高中物理人教版选修3-4课件：12 机械波 本章整合

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产生条件:(1)波源(振源 ) (2)介质,二者缺一不可 传播特点:传播的是运动形式、能量、信息,质点并不随波迁移 分类 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共线 波的图象 描述 可获取的信息 与振动图象的区别 关系:������ = ������· ������ =
=
图(3),λ=l,Q 点振动到波谷需时间 t= ������ = × ������ , ������点振动到波谷需时间t= ������ = × = ×
4 4 ������ 1 1 ������
=
4 3������
; 对于
3������
=
4������ ������
; 对于图(4),λ= 。
6������
综上可知t的可能值有4个。 答案:D
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专题二 Δt前后波形的画法 1.Δt后波形的画法 (1)平移法(如画图中①Δt时间后的波形)
①原理:波传播的是运动形式,即波形的传播。 ②方法与步骤:
a.算出波在 Δt 时间内传播的距离:Δx=vΔt= ·Δt。
������ ������
b.把波形沿波的传播方向平移Δx,如图所示的②图象。 c.然后将图线向反方向顺沿即可,如图中虚线部分。
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(2)特殊点法(如画图中①Δt时间后的波形)
①原理:参与波动的介质质点都在各自的平衡位置振动,并不随
波迁移。
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【例4】 如图甲所示,一列简谐横波在t=0.2 s时的波形,其中原点 是波源,图乙是波上某一点P的振动图象。
(1)求波速,并说明P质点的位置; (2)画出t=0.4 s和t=0.55 s时的波形。 点拨:由题图可直接读出波长λ、周期T,便可算出波速,可选用特 殊点振动法或平移法来确定t=0.4 s和t=0.55 s时的波形。
4
后波形如图中②所示。
2.Δt前波形的画法 如果运用平移法,只需将波形逆着波的传播方向推进;如果运用 特殊点法,只需沿着质点振动的反方向找Δt后的质点位置,其他做法 不变。
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温馨提醒(1)根据波形呈空间周期性的特点。当波向前推进为波 长整数倍时,波形同原来相同,所以实际作图时通常采取去整(波长 整数倍部分)留零(不到一个波长的部分)的方法去处理。 (2)平移后的波形,图象的前半部分要出现“残缺”,一定要注意把 图象补画完整。
3 5
������ +
3 4
=
v=λ· f=
5(4������ +3) 24
(������ = 0,1,2, …)
4������ +3
(������ = 0,1,2, …)。
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答案:若波向右传播,v = 若波向左传播,v =
24 4������ +3
24 4������ +1
(������ = 0,1,2, … )
(������ = 0,1,2, … )
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2.时间、距离不确定形成多解 沿着波的传播方向,相隔一个波长的连续两个相邻的质点振动的 步调是完全相同的;在时间上相隔一个周期的前后两个相邻时刻的 波形图线是完全相同的。所以,当题中已知条件没有给定波传播的 时间(波传播的时间Δt与周期T之间的关系不确定)或是没有给定波 的传播距离(波的传播距离Δs与波长λ之间的关系不确定),就会出现 多解现象。同学们在解题时经常只分析传播时间Δt小于T(或波传 播距离Δs小于波长λ)的特解情况,从而造成特解代替通解的漏解现 象。
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由于波的空间周期性,P、Q间波形有两种情况:
①当波向右传播时,当 P、 Q 两点相差 ������ + 4 个周期时,
sPQ= ������ + λ=
3 5
1
1 4
������ (������ = 0,1,2, … )
12
������ +
1 4
=
v=λ· f=
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【例1】 有一列沿水平方向传播的简谐横波,频率为10 Hz,沿竖 直方向振动,当绳上的质点P到达其平衡位置且向下运动时,在其右 方相距0.6 m处的质点Q刚好到达最高点,求波的传播方向和波速。 点拨:由于题干中没有明确波的传播方向,故在求解时应根据波 可能的传播方向讨论求解。 解析:由题意可以作出一个周期内P、Q两质点可能的波形示意 图,波可以向左传播,也可以向右传播,如图所示,甲、乙分别表示波 向右和向左传播时的基本波形。
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解析 :(1)由题图甲知波长 λ=4 m,由题图乙知周期 T=0.2 s,所以波 速 v=
������ ������
= 20 m/s。由题图乙知 0.2 s 时 P 质点经过平衡位置正向上
运动 ,且它已振动了一个周期,所以它应是图甲中的波源,其横坐标 x=0。
s
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3.两质点间关系不确定形成多解 在波的传播方向上,如果两个质点间的距离不确定或者两者相位 之间关系不确定,就会形成多解。若不能联想到所有可能情况,就 会出现漏解。
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【例3】 一列简谐横波向右传播,波速为v,沿波传播方向上有相 距为l的P、Q两质点,如图所示,某时刻P、Q两质点都处于平衡位 置,且P、Q间仅有一个波峰,经过时间t,Q质点第一次运动到波谷。 则t的可能值有( )
A.1个 B.2个 C.3个 D.4个 点拨:本题的关键是要全面分析P、Q间仅有一个波峰的所有可 能情况,求出每一种情况对应的波长,进而求出周期T,然后再来确定 t与周期T的关系。
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解析:由题中条件可知,P、Q间的波形有如图所示四种且均向右 传播:
对于图 (1),λ=2l,Q 点振动到波谷需时间 t= ������ = ×
3������ 2������ 2 3
3
3
������ ������ ������ ������
; 对于图(2),λ=l,Q 点振动到波谷需时间 t= ������ = ×
3 4 3 4 1 4 4 ������ ������ 2������
4 1
4 1
= × =
4 ������ 4������
3
2������ ������
②方法与步骤:
a.取平衡位置相距为 的两个特殊点(最大位移处与平衡位置处)
4 ������
为研究对象。 b.根据图示时刻质点的振动方向,判定出 Δt(通常要算出
������ ������
=
������的值)时间后两质点的位置。 3 c.过这两位置画出正弦图象即可,如图所示,假设 Δt = ������, Δ������
(2)t=0.4 s 时,从题图甲算 Δt1=0.2 s=T,波形正好向右平移了一个 波长,因此 0~4 m 之间的波形与 t=0.2 s 时的波形相同,此时波形如 7 图中实线所示。t=0.55 s 时,从题图甲算 Δt2=0.35 s= ������, 由画图的
4
一般作法:去整取零法,只需把 t=0.2 s 时的波形向右平移 ������即可,结 果如图中虚线所示。
4
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答案:(1)20 m/s (2)见解析图
横坐标x=0
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5(4������ +1) 24
(������ = 0,1,2, …)
3
4������ +1 3 4
(������ = 0,1,2, …) ������(������ = 0,1,2, …)
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②当波向左传播时,当 P、 Q 两点相差 ������ + 4 个周期时,
sPQ= ������ + λ=
������ 物理量:������、������、������ ������ 决定因素:������只由振源决定,������由介质决定 反射 折射 干涉 解释:惠更斯原理 条件:频率相同的两列波 现象:加强区域、减弱区域相互间隔 条件:障碍物或孔的尺寸比波长小或相差不多 现象:绕过障碍物或小孔传到阴影区,声波:闻其声不见其人 条件:波源与观察者间有相对运动 现象:感受到的波的频率发生了变化 波特有的现象
4
不可能是 8.4 m,B 错误。波速 v= =(4n+3) s,所以 t 可能是 7 s。
答案:D
������ ������
=
42 4(4������ +3)
m/s,所以波速 v 不可能
������ 10.5×4(4������ +3) 42 ������
是 10.5 m/s,C 错误。波由 a 传播到 b 所用时间 t= =
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