE 1 dmv 2 1 dVA2 2 sin 2 (t x ) k 2 2 u 22
(1)
1.0 x y 1.0 cos2 2.0 2.0 2 1.0 cos[( x)]m 2
(2)
y 1.0 sin(x)m
16
按照式(2)可画出t=1.0s时 的波形图
y/m
1.0
O 2.0
(3) 将x=0.5m代入式(1), 得该处
2 u u 1 x 2 2 2 VA sin t 2 u
故总能量:
dE dEk dE p x dVA sin (t ) u
2 2 2
表 明:
总能量随时间作周期性变化; 振动中动能与势能相位差为/2, 波动中动能和势能同相; 波动是能量传播的一种形式。 24
振动速度: v
x y A cos (t ) u
关于体积元的弹性势能:
以金属棒中传播纵波为例。在波线上任取一体积为 V S x , 质量为 m S x 的体积元。利用金属棒的杨氏弹性模量 a 的定义和虎克定律 b
第十章 机械波
2.机械波的特点: (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)振动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。 (3)实质: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。
二、横波和纵波 ⑴横波:质点振动方向与波的传播方向 垂直的波. 凸起部分最高处叫波峰, 凹下部分的最低处叫波谷。 ⑵纵波:质点振动方向与波的传播方向 在同一直线上的波 疏部:质点分布最疏的部分 密部:质点分布最密的地方
【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,还能传递信息 C.质点振动的方向总是垂直于波传 播的方向 D.一切波的传播均需要介质
小结
⑴机械波: 机械振动在介质中的传播形成机械波
⑵分类:横波和纵波
⑶条件:波源和介质
⑷特点:
第十章 机械波
第一节 波的形成和传播
问题1:声波、水波、绳波分别靠什么来 传播? 问题2:振动质点随波传播吗? 问题3:波传播的是什么? 问题4:原来静止的质点随波的传播而运 动起来,说明其能量怎样变化?从何而来? 问题5:人们能够通过语言交流,传递了 信息,靠什么?
介质可以看成是由大量的质点构 成的,两相邻的质点之间都有相互 的作用力,介质上的某一质点在波 源的作用下发生振动时,就会带动 与它相邻的质点振动,这些质点的 振动又会带动各自周围的质点发生 振动,这样振动就在介质中由近及 远的传播形成机械波。
【例1】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
机械波(1)
1 2 2 2 x 1 2 dEk = v dm= ρA ω sin [ω( t − )+ϕ0]dV 2 2 u
势能: 势能:
F dy =E S dx
ES k = dx 1 1 ES 2 2 (dy) dEp = k(dy) = 2 2 dx
1 u= dy = EdV ρ 2 dx 1 2 2 2 x = ρA ω sin [ω(t − ) +ϕ0]dV 2 u
横波——振动方向与传播方向垂直,如电磁波 振动方向与传播方向垂直, 横波 振动方向与传播方向垂直
纵波——振动方向与传播方向相同, 纵波——振动方向与传播方向相同,如声波 振动方向与传播方向相同
任一波都能分解为横波与纵波来进行研究。 任一波都能分解为横波与纵波来进行研究。
三、波线、波面、波前 波线、波面、
能量 极小
极大 极小
某时刻弹性棒中各质元能量分布情况
9.4
波的叠加
一、波的叠加原理
说明: 说明: •振动的叠加仅发生在单一质点上 振动的叠加仅发生在单一质点上 •波的叠加发生在两波相遇范围内的许多质点上 波的叠加发生在两波相遇范围内的许多质点上
二、波的干涉
1、相干条件: 相干条件: 两波源具有相同的频率 两波源具有相同的频率 具有恒定的相位差 具有恒定的相位差 振动方向相同
y
O
v u
t t + ∆t
x
x
∆x
( x, t )与(x+∆ x , t+∆ t ) 处的相位相同 与 ∆ ∆
结论:波的传播是相位的传播(行波) 结论:波的传播是相位的传播(行波)
4)相位差、波程差 )相位差、
2π y = A cos ω t − x + ϕ0 λ
第十章 机械波典型例题
第一节波的形成和传播典型例题典型例题例题:在机械波中有()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出题目的:理解机械波的特点.解析:本例要熟知机械波的物理模型.振源的振动使其周围质点依次投入振动,之所以能依次振动下去,就是依靠了相邻质点间的相互作用力;沿波的传播方向,后一质点的振动必滞后于前一质点的振动;质点只在平衡位里附近振动,并不随波迁移.正确答案为A、B、C.典型例题例题:区分横波和纵波是根据()A.沿水平方向传播的叫做横波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.质点振动的快慢出题目的:理解横波和纵波的区别.解析:区分横波和纵波的依据是看波的传播方向与质点的振动方向的关系.正确的答案为C.典型例题例题:下列说法不妥的有()A.声波在空气中传播时是纵波,在水中传播时是横波B.波不但传送能量,还能传递信息C.发生地震时,由振源传出的既有横波又有纵波D.一切波的传播均需要介质出题目的:了解纵波和横波的有关知识.解析:按介质中质点的振动方向和波的传播方向的关系将波区分为横波和纵波.介质不同不改变波的属性.波不仅将振动的形式(即振源的信息)向外传播,还能将振动的能量向外传递.地震波既有横波又有纵波,机械波的形成必须要有振源和介质,但对电磁波它也可以在真空中传播.正确的答案为B、C.不妥的答案为A、D.典型例题例题:关于机械波的概念,下列说法中正确的是:A、质点振动的方向总是垂直于波传播的方向B、简谐波沿长绳传播,绳上相距半个波长的两质点振动位移的大小相等C、任一振动质点每经过一个周期沿波的传播方向移动一个波长D、相隔一个周期的两时刻,波形相同出题目的:进一步准确理解机械波的特点解析:质点振动的方向可与波的传播方向垂直(横波),也可与波的传播方向共线(纵波),故A错.因为“相距一个波长的两质点振动位移大小相等、方向相同;相距半个波长的两质点振动位移大小相等、方向相反”,因此B正确.波每经过一个周期要向前传播一个波长,但介质中各质点并不随波迁移,只是在各自的平衡位置附近振动,C错.在波的传播过程中,介质中各质点做周期性的简谐振动,因此相隔一个周期的两时刻,波形相同,∴D正确.波动问题中既有联系又有区别的知识点较多,其中最多的是振动,因此,搞清振动和波动的关系,就抓住了问题的关键。
振动和波详述
第二节 波动学基础
惠更斯原理:在波的传播过程中,波阵面上的每一 点都可以看作发射次级子波的波源,在其后的任一 时刻,这些子波的包迹就成为新的波阵面.
ut
平 面 波
球 面 波
R1
O
R2
第二节 波动学基础
二、 波动方程(平面简谐波的波函数)
介质中任一质点(坐标为 x)相对其平衡位置的
位移(坐标为 y)随时间的变化关系,即 y(x,t) 称
G 切变模量
E 弹性模量
K体积模量
横波 纵波
343 m s 空气,常温
如声音的传播速度
4000 m s 左右,混凝土
第二节 波动学基础
例1 在室温下,已知空气中的声速 u1为340 m/s, 水中的声速 u2 为1450 m/s ,求频率为200 Hz和2000 Hz
的声波在空气中和水中的波长各为多少?
x/m
-1.0
t 1.0 s 时刻波形图
第二节 波动学基础
3) x 0.5m 处质点的振动规律并做图 . y (1.0m) cos[2 π( t - x ) - π] 2.0s 2.0m 2
x 0.5m 处质点的振动方程
y (1.0m) cos[(πs-1)t - π]
y
y/m
3
1.0
3*
Tλ
y(x,t) Acos(t - kx )
➢ 质点的振动速度,加速度
角波数 k 2π
v y -Asin[(t - x) ]
t
u
a
2 y t 2
-
2
A cos[ (t
-
x) u
]
第二节 波动学基础
例1 已知波动方程如下,求波长、周期和波速.
《大学物理教程》郭振平主编第十章 机械振动和机械波
第十章 机械振动和机械波一、基本知识点机械振动:物体在平衡位置附近的往复运动叫做。
胡克定律: 弹簧弹性力F 的大小与位移x 的大小成正比,而且F 的方向与位移方向相反,即F kx =-式中,k 为弹簧的劲度系数。
具有这种性质的力称为线性回复力。
简谐振动的运动学方程:cos()x A t ωϕ=+式中A 为振幅,表示振动物体离开平衡位置的最大位移的绝对值;()t ωϕ+是决定简谐振动状态的物理量,称为在t 时刻振动的相位,单位是弧度()rad ;ϕ为初相位,是0t =时刻的相位;ω=角频率。
简谐振动的动力学方程:2220d x x dtω+=简谐振动的频率:振动物体在单位时间内完整振动的次数,单位是赫兹()Hz 。
简谐振动的周期:振动物体完成一次完整振动所经历的时间,单位是秒()s 。
关系:周期T 是频率ν的倒数;ω=2πν=2π/T简谐振动物体的速度:sin()cos()2dx A t A t dt πυωωϕωωϕ==-+=++ 简谐振动物体的加速度:22222cos()cos()d xa A t x A t dtωωϕωωωϕπ==-+=-=++振幅:A = 初相位:arctanx υϕω-= 式中,0x 为t=0时刻的初始位移,0υ为t=0s 时刻的初始速度。
旋转矢量法: 用一个旋转矢量末端在一条轴线上的投影点的运动来表示简谐振动的方法。
以简谐振动的平衡位置O 作为x 轴的坐标原点,自O 点出发作一矢量A(其长度等于简谐振动振幅A )。
设0t = 时刻,矢量A 与x 轴所成的角等于初相位ϕ。
若矢量A以角速度ω(其大小等于简谐振动角频率ω)匀速绕O 点逆时针旋转,则在任一时刻矢量A末端在x 轴上的投影点P 相对原点的位移为cos()x A t ωϕ=+,显然,P 在x 轴上做简谐振动。
如图10-1所示。
cos()x A t ωϕ=+图10-1 简谐振动的旋转矢量法弹簧振子的弹性势能:222211cos ()22p E kx mA t ωωϕ==+弹簧振子的动能:222211sin ()22k E m mA t υωωϕ==+ 系统的总机械能:2212p k E E E mA ω=+=表明总机械能总量守恒。
第10章 波动学基础
3)振动状态传播的速度即为波速 u
x u t 2.5 0.5 1.25m
所以 t1 时刻 x1 处质元的振动状态在 t 2 时刻传到
x2 x1 x 1.45m
例2 一平面简谐波沿Ox轴正方向传播,已知振幅 A 1.0m ,
T 2.0s, 2.0m.在t 0 时坐标原点处的质点位于平衡位置
A A1 A2
振动始终加强
2)
(2k 1) π k 0,1,2,
A A1 A2
振动始终减弱
其他
A1 A2 A A1 A2
讨论
2 A A12 A2 2 A1 A2 cos
2 1 2 π
r2 r1
y A cos[ (t x0 ) ] u
初相位
0 2
x0
波线上各点的简谐振动图
x t x y A cos[ (t ) ] A cos[2 π( ) ] u T
2 当 t 一定时,波函数表示该时刻波线上各点相对其平衡位 置的位移,即此刻的波形.
球面波
平面波
惠更斯原理
介质中波动传播到的各点都可以看作是发射子波的波源, 而在其后的任意时刻,这些子波的包络就是新的波前.这就 是惠更斯原理.
平面波和球面波演示
§10-2 平面简谐波波函数
一 平面简谐波的波函数 介质中任一质点(坐标为x)相对其平衡位置的位移(坐 标为 y)随时间的变化关系,即 y( x, t ) 称为波函数.
三 描述波动过程的物理量
波长 :沿波的传播方向,两个相邻的、相位差为 2 π 的振动质点之间的距离, 即一个完整波形的长度.
高中物理第一册第十章机械波
高中物理第一册第十章机械波引言机械波是指通过介质传播的能量和动量的一种形式。
本章将介绍机械波的概念、特性以及传播规律。
一、机械波的概念和分类1.1 机械波的定义机械波是指通过介质中的颤动和振动传播的能量和信息。
1.2 机械波的分类根据传播方向和介质的类型,机械波可以分为纵波和横波。
纵波是指波动方向和能量传播方向一致的波动,如声波;横波是指波动方向和能量传播方向垂直的波动,如水波。
二、机械波的特性2.1 机械波的传播特点1.机械波在介质中的传播是以波动的形式进行的,这种波动是能量和动量的传递。
2.机械波在传播过程中不会带走介质本身,只是振动能量在介质中的传播。
3.机械波传播的速度与介质的性质有关,常用波速表示。
2.2 机械波的特性1.波长:机械波的波长是指相邻两个相位相同的点之间的距离。
2.周期:机械波的周期是指波动形态在空间中重复出现的时间间隔。
3.频率:机械波的频率是指单位时间内波动形态通过某一点的次数。
4.波速:机械波的波速是指波动形态的传播速度。
5.波幅:机械波的波幅是指波动形态振幅的大小。
三、机械波的传播规律3.1 起伏面和峰值线机械波在传播过程中会形成起伏面和峰值线。
起伏面是指波动形态中处于最高点和最低点的面;峰值线是指波动形态中处于最高点和最低点的线。
3.2 波动过程中的能量传递机械波在传播过程中能量的传递是通过介质中的颤动和振动实现的。
3.3 机械波的反射、折射和干涉机械波在遇到边界时会发生反射和折射现象。
反射是指波动形态在遇到边界后返回的现象;折射是指波动形态在遇到介质边界时改变传播方向的现象。
机械波还会发生干涉现象,干涉是指两个或多个波动形态在空间中相遇时叠加的现象。
3.4 声波的传播规律声波是一种由介质中的分子振动引起的机械波,它遵循机械波的传播规律。
根据声波传播介质的不同,声波又可分为气体声波、液体声波和固体声波。
四、实例分析:声音在不同介质中的传播以声音在不同介质中的传播为例,阐述机械波的传播规律。
练习册-10-第十章
第十章 波动10-1 平面简谐波【学习指导】一、机械波——机械振动在弹性媒质中的传播称为机械波。
1.机械波产生的条件:波源和弹性媒质。
2.波面、波前、波线波动是振动状态——位相的传播,媒质中各振动质点并不随波迁移。
波面:振动位相相同的点联接起来所形成的曲线或曲面。
波前:波的传播过程中最前面的一个波面。
波线:波的传播方向。
3.机械波的分类(1)按媒质中质点的振动方向与波的传播方向的关系划分横波——媒质质点的振动方向与波的传播方向垂直,只能在固体中传播;纵波——媒质质点的振动方向与波的传播方向平行,能在固体、液体和气体中传播。
(2)按波阵面的形状划分球面波、平面波: 点波源在各向同性媒质中传播形成球面波,若点波源处于无穷远处,则形成平面波。
4.描述波的物理量(1)描述媒质质点振动的物理量振幅A 、圆频率ω、初相ϕ。
(2)描述位相传播的物理量波长λ——描述波的空间周期性,即在波的传播方向(波线)上,相邻的振动状态相同的(位相差为2π)两质点间的距离。
周期和频率ν、T ——描述波的时间周期性。
周期T :波传播一个波长或一个完整波通过波线上某点所需要的时间。
频率:是单位时间内,通过媒质某一确定点的完整波的数目。
T1=ν (3)波速——单位时间内振动状态(位相)传播的距离。
λνλ==TuT ,ν——由波源决定,与媒质的性质无关;u ——由媒质的性质决定;λ——由波源和媒质共同决定。
5.波程差和位相差的关系波函数——能描述不同位置处,各媒质质点的振动状态。
(1)沿x 轴正方向传播时,平面简谐波函数为:cos()y A t kx ωϕ=-+ (2)沿x 轴负方向传播时,平面简谐波函数为:cos()y A t kx ωϕ=++ 2.波函数的物理意义),(t x f y =x ——各媒质质点的平衡位置的x 轴坐标、y ——各振动质点离开平衡位置的位移。
(1)t 一定时,)(x f y =——波形图:横波表示各振动质点离开平衡位置的位移情况。
第十章机械波
• 图象不同 振动的图像: 振动的图像: 波的图象: 波的图象:
• 坐标含义不同 (t、x)表示t时刻的位移是x (x、y)表示x处质点某时刻的 偏离平衡位置的位移为y
• 物理意义不同: 物理意义不同: 振动的图像: 振动的图像:描述的是某一质点在各个时 刻偏离平衡位置的位移 波的图象: 波的图象:描述的是某一时刻各个 质点偏离平衡位置的位移
4.波动问题中的多解性主要考虑: 4.波动问题中的多解性主要考虑: 波动问题中的多解性主要考虑 (1)波的空间上周期性, (1)波的空间上周期性,即沿波的传播方向相距 波的空间上周期性 为波长整数倍的多个质点的振动情况完全相同. 为波长整数倍的多个质点的振动情况完全相同. (2)波的时间上周期性,即波在传播过程中, (2)波的时间上周期性,即波在传播过程中,经 波的时间上周期性 过整数倍周期时,其波形图线相同. 过整数倍周期时,其波形图线相同. (3)波的传播方向的双向性, (3)波的传播方向的双向性,同样两个时刻的波 波的传播方向 向左和向右传播所平移的距离是不同的, 形,向左和向右传播所平移的距离是不同的,如 中的两个时刻波形,若向左传播, 图7-4-1中的两个时刻波形,若向左传播,则这段 时间内波形平移(1/4+n)个波长; (1/4+n)个波长 时间内波形平移(1/4+n)个波长;若向左传播则这 段时间传播(3/4+n)个波长. (3/4+n)个波长 段时间传播(3/4+n)个波长.
波的图象Biblioteka 1.波的图象及其物理意义. 波的图象及其物理意义.
横坐标: 横坐标:各个振动质点在平衡位置时的距离 纵坐标: 纵坐标:某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移 物理意义:某时刻各个质点离开平衡位置的 位移。
机械波-01
y 1 y 2 2 2 x u t
2 2
电磁波的波动方程对比结果
y 1 y 2 2 2 x u t
2 2
2E 1 2 1 x B 1 1 x2
2
0 0
2E 2 t B t2
2
0 0
C 1
2
0 0 0 0
结论:
在波动过程中,任一小体元的 动能和势能相等,且同位相变化。
1.图示为一平面简谐波在t时刻的波形曲线, 若此时A点处介质质元的振动动能在增大,则:
y
A. A点处质元的弹性势能在减小; B. B点处质元的弹性势能在增大; C. 波沿x轴正方向传播; D. 波沿x轴负方向传播。
B O A x
1.一列机械横波在t时刻的波形曲线如图所示, 则该时刻能量为最大值的介质质元的位置是: A.o′,b,d,f; B.a,c,e,g; d o′ C.o′,d; e a D.b,f 。
当 x =时
2 x
0
2
0 2 0
y(t ) A cos( t 0 2 ) A cos( t 0 )
结论:波长标志着波在空间上的周期性。 (2)取不同 t值: y
x y ( x) A cos (t ) u
0.04m
1
2
3
4
5
6
x(cm)
x1 xo 0.01 1 波速: u 0.02m s t 12 2 0.04 1 s T 2s T u 0.02
y(cm) Ⅰ A 原点振动: 1 2
Ⅱ 3 4 5 6 x(cm)
yo A cos( t ) 初始条件: 0 A cos 2 u A sin 0 sin 0 2
第十章 机械波
第十章机械波概述本章在机械振动的基础上讲述波的基本知识.有关波的共性的知识,如波的描述(波长、频率、波速)、波的传播规律、波的图象、波的反射和折射、波的干涉、衍射等等,也是以后学习电磁波、光波的基础.根据新大纲的要求,波动部分比现行教材有所加强,表现为内容有所扩展,讲法有所改变,希望在有限的学时内,学生能更有效地学得知识.如介绍了平面波和球面波,增加了两节必学内容“驻波”、“波的反射和折射”和一节选学内容“多普勒效应”.这些知识在现代生活中有广泛的应用,多数国外教材都将它们列为必学内容.我们这样安排,是提供给教师一个选择的余地,尽量让学生对波的认识更丰满、更深入些.波动是高中物理的一个难点.主要是因为,它需要学生想象多个质点同时又不同步的运动,从整体上看,形成波在空间的传播.这对学生的理解力和空间想象力有较高的要求.课本中尽量用形象的比喻、图示和分析来帮助学生理解,并抓住主干,以便切实让学生理解最主要、最基本的知识,和通过学习知识提高能力.单元划分本章可分为三个单元:第一单元第一节至第三节.讲波的产生、传播和描述.第二单元第四节至第七节.讲波的特有现象:反射、折射、干涉和衍射.第三单元第八节.介绍多普勒效应.第四单元第九节.介绍次声、超声及其应用.(一)波的形成和传播教学要求:1.知道直线上机械波的形成过程.2.知道什么是横波,知道波峰和波谷;知道什么是纵波,知道疏部和密部.3.知道“机械振动在介质中的传播,形成机械波”.知道波在传播运动形成的同时也传递了能量.说明:1.波是一种重要而普遍的运动形式,也是高中物理的一个难点.课本先从大量生活实例引入,从单个波即脉冲开始讲解波的产生和传播.通过比喻、模拟和图片,使学生比较形象地、步步深入地认识波是如何形成的.学生对波的认识和理解需要有一个过程.这个过程,也是提高学生的空间想象能力和思维能力的过程.教学中不可急于求成,注意多举学生常见的和易于理解的例子,并通过比喻、模拟等帮助学生逐步体会和理解.有条件的还可以播放录像或模拟动画,以帮助学生真正理解.2.波在传递运动形式的同时,也传递能量和信息.这一重要结论,要让学生通过学习明确起来.(二)材图象教学要求:1.理解波的图象的意义.知道波的图象的横、纵坐标各表示什么物理量,知道什么是简谐波.2.能在简谐波的图象中指出波长和质点振动的振幅.3.已知某一时刻某简谐波的图象和波的传播方向,能画出下一时刻的波的图象,并能指出图象中各个质点在该时刻的振动方向.说明:1.波的图象是波的一种数学表示。
第十章 机械波课件
结论:
• 窄缝宽度跟波长相差不多时,有明显 的衍射现象; • 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.
发生明显衍射现象的条件:
障碍物或孔的尺寸比波长小,或跟波长相差不多.
• 说明 :①障碍物或孔的尺寸大小 , 并不是决定衍 射能否发生的条件,仅是衍射现象是否明显的条 件 . 一般情况下 , 波长较大的波容易产生显著的 衍射现象. • ②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(称子波)在孔后传播,于是就出现了偏离 直线传播的衍射现象. • ③当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射十分 突出 , 但由于衍射波的能量很弱 , 衍射现象不容 易观察到.
例3.在水波槽的衍射实验中,若打击水面 的振子的频率是5HZ,水波在槽中的 传播速度为0.05m/s,为观察到显著的 衍射现象,小孔直径d应为( D ) A. 10cm B. 5cm C. d>1cm D. d<1cm
例4: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现象的是( C ) A.风从窗户吹进来 B.雪堆积在背风的屋后 C.水波前进方向上遇到凸出水面的小石子,小 石子对波的传播没有影响. D.晚上看到水中月亮的倒影
例2.下列关于波的衍射的说法正确的是(BD ) A.衍射是一切机械波特有的现象 B.对同一列波,缝或孔(障碍物)越小,衍射现 象越明显 C.只有横波才能发生衍射现象,纵波不能发 生衍射现象 D.声波容易发生衍射是由于声波波长较大
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
第十章机械波
结束
• 驻波:两列沿相反方向传播的振幅相同,频率相 同的波叠加时形成的波叫做驻波.
• 驻波跟前面讲过的波形向前传播的那种波是显然 不同的.相对于驻波来说波形向前传播的那种波 叫做行波.
二、驻波的形成
• 驻波的形成是两列 波沿相反方向传播 的振幅相同、频率 相同的波叠加的结 果.
• 波形虽然随时间而 改变,但不向任何 方向移动.
• 驻波是一种特殊的 干涉现象.
三、空气柱内的柱波
• 点击下图观看实验
• 空气柱内产生驻波的条 件:空气柱的长度l跟声 波波长间满足一定条件 时,在空气柱内产生驻 波.
• 利用空气柱内产生的驻 波能测出声波的速度.
• 如果测出产生驻ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ时空 气柱的长度,即可测出 声波的波长 .又知音 叉的振动频率f,则可得 声速 =ƒ.
第十章机械波
• 波节:像这种在弦线上始终是静止不动的点叫 做波节.
• 波腹:在波节和波节之间,振幅最大的那些点 叫做波腹.
注意:在波节和波节之间,各质点以相同的频 率,相同的步调振动,但振幅不同,只有振幅 最大的点才叫做波腹.
• 在相邻的两波节和波节之间,质点振动方向是 相反的.相邻的两个波节(或波腹)之间的距离 等于半个波长,即/2.
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
第十章机械波
§10-1 波的形成和传播
高二物理李君全2007.9
【教学目的】
1.在物理知识方面的要求:
(l)明确机械波的产生条件;
(2)掌握机械波的形成过程及波动传播过程的特征;
(3)了解机械波的种类极其传播特征;
(4)掌握描述机械波的物理量(包括波长、频率、波速)。
2.要重视观察演示实验,对波的产生条件及形成过程有全面的理解,同时要求学生仔细分析课本的插图。
3.在教学过程中教与学双方要重视引导和自觉培养正确的思想方法。
【重点难点】
1.重点是机械波的形成过程及描述;
2.难点是机械波的形成过程及描述。
【教具准备】
1.演示绳波的形成的长绳;
2.横波、纵波演示仪;
3.描述波的形成过程的挂图。
【教学过程】
(一)引入新课
我们学习过的机械振动是描述单个质点的运动形式,这一节课我们来学习由大量质点构成的弹性介质的整体的一种运动形式——机械波。
(二)教学过程设计
1.机械波的产生条件
例子——水波:向平静的水面投一小石子或用小树枝不断地点水,会看到水面上一圈圈起伏不平的波纹逐渐向四周传播出去,形成水波。
演示——绳波:用手握住绳子的一端上下抖动,就会看到凸凹相间的波向绳的另一端传播出去,形成绳波。
以上两种波都可以叫做机械波。
(l)机械波的概念:机械振动在介质中的传播就形成机械波
(2)机械波的产生条件:振源和介质。
振源——产生机械振动的物质,如在绳波中绳子端点在手的作用下不停抖动就是振源。
介质——传播振动的介质,如绳子、水。
2.机械波的形成过程
(1)介质模型:把介质看成由无数个质点弹性连接而成,可以想象为(图1所示)
(2)机械波的形成过程:
由于相邻质点的弹力的作用,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。
例如:
图2表示绳上一列波的形成过程。
图中1到18各小点代表绳上的一排质点,质点间有弹力联系着。
图中的第一行表示在开始时刻(t=0)各质点的位置,这时所有质点都处在平衡位置。
其中第一个质点受到外力作用将开始在垂直方向上做简谐运动,设振动周期为T,则第二行表示经过T/4时各质点的位置,这时质点1已达到最大位移,正开始向下运动;质点2的振动较质点1落后一些,仍向上运动;质点3更落后一些,此时振动刚传到了质点4。
第三行表示经过T/2时各质点的位置,这时质点1又回到平衡位置,并继续向下运动,质点4刚到达最大位移处,此时振动传到了质点7。
依次推论,第四、五、六行分别表示了经过3T/4、T和5T/4后的各质点的位置,并
分别显示了各个对应时刻所有质点所排列成的波形。
3.对机械波概念的理解
(1)机械波是构成介质的无数质点的一种共同运动形式;
(2)当介质发生振动时,各个质点在各自的平衡位置附近往复运动,质点本身并不随波迁移,机械波向外传播的只是机械振动的形式(演示横波演示器);
(3)波是传播能量的一种方式。
4.波的种类
按波的传播方向和质点的振动方向可以将波分为两类:横波和纵波。
(1)横波
定义:质点的振动方向与波的传播方向垂直。
波形特点:凸凹相间的波纹(观察横波演示器),又叫起伏波。
如图3波形所示。
(2)纵波
定义:质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上。
波形特点:疏密相间的波形,又叫疏密波。
如图4波形所示。
例:声波是纵波,其中:振源——声带;
介质——空气、固体、液体。
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。
5.描述机械波的物理量
(1)波长
定义:沿着波的传播方向,两个相邻的在振动过程中对平衡位置的位移总是相等的质点间的距离。
单位:米(m)符号:λ
演示:观察演示仪器,从中可以看出:
①在横波中波长等于相邻两个波峰或波谷之间的距离;
在纵波中波长等于相邻两个密部或疏部的中央之间的距离。
②质点振动一个周期,振动形式在介质中传播的距离恰好等于一个波
长,即在一个周期里振动在介质中传播的距离等于一个波长。
(2)波速
定义:波的传播快慢,其大小由介质的性质决定的,在不同的介质中速度并不相同。
单位:米/秒(m/s)符号:v
表达式:v=λ/T
(3)频率
质点振动的周期又叫做波的周期(T);质点振动的频率又叫做波的频率
(f)。
波的振动周期和频率只与振源有关,与介质无关。
6.思考题
机械振动与机械波的关系。
【练习】
课外练习:《高效练测》第十章第一节,
作业:课本联系1,2小题。