教科版高中物理选修3-4第二章第1节机械波的形成和传播(39张ppt,含横波和纵波flash演示)
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机械振动在介质中的传播称为机械波.
振动状态传播的方向就是波的传播方向.
引起开始振动的装置通常叫做波源.
从绳波中可以看到,软绳上有标记的两质点只在各自的平 衡位置附近上下振动,并没有随波的传播而向前移动. 因此机械波是机械振动这一运动形式(包括波源的振动信 息)的传播,介质本身并没有沿着波的方向发生迁移. 当振动在绳中传播时,各质点由于上下运动而具有动能; 同时由于形变,又具有弹性势能,这样随着振动的传播,波源 的能量就被波传递出去,所以机械波的传播也是机械能的传播. 波是传递能量的一种形式.
一、机械波的形成和传播
活动 如图2-1-2所示, 准备一根长约10m的 软绳并放置在水平面 上,将绳上的两点涂 上不同颜色的标记. 固定一端,用手握住 绳的另一端,拉直软 绳.
1.如果手不做左右振动,绳子处于什么状态? 2.手向左抖动一次和向右抖动一次,你看到什么现象? 3.手连续左右抖动,你看到了什么现象?画出在某一 时刻软绳形状的草图. 4.软绳一端的振动是怎样传到绳的另一端的?绳上有 标记的两点怎样运动?随波前进吗?
水波很容易被认为是一种横波,实际上并非如此。在平 衡的情况下,水的表面是水平的。水面发生扰动时,使水面 恢复水平的回复力有两个,一个是重力,另一个是表面张力。 水波中,对水面质点提供的回复力在波长很小时,表面
张力的作用是主要的,这种波叫做表面张力波。
对于波长很长很长的波,表面张力的作用可以忽略,波 动主要是重力作用的结果,这种波叫做重力波。 由于水的不可压缩性,波峰中的水必然是从附近的波谷 中流出来的。因此,水波中的每个质点的运动都是由纵向运 动和横向运动合成的。
A.介质中的质点是随波迁移 B.波源的振动能量随波传递 C.振动质点的频率随着波的传播而减小 D.波源的能量靠振动质点的迁移随波传递
B
)
例7.能否根据某一时刻的波形判断某个质点的振动方 向?怎样判断?
沿着波的传播方向:上坡下,下坡上.
三、由波的传播方向判断某一质点的振动方向
前 带 后 , 后 跟 前
观察:波峰和波谷
密部和疏部
波峰
波的分类
横波 横波和纵波 纵波
横波只能在固体中传播,不能在液体、 气体中传播.
纵波可以在固体、液体、气体中传播.
1.声波是纵波. 2.地震波既有横波(沿地面一直延伸到很远的地方)又有纵波(直接到达地 面). 3.水波是比较复杂的机械波,其中既有横波,又有纵波.
水波离开了它产生的地方,而那 里的水并不离开,就象风在田野里掀 起的麦浪.我们看到,麦浪滚滚地在 田野里奔去,但是麦子却仍旧留在原 来的地方. 达
若介质中质点的振动方向和波的传播方向垂直,这种 波称为横波.例如在绳上传播的波就是横波(图2-1-5).
从横波演示实验中可知横波是一个凹凸相间的波,凸 起来的最高处叫波峰,凹下去的最低处叫波谷.当波源的振
动通过介质传播出去后,就形成了一个具有波峰和波谷的
完整波形.由于相邻质点不断地连续上、下振动,波峰和波 谷的形状不断向前推进.
科普知识
海水受海风的作用和气压变化等影响,促使它离开原来 的平衡位置,而发生向上、向下、向前和向后方向运动。这
就形成了海上的波浪。波浪是一种有规律的周期性的起伏运
动。 当波浪涌上岸边时,由于海水深度愈来愈浅,下层水的 上下运动受到了阻碍,受物体惯性的作用,海水的波浪一浪 叠一浪,越涌越多,一浪高过一浪。与此同时,随着水深的
2.观察纵波演示器所演示的纵波的发生情况 [图2-1-4(b)].记下你的观察结果.
若介质中质点的振动方向和波的传播方向平 行,这种波称为纵波.例如推拉弹簧的一端,就可 在弹簧上形成纵波(图2-1-6).
在空气中传播的声波也是纵波(图2-1-7).
从纵波演示实验中可知纵波是介质密集和稀疏
相间的波.介质中质点分布密集的部分叫做密部,
第二章 机械波
温故知新:
提问:什么是机械振动?什么是简谐运动? 机械振动:物体在平衡位置附近的往复运动. 简谐运动:物体在跟位移大小成正比,并且总是 指向平衡位置的力的作用下的振动. 提问:向平静水中,投石子会看到什么现象? 以石子击水点为中心,振动(波浪) 远离中心向四周传播,直到很远. 提问:绳子一端固定,手拿另一端水平拉直,上下抖 动.看到什么现象? 看到一列凸凹相间的波形(振动形式) 向绳子的另一端传去
C
例5.关于机械波和机械振动的下列说法,正确的是( A.有机械振动,就一定产生机械波 B.有机械波,则一定有机械振动 C.机械波就是质点在介质中的运动路径 D.在波传播方向上各个质点都有相同的振动频率和振幅
BD
)
【解析】有振动不一定产生波, 有波一定存在振动。 质点做受迫振动
例6. 波在传播过程中(
科普知识
1.超声波:是频率高于20000赫兹的声波,它 方向性好,穿透能力强,易于获得较集中的 声能,在水中传播距离远,可用于测距、测 速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医 学、军事、工业、农业上有很多的应用。超 声波因其频率下限大约等于人的听觉上限而 得名。
科普知识
2.次声波:频率小于20Hz的声波叫做次声波。次声波 不容易衰减,不易被水和空气吸收。而次声波的波长 往往很长,因此能绕开某些大型障碍物发生衍射。某 些频率的次声波由于和人体器官的振动频率相近,容 易和人体器官产生共振,对人体有很强的伤害性,可 致人死亡。它的应用有以下几个方面: 1.研究自然 次声的特性和产生机制,预测自然灾害性事件。 2.通过测定人和其他生物的某些器官发出的微弱次 声的特性,可以了解人体或其他生物相应器官的活动 情况。3.通过测定自然或人工产生的次声在大气中传 播的特性,可探测某些大规模气象过程的性质和规律。 4.次声在军事上的应用,利用次声的强穿透性制造出 能穿透坦克、装甲车的武器 。
精讲细练
例1.日常生活中,发现球掉入池塘里, 能否通过往池塘丢入石块,借助石块激起 的水波把球冲到岸边?
解析:不能.向水中投入石块,水面受到 石块的撞 击开始 振动 , 形成水 波向四周传 去.但是,实际上水波向四周传播而水只是 上下振动并不向外迁移,所以球也仅仅是上 下振动而不会向岸边运动.
科普知识
.
芬奇
类 别 运 动 现 象 运 动 成 因 联 系
振动
单个质点所表现出的 周期性运动
波动
大量质点共同表现 出的周期性运动
质点受到指向平衡位 置的回复力作用
介质中相邻质点间 存在相互作用的弹 力
振动是波动的起因,波动是振动的传播
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(信息和能量)的传播过 程.
例2.下列说法不正确的有( AC ) 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.一切机械波的传播均需要介质
例3.区分横波和纵波的依据是( C ) A.质点沿水平方向还是竖直方向振动 B.波沿水平方向还是竖直方向传播 C.质点的振动方向和波的传播方向是相互垂直 还是在一条直线上 D.波传播距离的远近
涌浪,指的是风停后或风速风向突变区域内
存在下来的波浪和传出风区的波浪。
近岸浪,指的是由外海的风浪或涌浪传到海
岸附近,受地形作用而改变波动性质的海浪。
例4.沿绳传播的一列机械波,当波源突然停止振动时( ) 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
5.手以不同频率和不同幅度连续左右抖动,绳子的形
状有什么区别?
生活中无处不在的波
声波
水波
弹簧纵波
绳波
地震波
光波
电磁波
请点击手
看教材P22-23:
为什么绳上各点都能动 起来呢?凹凸相间的波是怎 样形成的呢?
设想:把绳分成很多小段
每一个小段可以看做一个质点
质点之间有相互作用力
一切机械波都是 振动状态在某些物体 中的传播. 对绳一端的抖动 依次引起了绳中各段 的振动,振动在绳中 的传播形成了绳波; 对水面一处的扰动由 近及远引起了水面各 部分的振动,此振动 在水中的传播形成了 水波;击鼓时,对鼓 皮的扰动引起了周围 空气的振动,此振动 在空气中的传播形成 了声波.
质点分布稀疏的部分叫做疏部.这种质点分布的疏
密状态随着时间而沿波的前进方向传播出去.
不管是横波还是纵波,如果传播的振动是简谐
运动,这种波就叫做简谐波.
横波和纵波 1.横波:质点的振动方向与波的传播方向垂直的波,其 中凸起部分的最高点叫波峰,凹下部分的最低点叫波谷.
2.纵波:质点的振动方向与波的传播方向平行的波;其 中质点分布较稀的部分叫疏部,质点分布较密的部分叫 密部.
这大概就是人们所说“无风三尺浪”的证据,但实际上它 们是由别处的风引起的海浪传播来的。广义上的海浪,还 包括天体引力、海底地震、火山爆发、塌陷滑坡、大气压 力变化和海水密度分布不均等外力和内力作用下,形成的
海啸、风暴潮和海洋内波等。它们都会引起海水的巨大波
动,这是真正意义上的无风也起浪。
科普知识
海浪的主要类型: 风浪,指的是在风的直接作用下产生的水面 波动。
由于相邻质点间存在着相互作用,当绳中某一质点 发生振动(振源)时,就会带动相邻的质点,使它上下振 动。这个质点又带动更远一些的质点振动起来,从而使绳 子上的质点都跟着振动起来。绳端这种上下振动的状态就 沿绳子传了出去,从整体上看就是一些凹凸相间的波形。
绳、水、空气等能够传播振动的物质,叫做介质.
变浅,下层水的运动,所受阻力越来越大,以至于到最后,
它的运动速度慢于上层的Biblioteka Baidu动速度,受惯性作用,波浪最高 处向前倾倒,摔到海滩上,成为飞溅的浪花 。
科普知识
“无风不起浪”和“无风三尺浪”的说法都没有错,事 实海上有风没风都会出现波浪。 通常所说的海浪,是指海洋中由风产生的波浪。包括风
浪、涌浪和近岸波。无风的海面也会出现涌浪和近岸波,
(4)波向前传播的是振动形式、能量和信息. (5)机械波在同种介质中是匀速传播的. (6)振源振动一个周期,波向前传一个完整波形. (7)振源停止振动,波可以继续向前传播.
二、横波与纵波
按介质中质点的振动方向和波的传播方向 的关系不同,常将波分为横波和纵波. 观察思考 1.观察横波演示器所演示的横波的发生情 况[图2-1-4(a)].记下你的观察结果.
1. 定义:机械振动在介质中的传播,形成 机械波.
波源——保持持续振动的物体或质点(内因)
介质——借以传播波的物质(外因) 2.产生条件:同时存在振源和介质,两者缺 一不可. 机械振动是产生机械波的必要条件. 机械波不能在真空中传播.
3.机械波的规律(特点)
(1)介质中各个质点不是同时起振的,离振源近的 质点先起振。(步调不一致) 前面的质点带动后面 的质点振动,后面的质点重复前面的质点的振动,并 且后面的质点的振动依次滞后前面的质点. (2)介质中质点在各自的平衡位置附近做机械振动, 质点本身并不随波迁移. (3)传播过程中各质点的振动都是受迫振动,驱动 力来源于振源。介质中各个质点的起振方向、周期、 频率、振幅和波源相同. (具有周期性)
振动状态传播的方向就是波的传播方向.
引起开始振动的装置通常叫做波源.
从绳波中可以看到,软绳上有标记的两质点只在各自的平 衡位置附近上下振动,并没有随波的传播而向前移动. 因此机械波是机械振动这一运动形式(包括波源的振动信 息)的传播,介质本身并没有沿着波的方向发生迁移. 当振动在绳中传播时,各质点由于上下运动而具有动能; 同时由于形变,又具有弹性势能,这样随着振动的传播,波源 的能量就被波传递出去,所以机械波的传播也是机械能的传播. 波是传递能量的一种形式.
一、机械波的形成和传播
活动 如图2-1-2所示, 准备一根长约10m的 软绳并放置在水平面 上,将绳上的两点涂 上不同颜色的标记. 固定一端,用手握住 绳的另一端,拉直软 绳.
1.如果手不做左右振动,绳子处于什么状态? 2.手向左抖动一次和向右抖动一次,你看到什么现象? 3.手连续左右抖动,你看到了什么现象?画出在某一 时刻软绳形状的草图. 4.软绳一端的振动是怎样传到绳的另一端的?绳上有 标记的两点怎样运动?随波前进吗?
水波很容易被认为是一种横波,实际上并非如此。在平 衡的情况下,水的表面是水平的。水面发生扰动时,使水面 恢复水平的回复力有两个,一个是重力,另一个是表面张力。 水波中,对水面质点提供的回复力在波长很小时,表面
张力的作用是主要的,这种波叫做表面张力波。
对于波长很长很长的波,表面张力的作用可以忽略,波 动主要是重力作用的结果,这种波叫做重力波。 由于水的不可压缩性,波峰中的水必然是从附近的波谷 中流出来的。因此,水波中的每个质点的运动都是由纵向运 动和横向运动合成的。
A.介质中的质点是随波迁移 B.波源的振动能量随波传递 C.振动质点的频率随着波的传播而减小 D.波源的能量靠振动质点的迁移随波传递
B
)
例7.能否根据某一时刻的波形判断某个质点的振动方 向?怎样判断?
沿着波的传播方向:上坡下,下坡上.
三、由波的传播方向判断某一质点的振动方向
前 带 后 , 后 跟 前
观察:波峰和波谷
密部和疏部
波峰
波的分类
横波 横波和纵波 纵波
横波只能在固体中传播,不能在液体、 气体中传播.
纵波可以在固体、液体、气体中传播.
1.声波是纵波. 2.地震波既有横波(沿地面一直延伸到很远的地方)又有纵波(直接到达地 面). 3.水波是比较复杂的机械波,其中既有横波,又有纵波.
水波离开了它产生的地方,而那 里的水并不离开,就象风在田野里掀 起的麦浪.我们看到,麦浪滚滚地在 田野里奔去,但是麦子却仍旧留在原 来的地方. 达
若介质中质点的振动方向和波的传播方向垂直,这种 波称为横波.例如在绳上传播的波就是横波(图2-1-5).
从横波演示实验中可知横波是一个凹凸相间的波,凸 起来的最高处叫波峰,凹下去的最低处叫波谷.当波源的振
动通过介质传播出去后,就形成了一个具有波峰和波谷的
完整波形.由于相邻质点不断地连续上、下振动,波峰和波 谷的形状不断向前推进.
科普知识
海水受海风的作用和气压变化等影响,促使它离开原来 的平衡位置,而发生向上、向下、向前和向后方向运动。这
就形成了海上的波浪。波浪是一种有规律的周期性的起伏运
动。 当波浪涌上岸边时,由于海水深度愈来愈浅,下层水的 上下运动受到了阻碍,受物体惯性的作用,海水的波浪一浪 叠一浪,越涌越多,一浪高过一浪。与此同时,随着水深的
2.观察纵波演示器所演示的纵波的发生情况 [图2-1-4(b)].记下你的观察结果.
若介质中质点的振动方向和波的传播方向平 行,这种波称为纵波.例如推拉弹簧的一端,就可 在弹簧上形成纵波(图2-1-6).
在空气中传播的声波也是纵波(图2-1-7).
从纵波演示实验中可知纵波是介质密集和稀疏
相间的波.介质中质点分布密集的部分叫做密部,
第二章 机械波
温故知新:
提问:什么是机械振动?什么是简谐运动? 机械振动:物体在平衡位置附近的往复运动. 简谐运动:物体在跟位移大小成正比,并且总是 指向平衡位置的力的作用下的振动. 提问:向平静水中,投石子会看到什么现象? 以石子击水点为中心,振动(波浪) 远离中心向四周传播,直到很远. 提问:绳子一端固定,手拿另一端水平拉直,上下抖 动.看到什么现象? 看到一列凸凹相间的波形(振动形式) 向绳子的另一端传去
C
例5.关于机械波和机械振动的下列说法,正确的是( A.有机械振动,就一定产生机械波 B.有机械波,则一定有机械振动 C.机械波就是质点在介质中的运动路径 D.在波传播方向上各个质点都有相同的振动频率和振幅
BD
)
【解析】有振动不一定产生波, 有波一定存在振动。 质点做受迫振动
例6. 波在传播过程中(
科普知识
1.超声波:是频率高于20000赫兹的声波,它 方向性好,穿透能力强,易于获得较集中的 声能,在水中传播距离远,可用于测距、测 速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医 学、军事、工业、农业上有很多的应用。超 声波因其频率下限大约等于人的听觉上限而 得名。
科普知识
2.次声波:频率小于20Hz的声波叫做次声波。次声波 不容易衰减,不易被水和空气吸收。而次声波的波长 往往很长,因此能绕开某些大型障碍物发生衍射。某 些频率的次声波由于和人体器官的振动频率相近,容 易和人体器官产生共振,对人体有很强的伤害性,可 致人死亡。它的应用有以下几个方面: 1.研究自然 次声的特性和产生机制,预测自然灾害性事件。 2.通过测定人和其他生物的某些器官发出的微弱次 声的特性,可以了解人体或其他生物相应器官的活动 情况。3.通过测定自然或人工产生的次声在大气中传 播的特性,可探测某些大规模气象过程的性质和规律。 4.次声在军事上的应用,利用次声的强穿透性制造出 能穿透坦克、装甲车的武器 。
精讲细练
例1.日常生活中,发现球掉入池塘里, 能否通过往池塘丢入石块,借助石块激起 的水波把球冲到岸边?
解析:不能.向水中投入石块,水面受到 石块的撞 击开始 振动 , 形成水 波向四周传 去.但是,实际上水波向四周传播而水只是 上下振动并不向外迁移,所以球也仅仅是上 下振动而不会向岸边运动.
科普知识
.
芬奇
类 别 运 动 现 象 运 动 成 因 联 系
振动
单个质点所表现出的 周期性运动
波动
大量质点共同表现 出的周期性运动
质点受到指向平衡位 置的回复力作用
介质中相邻质点间 存在相互作用的弹 力
振动是波动的起因,波动是振动的传播
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(信息和能量)的传播过 程.
例2.下列说法不正确的有( AC ) 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.一切机械波的传播均需要介质
例3.区分横波和纵波的依据是( C ) A.质点沿水平方向还是竖直方向振动 B.波沿水平方向还是竖直方向传播 C.质点的振动方向和波的传播方向是相互垂直 还是在一条直线上 D.波传播距离的远近
涌浪,指的是风停后或风速风向突变区域内
存在下来的波浪和传出风区的波浪。
近岸浪,指的是由外海的风浪或涌浪传到海
岸附近,受地形作用而改变波动性质的海浪。
例4.沿绳传播的一列机械波,当波源突然停止振动时( ) 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
5.手以不同频率和不同幅度连续左右抖动,绳子的形
状有什么区别?
生活中无处不在的波
声波
水波
弹簧纵波
绳波
地震波
光波
电磁波
请点击手
看教材P22-23:
为什么绳上各点都能动 起来呢?凹凸相间的波是怎 样形成的呢?
设想:把绳分成很多小段
每一个小段可以看做一个质点
质点之间有相互作用力
一切机械波都是 振动状态在某些物体 中的传播. 对绳一端的抖动 依次引起了绳中各段 的振动,振动在绳中 的传播形成了绳波; 对水面一处的扰动由 近及远引起了水面各 部分的振动,此振动 在水中的传播形成了 水波;击鼓时,对鼓 皮的扰动引起了周围 空气的振动,此振动 在空气中的传播形成 了声波.
质点分布稀疏的部分叫做疏部.这种质点分布的疏
密状态随着时间而沿波的前进方向传播出去.
不管是横波还是纵波,如果传播的振动是简谐
运动,这种波就叫做简谐波.
横波和纵波 1.横波:质点的振动方向与波的传播方向垂直的波,其 中凸起部分的最高点叫波峰,凹下部分的最低点叫波谷.
2.纵波:质点的振动方向与波的传播方向平行的波;其 中质点分布较稀的部分叫疏部,质点分布较密的部分叫 密部.
这大概就是人们所说“无风三尺浪”的证据,但实际上它 们是由别处的风引起的海浪传播来的。广义上的海浪,还 包括天体引力、海底地震、火山爆发、塌陷滑坡、大气压 力变化和海水密度分布不均等外力和内力作用下,形成的
海啸、风暴潮和海洋内波等。它们都会引起海水的巨大波
动,这是真正意义上的无风也起浪。
科普知识
海浪的主要类型: 风浪,指的是在风的直接作用下产生的水面 波动。
由于相邻质点间存在着相互作用,当绳中某一质点 发生振动(振源)时,就会带动相邻的质点,使它上下振 动。这个质点又带动更远一些的质点振动起来,从而使绳 子上的质点都跟着振动起来。绳端这种上下振动的状态就 沿绳子传了出去,从整体上看就是一些凹凸相间的波形。
绳、水、空气等能够传播振动的物质,叫做介质.
变浅,下层水的运动,所受阻力越来越大,以至于到最后,
它的运动速度慢于上层的Biblioteka Baidu动速度,受惯性作用,波浪最高 处向前倾倒,摔到海滩上,成为飞溅的浪花 。
科普知识
“无风不起浪”和“无风三尺浪”的说法都没有错,事 实海上有风没风都会出现波浪。 通常所说的海浪,是指海洋中由风产生的波浪。包括风
浪、涌浪和近岸波。无风的海面也会出现涌浪和近岸波,
(4)波向前传播的是振动形式、能量和信息. (5)机械波在同种介质中是匀速传播的. (6)振源振动一个周期,波向前传一个完整波形. (7)振源停止振动,波可以继续向前传播.
二、横波与纵波
按介质中质点的振动方向和波的传播方向 的关系不同,常将波分为横波和纵波. 观察思考 1.观察横波演示器所演示的横波的发生情 况[图2-1-4(a)].记下你的观察结果.
1. 定义:机械振动在介质中的传播,形成 机械波.
波源——保持持续振动的物体或质点(内因)
介质——借以传播波的物质(外因) 2.产生条件:同时存在振源和介质,两者缺 一不可. 机械振动是产生机械波的必要条件. 机械波不能在真空中传播.
3.机械波的规律(特点)
(1)介质中各个质点不是同时起振的,离振源近的 质点先起振。(步调不一致) 前面的质点带动后面 的质点振动,后面的质点重复前面的质点的振动,并 且后面的质点的振动依次滞后前面的质点. (2)介质中质点在各自的平衡位置附近做机械振动, 质点本身并不随波迁移. (3)传播过程中各质点的振动都是受迫振动,驱动 力来源于振源。介质中各个质点的起振方向、周期、 频率、振幅和波源相同. (具有周期性)