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大学物理(机械波篇)ppt课件
液晶显示
利用偏振光的特性，实现液晶 屏幕对图像的显示和控制。
科学研究
在物理学、化学、生物学等领 域中，利用偏振光研究物质的 光学性质和结构特征。
06
总结回顾与拓展延伸
机械波篇重点知识点总结
机械波的基本概念
机械波是介质中质点间相互作用力引起的振动在介质中的传播。机械波的产生条件、传播方 式、波动方程等基本概念是学习的重点。
驻波形成条件 两列波的频率相同、振幅相等、相位差恒定。
3
驻波特点
波形固定不动，节点和腹点位置固定；相邻节点 间距离等于半波长；能量在节点和腹点之间来回 传递。
03
非线性振动和孤立子简介
非线性振动概念及特点
非线性振动定义
指振动系统恢复力与位移之间不满足线 性关系的振动现象。
振幅依赖性
振动频率和波形随振幅变化而变化。
当障碍物尺寸远大于波长时，衍射现象不 明显。
衍射规律
衍射角与波长成正比，与障碍物尺寸成反 比。
双缝干涉实验原理及结果分析
实验原理：通过双缝让 单色光发生干涉，形成 明暗相间的干涉条纹。
01
干涉条纹间距与光源波 长、双缝间距及屏幕到
双缝的距离有关。
03
05 通过测量干涉条纹间距，
可以计算出光源的波长。
天文学领域
通过测量恒星光谱中谱线的多普勒频移，可以推断出恒星相对于观察 者的径向速度，进而研究恒星的运动和宇宙的结构。
05
光的衍射、干涉和偏振现 象
光的衍射现象及规律总结
衍射现象：光在传播过程中遇到障碍物或 小孔时，会偏离直线传播路径，绕到障碍 物后面继续传播的现象。
当障碍物尺寸与波长相当或更小时，衍射 现象显著。
多个孤立子相互作用后，各自保持 原有形状和速度继续传播。
机械波的描述课件
计算方法
可以通过波形的高度、宽 度和传播速度等参数来计 算波动周期。
03
机械波的数学描述
波动方程
建立坐标系
选择一个适当的坐标系，通常 采用笛卡尔坐标系或者极坐标 系，以便于描述波的传播方向
和幅度变化。
定义变量
通常包括时间t和空间坐标x，y（ 在二维波动中）或r，θ（在三维 波动中）。
建立波动方程
当两个或多个波同时传播时， 它们之间会相互叠加。叠加后 的波形等于各波形的幅值和相
位分别相加的结果。
干涉现象
当两个同频率、同相位、同方 向的波相遇时，会产生干涉现 象，表现为波峰与波峰叠加形 成更大的峰，波谷与波谷叠加
形成更深的谷。
衍射现象
当波遇到障碍物边缘或穿过狭 缝时，会发生衍射现象，表现 为波绕过障碍物边缘或穿过狭 缝后继续传播，形成类似阴影
。
机械波在科技前沿的应用案例
引力波探测
介绍引力波的概念及探测方法，以及引力波在宇宙学和天文学 领域的应用。
量子力学中的波粒二象性
阐述量子力学中波粒二象性的概念，以及机械波在量子力学中的 应用和意义。
光学与机械波的交叉应用
介绍光学与机械波的交叉研究领域，如光机械系统、声光效应等 。
感谢您的观看
THANKS
• 波粒二象性：在量子力学中，粒子具有波动和粒子两种性质，即波粒二象性。这是量子力学中的一个基本原理。
06
机械波实验及案例分析
机械波实验模拟
波形图模拟
通过计算机模拟技术，展示不同因素对机械波传 播的影响，如波长、频率、振幅等。
实验设备介绍
介绍实验中使用的仪器和设备，如示波器、信号 发生器等，并解释其作用和原理。
机械波的产生源于 物体的振动，而振 动的物体称为波源 。
机械波波长波速频率幻灯片PPT
机械波波长波速频率幻灯 片PPT
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第十二章 机械波
波长、频率和波速
1. 定义:
t＝t1＋＝2.75 s.
• 3．(2009·上海高考)弹性绳沿x轴放置，左 端位于坐标原点，用手握住绳的左端，当t ＝0时使其开始沿y轴做振幅为8 cm的简谐 振动，在t＝0.25 s时，绳上形成如图所示
的波形，则该波的波速为___20__cm/s；在
t＝__2.75_s时，位于x2＝45 cm处的质点 N恰好第一次沿y轴正向通过平衡位置
x /cm
总结：
• (1) “相位总是相同” ----“位移、速度、加速度 时时刻刻都相等”
• (2) 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 间的距离等于波长
• (3)相距λ整数倍两质点振动步调总是相同的； 相距λ/2奇数倍两质点振动步调总是相反的
的虚线所示。设该波的周期T大于0.5s。
（1）如果波是向左传播的，波的速度是 多大？波的周期是多大？
（2）如果波是向右传播的，波的速度是 多大？波的周期是多大？
解：（1）如果波是向左传播的，应有 所以 T=4Δt/(1+4n) (n=0） 由式 v=λ/T 得 当n=0时，T1=2s,v1=0.12m/s
波速由介质决定，与波的频率、质点的振幅无关 2．频率由什么决定？
波的频率只取决于波源，与波速、波长无关。波在 传播过程中、从一种介质进入另一种介质时频率 不变。
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第十二章 机械波
波长、频率和波速
1. 定义:
t＝t1＋＝2.75 s.
• 3．(2009·上海高考)弹性绳沿x轴放置，左 端位于坐标原点，用手握住绳的左端，当t ＝0时使其开始沿y轴做振幅为8 cm的简谐 振动，在t＝0.25 s时，绳上形成如图所示
的波形，则该波的波速为___20__cm/s；在
t＝__2.75_s时，位于x2＝45 cm处的质点 N恰好第一次沿y轴正向通过平衡位置
x /cm
总结：
• (1) “相位总是相同” ----“位移、速度、加速度 时时刻刻都相等”
• (2) 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 间的距离等于波长
• (3)相距λ整数倍两质点振动步调总是相同的； 相距λ/2奇数倍两质点振动步调总是相反的
的虚线所示。设该波的周期T大于0.5s。
（1）如果波是向左传播的，波的速度是 多大？波的周期是多大？
（2）如果波是向右传播的，波的速度是 多大？波的周期是多大？
解：（1）如果波是向左传播的，应有 所以 T=4Δt/(1+4n) (n=0） 由式 v=λ/T 得 当n=0时，T1=2s,v1=0.12m/s
波速由介质决定，与波的频率、质点的振幅无关 2．频率由什么决定？
波的频率只取决于波源，与波速、波长无关。波在 传播过程中、从一种介质进入另一种介质时频率 不变。
机械波的描述学习教育课件PPT
A
y
O
x
λ=8cm
v
y（cm）
2
-7
1
-2
x（cm）
机械波的描述
1. 波形图
2.
v f T
机械波的描述
波形图
y O
x
波形图
y
O
x
波形图记录了某一时刻波上每 个质点的相对平衡位置的位移。
波形图
y O λ λ λ
x λ
波长（λ） :当波源完成一次全振动时， 波向前传播一个波长。
y
x
波形的运动
波速（v）
1.机械波在均匀介质中匀速传播
2.机械波的波速由介质的性质决 定，不同的介质中波速不同。
1.波长（λ）
S Байду номын сангаас 2.波速（ v ） v t T
波的周期和频率
1. 波的周期和频率就是波上
每个质点振动的周期和频率。
2. 波上的一个质点是在前一个
质点带动下做受迫振动， 所以振动的周期和频率都与 波源相同
1.波长（λ） 2.波速（v） 3.周期（T） 频率（f）
v f T
例题1．若t=0时刻，波形如图，O为 波源。请画出当波源再振动T/4后的 波形。
y O x
例题2．若t=0时刻，波形如图，O为 波源。请问当前波上的质点A的速 度方向。
y
O
B
A x
例题2．若t=0时刻，波形如图，O为 波源。请问当前波上的质点A的速 度方向。
y A’
O
A
v
x
例题3．一振幅是2.0cm、频率4.0Hz的简 谐波，以32cm/s的速度沿x轴正方向传播。 （1）请计算该波的波长λ。 λ=8cm （2）在某时刻，x坐标为-7.0cm处的质 点正好经平衡位置且向y轴负方向运动。 试在图中画出此时刻的波形图（请至少 画两个波长）。
2.2机械波的描述.ppt
A
V
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？
课堂练习 如图所示为一列简谐波在某时刻的波形图， 已知图形上某点的振动方向如图所示。试求这列 波的传播方向
Y
向左传播
V
O
X
如果这个质点的振动方向向上 如果已知这个质点做减速运动
向右传播 向右传播
课例6.一列横波在某时刻的波形图如图所示。 堂练习
课 堂 练 习 关于简谐波说法中正确的是（
C
）
A．两个振动情况完全相同的质点之间的距离是一 个波长 B．任意两个波峰或波谷之间的距离叫波长
C．波动在一周期内向前传播的距离等于波长
D．在一个周期内质点所走过的路程等于一个波长
课 堂 练 习
关于波速说法错误的有（
ABCE
）
A．波速由介质和波源共同决定
四、波长、周期（或频率）和波速的关系
1．波速由什么决定？ 波速由介质决定，与波的频率、质点的振幅无关
2．频率由什么决定？ 波的频率只取决于波源，与波速、波长无关。 波在传播过程中、从一种介质进入另一种介质时 频率不变。 3．波长由什么决定？
波长则决定于 v 和 T 。波从一种介质进入另一 种介质波速发生变化，周期不变，波长发生变化； 波在同一介质中传播，当周期发生变化，波长也 发生变化。
课 堂 练 习
下图为一横波在某一时刻的波形图，已知F 质点此时的运动方向如下图所示，则（ C ）
A．波向右传播 B．质点H的运动方向与质点F的运动方向相同 C．质点C比质点B先回到平衡位置 D．质点C在此时的加速度为零
课 堂 练 习 某列波沿x轴正方向传播，t=0时的波形图如 图所示，已知在t=0.6秒时A点正好第三次出现波 峰，则波的周期为多少？波传到P点所需的时间 为多少？P点第一次出现波峰的时间是多少？
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4
⑵若波向右传播，传播的可能时间是
t0.2s(n1)T(n0 ， 1 ， 2 ， 3 )
4
当n=0时，T最大，Tmax=0.8s ⑶若波传播速度是v=35m/s，则波在0.2s内传播的距离
Sv t 3 50.27m13
4
当波向左传播具有这种可能，所以波向左传播。
课堂例题1
• 关于波的频率，下列说法中正确的是（ AB ） A.波的频率由波源决定，与介质无关； B.波的频率与波速没有必然关系； C.波由一种介质传到另一种介质时，频率会变
3、波速： （1）单位时间内波的振动形式传播的距离叫波 速。公式为：v=λ/T
（2）波速的大小由介质的性质所决定，同一列 波在不同的介质中波速是不相同的。
4、波长、频率和波速的关系：
（1）周期T和频率f互为倒数，即
T1 f
（2）波速v等于波长和周期的比值，也等于波 长和频率的乘积，即
v f
T
思考题：
• 波的频率是介质中任一质点在单位时间内完 成的全振动次数。用符号f表示，单位是Hz。
y/频率是介质中任一质点在单位时间内完 成的全振动次数。用符号f表示，单位是Hz。
• 注意点： ①波的频率与波源的振动频率相同。对一列波而言，
各质点的振动频率等于波源的振动频率。
②波的频率与波源振动频率有关，与传播的介质无关！
2.2机械波的描述
第四章 周期运动
E 机械波的描述
波的描述——波长
• 在一列波中，偏离平衡位置的位移和速度总 是相同的两个相邻质点间的距离，叫做波长。
• 波长用符号λ表示，单位是m，是标量。
y/m
λ
x/m λ
λ
小结：相邻波峰（或波谷）间的距离就是波的波长！
波的描述——波速
• 单位时间内波在介质中传播的距离，也就是 波在介质中传播的速度叫做波速。
二、描述波的特征的物理量
1、波长：在波动中，对于平衡位置的位移总是 相同的两个相邻质点间的距离。 在横波中，两相邻波峰（或两相邻波谷）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） 之间的距离等于波长。
2、周期（T）、频率（f）：
（1）波源的周期（或频率）叫做波的周期（或 频率） （2）在波动中，各个质点的振动周期（或频率） 是相同的，都等于波的周期（或频率）
• 波速用符号v表示，波速的单位是m/s。 • 波速的大小由传播波的介质的性质决定。 • 通常情况下，波在固体中的传播速度比在液
体中大，在液体中的传播速度又比气体中大。 声波在钢铁中的传播速度约为5000m/s，在水 中约为1500m/s，而空气中约为340m/s。
波的描述——周期
• 波的周期是介质中任一质点完成一次全振动 需要的时间。用符号T表示，单位是s。
大； D.以上说法均不正确。
分析：波的频率与波源振动频率有关，与传播的介质 无关！当波由一种介质进入另一种介质时，波的频率 是不变的。
课堂例题2
• 设空气中某列声波的周期是1ms，求：
（1）它的频率是多少？
（2）它的波长是多少？
一、波的图象
用横坐标x表示在波传播方向上介质各质点 的平衡位置，纵坐标y表示某一时刻各个质 点偏离平衡位置的位移，并规定在横波中位 移方向向上时为正值，位移方向向下为负值， 把各个质点在某一时刻所在位置连成曲线， 就得到该时刻的波的图象。
波的图象的物理意义：表示了一列波在某时 刻沿波的传播方向上，介质中各个质点离开 各自平衡位置的位移情况。
例3．关于v=fλ和v=λ/T说法正确的是（ AB） A．它们适用于一切波（包括电磁波、光波） B．同一列波在传播过程中，从一种介质进入另
一种介质时保持不变的只有f C．由v=fλ可以看出，波速与频率成正比 D．由两式得出同类波在同一种介质中传播时，
波长和频率成反比，与周期成正比
例7．一列简谐横波沿x轴传播，t=0时刻的波形如 图实线所示，经过△t=0.05s后的波形如图虚线所
例1．关于简谐波说法中正确的是（ C ） A．两个振动情况完全相同的质点之间的距离
是一个波长 B．任意两个波峰或波谷之间的距离叫波长 C．波动在一周期内向前传播的距离等于波长 D．在一个周期内质点所走过的路程等于一个
波长
例2．关于波速说法错误的有（ABCE ） A．波速由介质和波源共同决定 B．提高振源频率，波的传播速度将增大 C．同时在空气中传播两列声波，波长较大的 声波传播较快 D．频率大的声波在空气中传播的波长越短 E ．波速反映了介质中质点振动的快慢 F ．波速反映了振动在介质中传播的快慢
示。已知△t小于一个周期，则（AD ）
A．这列波的波长是4m B．这列波的振幅是0.4m C．这列波的波速一定是20m/s D．这列波的频率可能是15Hz
解析：由图可知波长λ=4m，振幅等于0.2m
波可能向右传，也可能向左传，又因为△t小于一 个周期，所0.05s=1/4T或0.05s=3/4T
所以频率f =5Hz或15Hz，由v=fλ可知
v =20m/s或60m/s
例8．如图所示的实线是某时刻的波形图象，虚 线是经过0.2s时的波形图象。 ⑴假设波向左传播，求它传播的可能距离。 ⑵若这列波向右传播，求它的最大周期。 ⑶假定波速是35m/s，求波的传播方向。
解析：由图可知，波长λ=4m ⑴若波向左传播，传播的可能距离是
S (n 3 ) (4 n 3 )m (n 0 ， 1 ， 2 ， 3 )
1．波速由什么决定？ 波速由介质决定，与波的频率、质点的振幅无关。
2．频率由什么决定？ 波的频率只取决于波源，与波速、波长无关。波在传 播过程中、从一种介质进入另一种介质时频率不变。
3．波长由什么决定？ 波长则决定于v和T。波从一种介质进入另一种介质波 速发生变化，周期不变，波长发生变化；波在同一介 质中传播，当周期发生变化，波长也发生变化。
同一波源发出的波在不同介质中频率保持不变。
③当波由一种介质进入另一种介质时，波的频率是不
变的。
波长、频率、周期和波速的关系
• 波长、波速和周期的关系：v
T
• 波长、波速和频率的关系： v f
小结：波从一介质向另一介质传播时，不发生变化的 物理量是振幅、周期、频率；变化的物理量是波速和 波长！
⑵若波向右传播，传播的可能时间是
t0.2s(n1)T(n0 ， 1 ， 2 ， 3 )
4
当n=0时，T最大，Tmax=0.8s ⑶若波传播速度是v=35m/s，则波在0.2s内传播的距离
Sv t 3 50.27m13
4
当波向左传播具有这种可能，所以波向左传播。
课堂例题1
• 关于波的频率，下列说法中正确的是（ AB ） A.波的频率由波源决定，与介质无关； B.波的频率与波速没有必然关系； C.波由一种介质传到另一种介质时，频率会变
3、波速： （1）单位时间内波的振动形式传播的距离叫波 速。公式为：v=λ/T
（2）波速的大小由介质的性质所决定，同一列 波在不同的介质中波速是不相同的。
4、波长、频率和波速的关系：
（1）周期T和频率f互为倒数，即
T1 f
（2）波速v等于波长和周期的比值，也等于波 长和频率的乘积，即
v f
T
思考题：
• 波的频率是介质中任一质点在单位时间内完 成的全振动次数。用符号f表示，单位是Hz。
y/频率是介质中任一质点在单位时间内完 成的全振动次数。用符号f表示，单位是Hz。
• 注意点： ①波的频率与波源的振动频率相同。对一列波而言，
各质点的振动频率等于波源的振动频率。
②波的频率与波源振动频率有关，与传播的介质无关！
2.2机械波的描述
第四章 周期运动
E 机械波的描述
波的描述——波长
• 在一列波中，偏离平衡位置的位移和速度总 是相同的两个相邻质点间的距离，叫做波长。
• 波长用符号λ表示，单位是m，是标量。
y/m
λ
x/m λ
λ
小结：相邻波峰（或波谷）间的距离就是波的波长！
波的描述——波速
• 单位时间内波在介质中传播的距离，也就是 波在介质中传播的速度叫做波速。
二、描述波的特征的物理量
1、波长：在波动中，对于平衡位置的位移总是 相同的两个相邻质点间的距离。 在横波中，两相邻波峰（或两相邻波谷）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） 之间的距离等于波长。
2、周期（T）、频率（f）：
（1）波源的周期（或频率）叫做波的周期（或 频率） （2）在波动中，各个质点的振动周期（或频率） 是相同的，都等于波的周期（或频率）
• 波速用符号v表示，波速的单位是m/s。 • 波速的大小由传播波的介质的性质决定。 • 通常情况下，波在固体中的传播速度比在液
体中大，在液体中的传播速度又比气体中大。 声波在钢铁中的传播速度约为5000m/s，在水 中约为1500m/s，而空气中约为340m/s。
波的描述——周期
• 波的周期是介质中任一质点完成一次全振动 需要的时间。用符号T表示，单位是s。
大； D.以上说法均不正确。
分析：波的频率与波源振动频率有关，与传播的介质 无关！当波由一种介质进入另一种介质时，波的频率 是不变的。
课堂例题2
• 设空气中某列声波的周期是1ms，求：
（1）它的频率是多少？
（2）它的波长是多少？
一、波的图象
用横坐标x表示在波传播方向上介质各质点 的平衡位置，纵坐标y表示某一时刻各个质 点偏离平衡位置的位移，并规定在横波中位 移方向向上时为正值，位移方向向下为负值， 把各个质点在某一时刻所在位置连成曲线， 就得到该时刻的波的图象。
波的图象的物理意义：表示了一列波在某时 刻沿波的传播方向上，介质中各个质点离开 各自平衡位置的位移情况。
例3．关于v=fλ和v=λ/T说法正确的是（ AB） A．它们适用于一切波（包括电磁波、光波） B．同一列波在传播过程中，从一种介质进入另
一种介质时保持不变的只有f C．由v=fλ可以看出，波速与频率成正比 D．由两式得出同类波在同一种介质中传播时，
波长和频率成反比，与周期成正比
例7．一列简谐横波沿x轴传播，t=0时刻的波形如 图实线所示，经过△t=0.05s后的波形如图虚线所
例1．关于简谐波说法中正确的是（ C ） A．两个振动情况完全相同的质点之间的距离
是一个波长 B．任意两个波峰或波谷之间的距离叫波长 C．波动在一周期内向前传播的距离等于波长 D．在一个周期内质点所走过的路程等于一个
波长
例2．关于波速说法错误的有（ABCE ） A．波速由介质和波源共同决定 B．提高振源频率，波的传播速度将增大 C．同时在空气中传播两列声波，波长较大的 声波传播较快 D．频率大的声波在空气中传播的波长越短 E ．波速反映了介质中质点振动的快慢 F ．波速反映了振动在介质中传播的快慢
示。已知△t小于一个周期，则（AD ）
A．这列波的波长是4m B．这列波的振幅是0.4m C．这列波的波速一定是20m/s D．这列波的频率可能是15Hz
解析：由图可知波长λ=4m，振幅等于0.2m
波可能向右传，也可能向左传，又因为△t小于一 个周期，所0.05s=1/4T或0.05s=3/4T
所以频率f =5Hz或15Hz，由v=fλ可知
v =20m/s或60m/s
例8．如图所示的实线是某时刻的波形图象，虚 线是经过0.2s时的波形图象。 ⑴假设波向左传播，求它传播的可能距离。 ⑵若这列波向右传播，求它的最大周期。 ⑶假定波速是35m/s，求波的传播方向。
解析：由图可知，波长λ=4m ⑴若波向左传播，传播的可能距离是
S (n 3 ) (4 n 3 )m (n 0 ， 1 ， 2 ， 3 )
1．波速由什么决定？ 波速由介质决定，与波的频率、质点的振幅无关。
2．频率由什么决定？ 波的频率只取决于波源，与波速、波长无关。波在传 播过程中、从一种介质进入另一种介质时频率不变。
3．波长由什么决定？ 波长则决定于v和T。波从一种介质进入另一种介质波 速发生变化，周期不变，波长发生变化；波在同一介 质中传播，当周期发生变化，波长也发生变化。
同一波源发出的波在不同介质中频率保持不变。
③当波由一种介质进入另一种介质时，波的频率是不
变的。
波长、频率、周期和波速的关系
• 波长、波速和周期的关系：v
T
• 波长、波速和频率的关系： v f
小结：波从一介质向另一介质传播时，不发生变化的 物理量是振幅、周期、频率；变化的物理量是波速和 波长！