第12章 机械波学习指导
清泉州阳光实验学校选修第十二章机械波教学设计
清泉州阳光实验学校第十二章机械波物理名言:水波分开了它产生的地方,而那里的水并不分开,就像风在田野里掀起的麦浪。
我们看到,麦浪滚滚地在田野里奔去,但是麦子却任旧留在原来的地方——达芬奇〔1452-1519〕。
意大利文艺复兴时期的画家、科学家,著名画作蒙娜丽莎,对光的波动性、颜色、小孔成像等问题提出过正确的见解。
有一些概念是如此的普遍,其意义是如此的深远,以致对于我们还理解不深的某些事物,这些概念也能提供重要的情况。
在这些概念中,最了不起应该算是波了。
我们会问波是什么?还不如问:关于波,我们能说些什么?1波的形成和传播三维教学目的1、知识与技能〔1〕知道直线上机械波的形成过程;〔2〕知道什么是横波,波峰和波谷;〔3〕知道什么是纵波,密部和疏部;〔4〕知道“机械振动在介质中传播,形成机械波〞,知道波在传播运动形式的同时也传递了能量。
2、过程与方法:通过实验演示、观察、分析,培养学生进展科学探究的才能。
从而,培养学生的空间想象才能和思维才能。
3、情感他、态度与价值观:教学重点:机械波的形成过程及传播规律是本节课的重点。
教学难点:机械波的形成过程及传播规律也是本节课的难点教学方法:实验探究和计算机辅助教学。
教学教具:丝带、波动演示箱、程度悬挂的长弹簧、音叉。
教学过程:第一节波的形成和传播〔-〕引入新课演示:抖动丝带的一端,产生一列凹凸相间的波在丝带上传播,在这个简单的例子中,我们接触到一种广泛存在的运动形式——波动,请同学们再举出几个有关波的例子。
〔水波、声波、无线电波、光波。
〕水波、声波、地震波都是机械波,无线电波、光波都是电磁波。
这一章我们学习机械波的知识,以后还会学习电磁波的知识。
〔二〕进展新课如今学习第一节,波的形成和传播。
1、波的形成和传播演示:拨动程度悬挂的柔软长弹簧一端,产生一列疏密相间的波沿弹簧传播;演示:敲击音叉,听到声音,这是声波在空气中传播〔指明,虽然眼睛看不到波形,但它客观存在,也是疏密相间的波形〕〔1〕波产生的条件:波源;介质。
高中 12章《机械波复习课》
波长λ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
描述波的 物理量
频率f(周期T)
波速v
λ
关系:v= λf 或v=_T__
形成:前面的质点带动后面的质点,将 振动形式 传播出去
波 物理意义:横坐标表示波的传播方向上各质点的 平衡 位置,纵坐
的
标表示某一时刻各质点 偏离 平衡位置的位移
机 械 波
图 象
振动图象与 波的图象
相同点:纵坐标表示_位__移__
波形图如图所示。
a、b 相距 9 m 等于(n+14)λ,则 λ=n+9 14 m(n=0,1,2,3…) 当 n=2 时,λ=4 m,只有 A 正确。
当简谐波由 a 向 b 传播时,其可能的波形图如图所示, a、b 相距 9 m 等于(n+34)λ,即 λ=n+9 43 m(n=0,1,2,3…) 当 n=0 时,λ=12 m,只有 C 正确。综上所述,A、C 正确,B、D 错误。
s=nλ+Δs t=nT+Δt v=s/t=(nλ+Δs)/(nT+Δt),其中n=0,1,2,…
2.波的传播方向的双向性形成多解
在一维条件下,机械波既可以向x轴正方向传播,又可以向x轴负
方向传播,这就是波传播的双向性。
3.波形的隐含性形成多解
许多波动习题往往只给出完整波形的一部分,或给出了几个特殊 点,而其余部分处于隐含状态。这样,一道习题就有多个图形与 之对应,从而形成多解。
于这几列波单独传播时引起的位移的_矢__量__和___
机 波的 干涉:频率 相同的两列波叠加,使某些区域的振动加强 ,某些
械 一些
区域的振动 减弱 的现象
波 现象 多普勒效应:是由波源与观察者相对运动 (距离变化)产生的,一
切波都能发生多普勒效应
高中 12章《机械波复习课》学习任务单
12章《机械波复习课》学习任务单【复习回顾】一、构建本章知识网络(思维导图)【重点探究】二、对波的图象的理解1.图象的物理意义2.从波的图象可以获取的哪些信息?3.波的图象与振动图象的联系【典例1】一列简谐横波沿+x方向传播,t=0时刻的波形如图甲所示,A、B、P和Q是介质中的四个质点,t=0时刻波刚好传播到B点,质点A的振动图象如图乙所示,则:(1)该波的传播速度是多大?(2)从t=0到t=1.6 s,质点P通过的路程为多少?(3)经过多长时间质点Q第二次到达波谷?三、波动问题的周期性及多解性1.波动图象的周期性形成多解2.波的传播方向的双向性形成多解3.波形的隐含性形成多解【典例2】(多选)一列简谐横波沿直线传播,该直线上平衡位置相距9 m的a、b两质点的振动图象如图所示,下列描述该波的图象可能正确的是( )四、波的特有现象【典例3】 (多选)关于下列图片中的物理现象,描述正确的是( )A.甲图,水波由深水区传播至浅水区,波速方向改变,属于波的反射现象B .乙图,水波穿过障碍物的小孔后,能传播至两侧区域,属于波的衍射现象C .丙图,两列同频率的水波在空间叠加,部分区域振动加强,属于波的干涉现象D .丁图,竹竿举起蜂鸣器快速转动,听到蜂鸣器频率发生变化,属于波的多普勒效应【巩固训练】一列简谐横波在t =13s 时的波形图如图a 所示,P 、Q 是介质中的两个质点。
图b 是质点Q 的振动图象。
求:(1)波速及波的传播方向;(2)质点Q 的平衡位置的x 坐标。
【总结感悟】12章《机械波复习课》课后巩固练习1.以下对机械波的认识正确的是( )A .形成机械波一定要有波源和介质B .波源做简谐运动形成的波中,各质点的运动情况完全相同C .横波向右传播时,处于波峰的质点也向右迁移D .机械波向右传播时,右方的质点比左方的质点早一些振动2.(多选)下图分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔(图A 、B)或障碍物(图C 、D),其中能发生明显衍射现象的有( )a b3.下列关于机械波的说法中,正确的是( )A .发生干涉现象时,介质中振动加强点,振动的振幅最大,减弱点振幅可能为零B .产生多普勒效应的原因是波源频率发生了变化C .在一个周期内,介质的质点所通过的路程等于波长D .某一频率的声波,从空气进入水中时,波长和频率均增大4.近年来我国的航空事业迅速发展,战机的超音速飞行已十分普遍.当战机在上空返航时,地面上的人经常会听到一声雷鸣般的巨响,引起房屋门窗的剧烈颤动.这是因为飞机返航加速过程中,当飞机速度接近声速时会使发动机发出的声波波面在飞机的前方堆积形成音障,当飞机加速冲破音障时发出的巨大响声,称为音爆.音障的形成与下列哪种现象的形成原理最为相近( )A .音叉周围有些区域声音较强,有些区域声音较弱B .敲响一只音叉,不远处的另一只音叉也发出声音C .火车进站时鸣笛的音调会变高,出站时会变低D .在屋外看不见屋内的人,却能听见屋内人说话5.手持较长软绳端点O 以周期T 在竖直方向上做简谐运动,带动绳上的其他质点振动形成简谐波沿绳水平传播,示意图如图1.绳上有另一质点P ,且O 、P 的平衡位置间距为L .t =0时,O 位于最高点,P 的位移恰好为零,速度方向竖直向上,下列判断正确的是( )图1A .该简谐波是纵波B .该简谐波的最大波长为2LC .t =T 8时,P 在平衡位置上方D .t =3T 8时,P 的速度方向竖直向上 6.(多选)一列波沿直线传播,在某一时刻的波形图如图2所示,坐标原点处质点位于波峰,质点A 的位置与坐标原点相距0.5m ,此时质点A 沿y 轴正方向运动,再经过0.02s 将第一次到达波峰,由此可见( )图2A .这列波的波长是2mB .这列波的频率是50HzC.这列波的波速是25m/s D.这列波的传播方向是沿x轴的负方向7.质点以坐标原点O为中心位置在y轴上做简谐运动,其振动图象如图3所示,振动在介质中产生的简谐横波沿x轴正方向传播,波速为1.0m/s.0.3s后,此质点立即停止运动,再经过0.1s后的波形图为()图38.(多选)一列简谐横波沿x轴正方向传播,t时刻波形图如图4实线所示,此时波刚好传到P点,t+0.6s时刻的波形如图中虚线所示,a、b、c、P、Q是介质中的质点,则下列说法正确的是()图4A.这列波的波速可能是50m/sB.质点a在这段时间内通过的路程一定小于30cmC.质点c在这段时间内通过的路程可能为60cmD.若周期T=0.8s,则在t+0.8s时刻,质点Q速度最大9.(多选)某同学漂浮在海面上,虽然水面波正平稳地以1.8m/s的速率向着海滩传播,但他并不向海滩靠近.该同学发现从第1个波峰到第10个波峰通过身下的时间间隔为15s.下列说法正确的是()A.水面波是一种机械波B.该水面波的频率为6HzC.该水面波的波长为3mD.水面波没有将该同学推向岸边,是因为波传播时能量不会传递出去E.水面波没有将该同学推向岸边,是因为波传播时振动的质点并不随波迁移10.(多选)两列简谐横波的振幅都是20cm,传播速度大小相同.实线波的频率为2Hz,沿x 轴正方向传播,虚线波沿x轴负方向传播.某时刻两列波在如图5所示区域相遇.则()图5A.在相遇区域会发生干涉现象B.实线波和虚线波的频率之比为3∶2C.平衡位置为x=6m处的质点此刻速度为零D.平衡位置为x=8.5m处的质点此刻位移y>20cmE.从图示时刻起再经过0.25s,平衡位置为x=5m处的质点的位移y<011.(多选)由波源S形成的简谐横波在均匀介质中向左、右传播.波源振动的频率为20Hz,波速为16m/s.已知介质中P、Q两质点位于波源S的两侧,且P、Q和S的平衡位置在一条直线上,P、Q的平衡位置到S的平衡位置之间的距离分别为15.8m、14.6m.P、Q开始振动后,下列判断正确的是()A.P、Q两质点运动的方向始终相同B.P、Q两质点运动的方向始终相反C.当S恰好通过平衡位置时,P、Q两点也正好通过平衡位置D.当S恰好通过平衡位置向上运动时,P在波峰E.当S恰好通过平衡位置向下运动时,Q在波峰12.(多选)一列简谐横波,某时刻的波形如图6甲所示,P、Q、M为该横波上的三个质点,各自的横坐标位置分别为x=6m、x=10m、x=15m,从该时刻开始计时,波上M质点的振动图象如图乙所示,则下列说法正确的是()图6A.该波波速是25m/s,传播方向沿x轴负方向B.若此波遇到另一列简谐横波并发生稳定干涉现象,则该波所遇到的波的频率为2.5HzC.若该波能发生明显的衍射现象,则该波所遇到的障碍物尺寸一定比20m大很多D.从该时刻起,再经过0.4s质点Q通过的路程为4mE.从该时刻起,质点Q将比质点P先回到平衡位置13.一列简谐横波沿x轴正方向传播,图7甲是波传播到x=5m处的M点时的波形图,图乙是质点N(x=3m)从此时刻开始计时的振动图象,Q是位于x=10m处的质点,则Q点开始振动时,振动方向沿y轴________方向(填“正”或“负”);经过________s,Q点第一次到达波峰.图714.图8为某一简谐横波在t=0时刻的波形图,由此可知该波沿________传播,该时刻a、b、c三点中加速度最大的是________点,若从这一时刻开始,第一次最快回到平衡位置的是________点,若t=0.02s时,质点c第一次到达波谷处,则此波的波速为________m/s.图815.平衡位置位于原点O的波源发出的简谐横波在均匀介质中沿水平x轴传播,P、Q为x 轴上的两个点(均位于x轴正向),P与O的距离为35cm,此距离介于一倍波长与二倍波长之间.已知波源自t=0时由平衡位置开始向上振动,周期T=1s,振幅A=5cm.当波传到P点时,波源恰好处于波峰位置;此后再经过5s,平衡位置在Q处的质点第一次处于波峰位置.求:(1)P、Q间的距离;(2)从t=0开始到平衡位置在Q处的质点第一次处于波峰位置时,波源在振动过程中通过的路程.16.如图9甲所示,为某一列简谐横波在t=t0时刻的图象,图乙是这列波上P质点从这一时刻起的振动图象,试讨论:=81s =8s. 14.答案 x 轴正方向 c c 10015.答案 (1)133cm (2)125cm解析 (1)由题意,O 、P 两点间的距离与波长λ之间满足OP =54λ=35cm 解得λ=28cm波速为v =λT=0.28m/s 在5s 的时间间隔内,波传播的距离为x =v t =1.4m =140cm由题意有x =PQ +λ4解得PQ =133cm(2)Q 处的质点第一次处于波峰位置时,波源振动的时间为t 1=OQ v +14T =6T +T 4波源从平衡位置开始运动,每经过T 4,波源振动的路程为A , 故t 1时间内,波源振动的路程为s =25A =125cm.16.答案 (1)沿x 轴正向传播 5m/s (2)见解析图 位移为10cm 路程为2.3m 解析 (1)根据题图振动图象可以判断:P 质点在t =t 0时刻在平衡位置且向负方向运动,由此可确定波沿x 轴正向传播.由题图甲知该波波长λ=2m ,由题图乙知T =0.4s ,则v =λT =20.4m /s =5 m/s. (2)由于T =0.4s ,所以2.3s =534T , 波形重复5次再沿x 轴前进34个波长,故经过2.3s 后的波的图象如图所示,P 质点的位移为x =0.1m =10cm ,路程s =4A ×5+3A =23A =2.3m .17.答案 见解析解析 (1)a 质点一个周期内运动的路程s 0=4A =0.16m1s 内的周期数是n =1T=25,1s 内运动的路程s =ns 0=4m。
高中物理 第十二章 机械波 4 波的衍射和干涉预习导航 新人教版选修3-4(2021年最新整理)
高中物理第十二章机械波4 波的衍射和干涉预习导航新人教版选修3-4 编辑整理:尊敬的读者朋友们:这里是精品文档编辑中心,本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的,发布之前我们对文中内容进行仔细校对,但是难免会有疏漏的地方,但是任然希望(高中物理第十二章机械波4 波的衍射和干涉预习导航新人教版选修3-4)的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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波的衍射和干涉预习导航1.知道什么是波的衍射现象和衍射的定义。
2.理解发生明显衍射现象的条件。
3.知道波的叠加原理,知道波的干涉现象实质上是波的一种特殊的叠加现象。
4.知道波的干涉图样的特点,理解形成稳定干涉图样的条件,掌握振动加强点、减弱点的振动情况。
5.知道衍射现象、干涉现象都是波特有的现象。
刘心武的《贾元春之死》中有这样一段:抱琴并不在意,她发现了院中一样东西,很高兴,走过去细看,抱琴说:“娘娘,巧啦!这儿有现成的乞巧盆哩!"那院子里,有一雕花石台,石台上放置着一具双耳铜盆,里面储满雨水。
抱琴试着用手摩擦那双耳,盆里的水,顿时仿佛鼎沸起来。
抱琴高兴得爽笑起来.“双耳”铜盆里的水是怎么回事呢?提示:“双耳”用手摩擦产生振动,是两个频率相等的波源,在盆中水面上激起两列水面波,产生了干涉.1.波的衍射(1)波可以绕过障碍物继续传播的现象叫做________。
“闻其声而不见其人"是声波的____现象。
(2)光的波长约在__________的范围内,跟一般障碍物的尺寸相比非常____,所以通常情况下看不到光的____,我们就说光沿________.(3)发生明显衍射现象的条件:狭缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长______或________。
选修第十二章机械波复习教案学案教案
科目高二物理主唐为驷第十二章机械波复教学程(教法、学法、、作)2个人主一、知识网络定:机械振在介中播机械波的观点形成条件:振源和介种:横波和波1、形成:前面点后边点,将振的波的象及形式出去,同信息和能量。
用(多解性)2、两种象的比:机同样点:械不同点:波描绘波的物理量波λ,率f,波速υx= f关系: vt T反射和折射(惠更斯原理解)波象衍射和干预(波特有象):条件、象多普勒效:条件、象二、知识重点及典型例题1、波的形成及描绘例 1、如,水平搁置的性上有一系列平均散布的点1 在直方向做振,振将沿向右播,点1播的13 点,点 1 恰巧达成一次全振,此点()1、2、3⋯使点起振方向向上,当振9 的运状况是123456789 10 11 12 13 14A、加快度方向向上B、加快度正在增大C、速度方向向上D、速度方向向下2、波的象的画法及波象于振象的系例 2、如,在平均介中有一振源 S,它以 50Hz 的率上下振,振以 40m/s 的速度沿性向左右两播, t = 0 刻 S的速度方向向下,画出在 t = 0.03s 刻的波形。
v vS3、波的播例 3、如所示,是一列横波在 t=0 刻的波形,而且此波沿 x 正方向播到 x=2.5cm ,已知从 t=0 到 t=1.1s 内,P 点第三次出在波峰地点, P 点的振动周期是 _____S,经过 ______S另一质点 Q 第一次抵达波峰。
y/cmP Q123456x/cm4、波的问题的多解性例 4、如图,实线是一列简谐波在某一时辰的波形图,这列波可能的流传速度是_________虚线是0.2S 。
后它的波形图,y/cm4x/m25、波的干预例 5、以下图,S1、S2是两个相关波源,它们振动同步且振幅同样。
实线和虚线分别表示在某一时辰它们所发出的波的波峰和波谷。
对于图中所标的四点,以下说法中正确的有()a、b、c、dA. 该时辰a质点振动最弱,b、c 质点振动最强, d 质点振动既不是最强也不是最弱B. 该时辰a质点振动最弱,b、c、 d 质点振动都最强C. a质点的振动一直是最弱的, b 、c、d 质点的振动一直是最强的D. 再过 /4 后的时辰a 、b、c三个质点都将处T于各自的均衡地点,所以振动最弱6、解说生活中的自然现象闻其声而不见其人是声波的现象。
高中物理 第十二章 机械波 1 波的形成和传播预习导航 新人教版选修3-4(2021年最新整理)
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波的形成和传播预习导航1.知道直线上波的形成过程。
2.知道什么是横波、波峰和波谷。
3.知道什么是纵波、密部和疏部。
4.理解什么是机械波,确认波是传播振动形式和传递能量的一种方式.地震波既有横波,也有纵波.当地时间2011年3月11日日本本洲岛发生9级大地震,伤亡惨重。
你能想象在这次地震中,位于震源正上方的建筑物,在纵波和横波分别传来时的振动情况吗?为什么?提示:地震波是地震发生时由震源地方的岩石破裂产生的弹性波,它可在地球内部和地球表面传播.地震时,同时从震源发出两种类型的地震波:纵波、横波。
纵波速度比横波速度大,所以地震时,人们先感到上下颠,然后水平晃.横波的振动很强烈,它是引起建筑物破坏的主要原因.1.波的形成与传播(1)波的形成:当手握绳端上下振动时,绳端________相邻质点,使它也上下振动.这个质点又________更远一些的质点……绳子上的质点都很快________起来,只是后面的质点总比前面的质点迟一些开始振动.(2)波的传播:绳端这种上下振动的状态沿绳子传出去。
因此说波传播的是____这种运动形式.2.横波和纵波(1)横波:质点的振动方向和波的传播方向相互______的波。
①波峰:在横波中,凸起的______叫做波峰。
选修3-4 第十二章 机械波 教案
课题:第一节波的形成和传播(1课时)第 1 课时总序第个教案课型:新授课编写时时间:年月日执行时间:年月日一、三维目标1、知识与技能:①知道直线上机械波的形成过程②知道“机械振动在介质中传播,形成机械波”,知道波在传播运动形式的同时也传递了能量2、过程与方法:①培养学生进行科学探索的能力②培养学生观察、分析和归纳的能力③培养学生的空间想象能力和思维能力3.情感、态度与价值观:①培养学生实事求是的科学态度和良好的工作作风②培养学生互相团结、分工协作的团队精神二、教学重点、难点分析机械波的形成过程及传播规律是本节课的重点,也是本节课的难点。
解决方案:通过课堂实验和课件演示以及巩固练习来突破重难点,同时引导学生看书三、教学方法实验探索法四、教具丝带、波动演示箱、水平悬挂的长弹簧、音叉、计算机、投影仪、大屏幕、课件五、教学过程(-)引入新课[演示]抖动丝带的一端,产生一列凹凸相间的波在丝带上传播(二)进行新课【板书】一、波的形成和传播[演示]拨动水平悬挂的柔软长弹簧一端,产生一列疏密相间的波沿弹簧传播;[演示]敲击音叉,听到声音,这是声波在空气中传播师生共同分析,得出波产生的条件:①波源,②介质。
波是怎样形成的呢?为什么会有不同的波形?波传播的是什么呢?【板书】实验探索发放“探索波的形成和传播规律”的实验报告,进行实验探索并完成实验报告。
实验目的:探索波的形成原因和传播规律实验(一),学生分组实验:每两人一条丝带(60cm左右),观察丝带上凹凸相间的波。
实验步骤:(1)、将丝带一端用手指按在桌面上,手持另一端沿水平桌面抖动,在丝带上产生一列凹凸相间的波向另一端传播。
(2)、在丝带上每隔大约2~3cm用墨水染上一个点,代表丝带上的质点。
重复步骤(1)。
观察丝带上的质点依次被带动着振动起来,振动沿丝带传播开去,在丝带上形成凹凸相间的波。
①思考:丝带的一端振动后,为什么后面的质点能被带动着运动起来?如果将丝带剪断,后面的质点还能运动吗?②分析:丝带上凹凸相间的波形是怎样产生的?③观察丝带上的质点是否随波向远处迁移?实验(二),观察波动演示器上凹凸相间的波实验步骤:(1)、逆时针转动摇柄,演示屏上的质点排成一条水平线。
人教版物理一轮复习指导课件 第12章 第2讲 机械波
• 波峰和波峰叠加得到振动 点,波谷和 加强 减弱 波谷叠加也得到振动 点,波峰和波谷 相对观察者 叠加得到振动 点. • 5.多普勒效应:波源 运动 时,观察者观察到的频率高于或低于波的实际 频率的现象.
加强
• 1.机械波的特点 • (1)介质依存性:机械波离不开介质,真空中 不能传播机械波. • (2)能量信息性:机械波传播的是振动的形式 ,因此机械波可以传递能量和信息. • (3)传播不移性:在波的传播方向上,各质点 只在各自的平衡位置附近振动,并不随波定向 迁移.
振动过程动能和势能不断地相互转化,总机 械能守恒
联系
(1)振动是波动的成因,波动是振动在介质中的传播. (2)波动的周期等于质点振动的周期. (3)有振动不一定有波动,因为波的形成还需要有传播振动的介质.但有波动一定有振 动. (4)波源停振后,介质中的波动并不立即停止,而是继续向远处传播,直到振动能量完全 损失尽.
3.波的干涉中振动加强点和减弱点的判断 (1)波的干涉原理判断法:某质点的振动是加强还是减 弱,取决于该点到两相干波源的距离之差 Δr. ①当两波源振动步调一致时 若 Δr=nλ(n=0,1,2,„),则振动加强; λ 若 Δr=(2n+1) (n=0,1,2,„),则振动减弱. 2
②当两波源振动步调相反时 λ 若 Δr=(2n+1) (n=0,1,2,„),则振动加强; 2 若 Δr=nλ(n=0,1,2,„),则振动减弱 (2)现象法:波峰与波峰相遇,波谷与波谷相遇,振动加 强;波峰与波谷相遇,振动减弱.
λ =—————— , T
振动
(2)介质质点的运动是在各自的平衡位置附近 变加速运动,介质质点并不随波 迁移 (3)机械波传播的是 振动形式 (4)机械波的频率由 定.
高中物理 第十二章 机械波 5 多普勒效应预习导航 新人教版选修3-4(2021年最新整理)
高中物理第十二章机械波5 多普勒效应预习导航新人教版选修3-4 编辑整理:尊敬的读者朋友们:这里是精品文档编辑中心,本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的,发布之前我们对文中内容进行仔细校对,但是难免会有疏漏的地方,但是任然希望(高中物理第十二章机械波5 多普勒效应预习导航新人教版选修3-4)的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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多普勒效应1.知道波源的频率与观察者接收到的频率的区别。
2.知道什么是多普勒效应,知道它是在波源与观察者之间有相对运动时产生的现象.3.了解多普勒效应的一些应用.在医院里给病人做检查的仪器--B超,应用的就是超声波.有一种B超叫做彩超,你知道它应用的是什么物理原理吗?提示:彩超就是应用超声波的多普勒效应原理来对病人的血液流速进行测定的.1.多普勒效应由于波源与观察者之间有________,使观察者感到接收到的________发生了变化的现象,叫做多普勒效应.如果二者相互接近,观察者接收到的波的频率____,如果二者远离,观察者接收到的波的频率____。
思考:用绳子把收录机悬挂在门的气窗横档上,按下放音按键,使收录机发声,再让收录机摆动起来,你可以感觉到当收录机向你摆来时音调变高,远离你时音调变低,这是为什么?2.多普勒效应的应用(1)测量汽车速度:交通警车向行进中的车辆发射____已知的超声波,同时测量______的频率,根据反射波______的多少就能知道车辆的速度。
(2)测星球速度:测量星球上某些元素发出的光波的____,然后与地球上这些元素____时发光的频率相对照,就可以算出星球靠近或远离我们的速度。
(3)测血液流速:向人体内发射已知______的超声波,超声波被血管中的血液______后又被仪器接收,测出反射波的__________,就能知道血流的速度。
高中物理 第十二章 机械波 6 惠更斯原理预习导航 新人教版选修3-4(2021年最新整理)
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惠更斯原理预习导航1.知道波传播到两种介质交界面时,会发生反射和折射。
2.掌握惠更斯原理,应用惠更斯原理解释波的反射和折射现象。
3.了解波面和波线的概念。
大海里的波浪从深处传到岸边,到达岸边的波纹几乎都是与海岸线平行的,为什么呢?提示:水面波的传播速度与水的深度有关系,在深水区里的水面波的传播速度大,浅水区的水面波的传播速度小,海浪从深海到达接近海岸的区域时,如果波与海岸线不平行,则接近岸的波就在浅水区,其波速较小,于是渐渐被离岸较远的波赶上。
等到整列波浪的深度相等时,就以一致的波速拍岸,故波浪最后总是与海岸线平行.1.波面和波线(1)如图所示,任何________相同的点都组成一个圆,这些圆叫做____。
与波面____的线叫做____,代表了波的________.(2)球面波:由空间一点发出的波,它的波面是以____为球心的一个个____,波线就是这些球面的____.(3)平面波:波面是____的波。
水波只在水面传播,它属于______。
2.惠更斯原理(1)内容:介质中任一波面上的各点,都可以看成发射子波的____,其后任意时刻,这些子波在波前进方向的______就是新的波面。
(2)作用:如果知道某时刻一列波的某个____的位置,还知道____,利用惠更斯原理可以得到下一时刻这个波面的位置,从而可确定波的________。
高中物理 第十二章 机械波 4.2 波的干涉目标导引素材 新人教版选修34
4.2 波的干涉
一览众山小
诱学·导入
材料:钱塘潮是一壮丽的景观,十几米高的巨大波浪排山倒海般涌来,汹涌澎湃,蔚然壮观,当两侧波浪相遇时,会形成“十”字潮和“人”字潮,当两列波分开时各自沿原来的方向前进;在介质中常常有几列波同时存在,如“风声、雨声、读书者”这几种声波同时在空气中,相互之间没有影响而“声声入耳”;在敲响的音叉周围移动时,我会感到声音忽强忽弱;两个同学同时向对方说话,两个声波相遇后,两个同学都能听到对方说的话.
问题:两列波在相遇的时候会发生什么现象呢?
导入:在介质中往往有许多列波同时传播,这些波相遇时,不会像我们平时见到的两个运动的物体相遇时会碰撞.本节将从波的叠加入手并进一步揭示一种波的特有现象——波的干涉.
温故·知新
1.简述机械波是怎样形成的?
答:组成介质的质点之间有相互作用,一个质点的振动会引起相邻质点的振动.机械振动在介质中传播,形成了机械波.
2.什么是波的频率(周期)?由什么决定?
答:在波动中,各个质点的振动周期或频率是相同的,它们都等于波源的振动周期或频率.由波源的振动周期或频率决定.
3.什么是振幅?振幅表示什么?
答:振动物体离开平衡位置的最大距离叫振动的振幅.振幅表示振动物体运动范围的大小.对同一个振动系统而言,振幅越大,振动能量越大.。
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第12章 机械波内容提要1. 波动振动的传播过程称为波动。
通常波动分为两大类:一类是变化的电场和变化的磁场在空间的传播,称为电磁波;一类是机械振动在媒质中的传播,称为机械波。
机械波的产生必须具备两个条件:一是要有作机械振动的物体,称为波源;一是要有传播振动的弹性媒质。
2. 描述波动的几个物理量 (1)波速u波动是振动状态(即位相)的传播,振动状态在单位时间内传播的距离称为波速,也称相速,用u 表示。
对于机械波,波速通常由媒质的性质决定。
(2)波动的周期T 和频率ν波动的周期是指一个完整波形通过媒质中某一固定点所需的时间,用T 表示。
周期的倒数称为频率,波动的频率是指单位时间内通过媒质中某固定点完整波的数目,用ν表示。
由于波源每完成一次全振动,就有一个完整的波形发送出去,所以,当波源相对于媒质静止时,波动的周期即为波源振动的周期,波动的频率即为波源振动的频率。
因此波动的周期和频率由波源决定。
(3)波长λ同一波线上相邻的位相差为2π的两质点之间的距离称为波长,用λ表示。
波长、波速与波动的周期、频率的关系为:νλuuT ==3. 平面简谐波平面简谐波的波动方程为:])(cos[ϕω+=uxt A y波动方程的物理意义:(1)当x 一定时,波动方程表示在波线的x 处,质点简谐振动的振动方程。
(2)当t 一定时,波动方程表示t 时刻在波线上各质点离开各自平衡位置的分布情况,即t 时刻的波形。
(3)当x 、t 都变化时,波动方程表示一沿X 轴方向传播的波动情况,即代表一列行波。
4. 波的能量(1)波媒质中质元的能量动能:])([sin 21222ϕωωρ+-=u xt dVA dE k 势能:])([sin 21222ϕωωρ+-=uxt dVA dE p机械能:])([sin 222ϕωωρ+-=+=uxt dVA dE dE dE p k (2)波的能量密度和平均能量密度单位体积媒质所具有的能量为波的能量密度,用w 表示,波的能量密度为:])([sin 222ϕωωρ+-==uxt A dV dE w 能量密度在一个周期内的平均值称为波的平均能量密度,用w 表示,有:2221ωρA w =(3)波的平均能流一个周期内通过与波的传播方向垂直的某个面的能量,用P 表示。
通过ΔS 的平均能流为:S u w P ∆=(4)波的平均能流密度单位时间通过与波的传播方向垂直的单位面积的平均能量为平均能流密度(也称为波的强度),用I 表示,有:u A I 2221ωρ=5. 惠更斯原理媒质中波前上的各点,都可以看作是发射子波的波源,其后任一时刻这些子波的包迹就是新的波前。
这就是惠更斯原理。
根据这一原理,只要知道了某一时刻的波面,就可以用几何作图的方法来确定下一时刻的波面,因而解决了波的传播问题。
6. 波的叠加原理几列波相遇时保持各自的特点通过媒质中波的叠加区域;在它们重叠的区域内,每一质点的振动都是各个波单独引起的振动的合成。
7. 波的干涉 (1)干涉现象当两列(或几列)波在空间某一区域同时传播时,叠加后的强度在空间这一区域内重新分布,形成有的地方强度始终加强,另一些地方强度始终减弱,整个区域中强度有一稳定分布的现象,叫波的干涉。
(2)干涉条件两列波频率相同、振动方向相同及位相差恒定为形成干涉必须满足的相干条件。
干涉加强:),2,1,0(221212 =±=---=∆k k r r πλπϕϕϕ则合振动的振幅有极大值:21A A A +=,为相长干涉; 干涉减弱:),2,1,0()12(21212 =+±=---=∆k k r r πλπϕϕϕ则合振动的振幅有极小值:21A A A -=,为相消干涉。
8. 驻波两列频率、振动方向和振幅都相同而传播方向相反的简谐波,叠加后形成驻波,其波动方程为:t xA y πνλπ2cos 2cos 2=其振幅λπxA 2cos 2随x 作周期变化,因而为分段的独立振动。
无波形和能量的传播,有恒定的波腹和波节出现。
波节位置:4)12(λ+±=k x ),2,1,0( =k波腹位置:2λkx ±= ),2,1,0( =k波由波疏媒质行进到波密媒质,在分界面反射时会形成波节,相当于反射波在反射点损失了半个波长的波程,这种现象称为半波损失。
9. 多普勒效应观察者和波源之间有相对运动时,观察者测到的频率νr 和波源的频率νs 不同的现象称为多普勒效应,其关系为:s srr v u v u νν-+=当观察者向着波源运动,0>r v ;当观察者背离波源运动,0<r v ;波源向着观察者运动时,0>s v ;波源背离观察者运动时,0<s v 。
解题指导与示例学习本章应重点掌握平面简谐波的的波动方程以及波的产生、描述、能量及干涉、驻波等问题。
平面简谐波的波动方程以及波的干涉,是本章的重点内容。
学习波动方程时,要特别注意理解建立波动方程的思路,要从三个不同角度,即从x =常量、t =常量以及x 和t 都变化的三个方面去仔细理解波动方程的物理意义。
学习机械波的干涉问题时,要注意掌握波的相干条件,并能熟练地应用相位差或波程差的概念来分析和确定相干波叠加后振幅的极大与极小问题。
加深对波动特征及规律的理解。
大致可分为三类:一类是已知描述的一些特征量求波动方程,或是已知波动方程求波的特征量。
求解这类问题,关键是要弄清各特征量的相互联系及波动方程的物理意义,并与波动方程的标准式进行比较。
另一类是求解波的能量的有关问题。
这类问题的求解要注意弄清波动能量的特点以及它与振动能量特点的区别。
第三类是波的叠加。
求解此类问题的关键是要弄清波的相干条件及合振幅与相位差的关系。
例12-1 已知平面简谐波的波动方程为)01.05.2(cos 20x t y -=π(m )求其波长、周期和波速。
解 知道波动方程求描述波动的物理量,常用的方法是先将波动方程与标准方程进行比较,然后“对号入座”便可求出待求的物理量。
将题设的方程与波动方程的标准式)(2cos λπxT t A y -=进行比较,得 πππλπ5.22,01.02==T解之得20001.02==λ(m ) 8.05.22==T (s )故波速2508.0200===Tu λ(m ·s -1)例12-2 如图所示,某平面波在坐标原点O 处的振动方程为t A y ωcos 0=设波速为u ,入射波到达B 处反射时没有半波损失,求反射面处的入射波和反射波的表达式。
解 由题设条件知,入射波的波动方程为)(cos uxt A y -=ωλ,波自O 点传到反射处的时间uLt =∆。
故入射波在反射面处的表达式为 )(cos uLt A y B -=ω入射波到达反射面后便沿X 轴的负向传播,到达 任意点x 处所需的时间uxL t -='∆ 于是,反射波的波动方程为 图12-2]2)(cos[])(cos[uLu x t A u L u x L t A y ωωωω-+=---=反 例12-3 一空气正弦波沿走私为0.14m 的圆柱形管行进,波的强度为9×10-3J ·s -1·m -2,频率为300Hz ,波速为300m ·s -1。
求:(1)波的平均能量密度和最大能量密度; (2)两相邻的同相面间的波中平均含有的能量。
解 (1)由题意知,垂直于波传播方向的面积2221054.1)214.0(14.3)2(-⨯=⨯==d S π(m 2)据平均能量密度与波强、波速的关系得53103300109--⨯=⨯==u I ω(J ·m-3)最大能量密度5221062-⨯===ωωρωA J ·m-3(2)两相邻同相面间波带中包含的能量就是一个波长的距离中包含的能量,而)(sin )(sin 2222ux t uxt A m -=-=ωωωωρω故dx ux t S Sdx m )(sin 20-==⎰⎰ωωωωλλλvu S S m m ωλω2121== 751062.43003000154.02106--⨯=⨯⨯⨯=(J )例12-4 两相干波源B 、C 相距30m ,振幅均为0.01m ,初相差为π。
两波源相向发出平面简谐波,频率均为100Hz ,波速均为430m ·s -1。
求:(1)两波源的振动方程; (2)两谐波的波动方程;(3)在线段BC 上,因干涉而静止的各点的位置。
解 (1)建立如图所示的坐标系。
设波源B 位于坐标系的原点O ,初相0=B ϕ,则波源C 的初相πϕ=C。
两波源的振动方程分别为t y B π200cos 01.0=(m ))200cos(01.0ππ+=t y C (m )(2)设x 为B 、C 间的任一点,则两波的波动方程分别为)430(200cos 01.0x t y B -=π(m ) 图12-4 ])43030(200cos[01.0ππ+-+=x t y C])43030(200cos[01.0ππ+-+=xt (m )(3)因干涉而静止的点是合振幅有极小值的点,故πππϕϕϕ)12(20043030+=⨯+-+=-=∆k xx B C解之得)6,,2,1,0((m)15.215±±±=+= k kx例12-5 图中所示为一平面波在t =0.5s 时的波形,皮时p 点的振动速度为1s m 4-⋅=πp v 。
求波动方程。
解 由图示可知,A =1m ,λ=4m ;由Av p ω=||得ππω414||===Av p (s-1)84/24/2====ππωπλλTu (m ·s-1)设待求波动方程为])(cos[ϕω+-=u xt y ,由图可见,当t =0.5,x =1m 时,y =-1,即1])815.0(4cos[-=+-ϕπ ππϕπ+=+-k 2)815.0(4解之得(取k =1)πϕ23=即]23)8(4cos[ππ+-=x t y 图12-5例12-6 一沿X 轴正向传播的平面波在st 31=时的波形如图所示,T =2s ,求: (1)此波的波动方程; (2)D 点的振动方程。
解 由图知T=2s ,ππω==T2,A=10cm ,λ40cm ,波速Tu λ==20(cm ·s -1)。
(1)设所求波动方程为])(cos[ϕω+-=n xt A y对(0,-5)点,st 31=时,y =-5cm ,且振 动速度v <0,将有关数据代入上述方程可求得3πϕ=,故此波的波动方程为]3)2.0(cos[1.0ππ+-=x t y (m ) 图12-6(2)对D 点,st 31=时,y D=0,且v D>0,由(1)的结果可得 23)2.031(πππ-=+-x解之得 307=x (m )将之代入波动方程即得D 点的振动方程为)65cos(1.0ππ-=t y D (m )例12-7 S 1、S 2为两个相干波源,相互间距为4λ,S1的相位比S 2的超前π/2。