機械波教學課件

11.2機械波11.2機械波一、機械波1．波的形成：機械振動在

中傳播，形成機械波．介質(zhì)2．傳播特點(1)傳播振動形式、傳遞

、傳遞信息．(2)質(zhì)點不隨波遷移．能量11.2機械波3．分類(1)橫波：振動方向與傳播方向

，傳播中形成波峰和

波谷．(2)縱波：振動方向和傳播方向在

，傳播中

形成密部和疏部．垂直同一條直線上11.2機械波4．描述波的物理量及其關(guān)系(1)物理量①波長λ：在波動中，振動相位總是

的兩個相鄰質(zhì)點

間的距離．②頻率f：波的頻率

振源的頻率，在任何介質(zhì)中頻率

不變．③波速v：表示波在介質(zhì)中傳播的快慢，波速由

決定，

與振源無關(guān)．(2)波長、波速和頻率(周期)間的關(guān)系

v＝fλ或v＝相同等于介質(zhì)11.2機械波5．波的圖象(1)波的圖象：波的圖象是描述在波的傳播方向上的介質(zhì)中各

質(zhì)點在某時刻離開平衡位置的位移．簡諧波的圖象是一條

正弦或余弦圖象．相隔時間為周期整數(shù)倍的兩個時刻的波

形相同．11.2機械波(2)由波的圖象可獲取的信息①波的波長．②各質(zhì)點振動的振幅．③該時刻各質(zhì)點的位移．④該時刻各質(zhì)點的加速度方向．圖11－2－111.2機械波⑤若知道波的傳播方向，可知該時刻各質(zhì)點的運動方向．如圖11－2－1所示，設(shè)波向右傳播，則此時A、D質(zhì)點沿y軸負方向運動，B、C質(zhì)點沿y軸正方向運動．⑥若知道某時刻某質(zhì)點的運動方向，可判斷波的傳播方向．如圖11－2－1所示，若D點向上運動，則該波向左傳播．11.2機械波二、波的干涉和衍射現(xiàn)象內(nèi)容波的衍射波的干涉定義波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動加強，某些區(qū)域的振動減弱，而且加強和減弱的區(qū)域相間分布的現(xiàn)象現(xiàn)象波能偏離直線而傳播到直線傳播以外的空間振動強弱相間的區(qū)域，某些區(qū)域總是加強，某些區(qū)域總是減弱11.2機械波內(nèi)容波的衍射波的干涉可觀察到現(xiàn)象的條件縫、孔或障礙物的尺寸跟波長

或者兩列波的相同相同點干涉和衍射是波特有的現(xiàn)象相差不多比波長更小頻率11.2機械波

波的干涉和衍射現(xiàn)象是波特有的現(xiàn)象．任何波均能發(fā)生衍射，只不過明顯程度不同；兩列波欲發(fā)生干涉，必須滿足干涉條件．11.2機械波三、多普勒效應1．現(xiàn)象：波源與觀察者互相靠近或互相遠離時，接收到的波的頻率都會發(fā)生變化．2．產(chǎn)生原因：當波源與觀察者相對靜止時，1s內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目是一定的，觀察到的頻率等于波源振動的頻率；當波源與觀察者相向運動時，1s內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目增加，觀察到的頻率增加；反之，當波源與觀察者互相遠離時，觀察到的頻率變?。?1.2機械波3．應用(1)修理鐵路的工人可以從火車的汽笛聲判斷火車的運行方向和快慢．(2)交通警察向行進中的汽車發(fā)射一個已知頻率的超聲波，當超聲波被運動的汽車反射回來時，接收到的頻率發(fā)生變化，由此可知汽車的速度．(3)根據(jù)光的多普勒效應，由地球上接收到遙遠天體發(fā)出的光波的頻率，可以判斷遙遠天體相對地球的運動速度．(4)應用多普勒效應可以跟蹤人造地球衛(wèi)星．(5)醫(yī)用“彩超”探測血液的速度進行疾病診斷．11.2機械波11.2機械波兩種圖象比較內(nèi)容振動圖象波動圖象研究對象一個振動質(zhì)點沿波傳播方向上的所有質(zhì)點圖象意義一質(zhì)點位移隨時間變化規(guī)律某時刻所有質(zhì)點相對平衡位置的位移11.2機械波兩種圖象比較內(nèi)容振動圖象波動圖象圖象特點圖象信息(1)振動周期(2)振幅(3)各時刻質(zhì)點位移、速度、加速度(包括大小、方向)(1)波長、振幅(2)任意一質(zhì)點此刻

的位移(3)任意一質(zhì)點在該

時刻加速度方向11.2機械波兩種圖象比較內(nèi)容振動圖象波動圖象圖象變化隨時間推移圖象延續(xù)，但原有形狀不變隨時間推移圖象沿傳播方向平移一完整曲線對應橫坐標一個周期一個波長11.2機械波1．機械波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，周期和頻率保持不

變，但波速和波長都改變．2．機械波傳播過程中，在固體和液體中的傳播速度比在空氣

中的傳播速度大．11.2機械波1．(2009·浙江高考)一列波長大于1m的橫波沿著x軸正方向傳播．處在x1＝1m和x2＝2m的兩質(zhì)點A、

B的振動圖象如圖11－2－2所示．由此可知(

)圖11－2－211.2機械波A．波長為B．波速為1m/sC．3s末A、B兩質(zhì)點的位移相同D．1s末A質(zhì)點的振動速度大于B質(zhì)點的振動速度11.2機械波解析：由A、B兩質(zhì)點的的振動圖象及傳播可畫出t＝0時刻的波動圖象如圖所示，由此可得λ＝

m，A正確；由振動圖象得周期T＝4s，故B錯誤；由振動圖象知3s末A質(zhì)點位移為－2cm，B質(zhì)點位移為0，故C錯誤；由振動圖象知1s末A質(zhì)點處于波峰，振動速度為零，B質(zhì)點處于平衡位置，振動速度最大，故D錯誤．答案：A11.2機械波11.2機械波1.由t時刻的波形圖畫(t＋Δt)時刻的波形圖(1)平移法：先算出經(jīng)時間Δt波傳播的距離Δx＝vΔt，再把波形

沿波的傳播方向平移Δx.當Δx＞λ，即Δx＝nλ＋x時，可采取去整(nλ)留零(x)的方法，只需平移x即可．(2)特殊點法：在t時刻的波形圖中找?guī)讉€特殊質(zhì)點(一個波長

范圍內(nèi))，即處于平衡位置及波峰、波谷的質(zhì)點，找到它們

經(jīng)Δt后的位置，然后按正弦規(guī)律畫出(t＋Δt)時刻的波形圖．11.2機械波2．波的傳播方向與質(zhì)點振動方向的確定(1)根據(jù)波的傳播特性判斷確定該質(zhì)點前邊相鄰的一質(zhì)點的位置，根據(jù)這一質(zhì)點

此時的位置，確定要判定質(zhì)點的振動方向．(2)“上下坡”法沿波的傳播方向看，上坡的點向下振動，下坡的點向

上振動，簡稱“上坡下，下坡上”．11.2機械波3．簡諧波多解問題的原因(1)波動的周期性①經(jīng)過周期整數(shù)倍的時間，各質(zhì)點的振動情況(位移、速度、

加速度等)與它在t時刻的振動情況完全相同；②在波的傳播方向上，相距波長整數(shù)倍的質(zhì)點的振動情況

也相同，因此必導致波的傳播距離、時間、速度等物理量

發(fā)生周期性的變化．(2)波傳播的雙向性當波沿x軸方向傳播時，波既可以沿x軸正方向傳播，又可

以沿x軸負方向傳播，導致多解．11.2機械波4．干涉中加強點與減弱點的判斷方法(1)條件判斷法：振動頻率相同、振動情況完全相同的兩列波

疊加時，加強、減弱條件如下：設(shè)點到兩波源的距離差為

Δr，當Δr＝nλ(n＝0,1,2，…)時為加強點，當Δr＝

(n＝0,1,2，…)時為減弱點．11.2機械波(2)現(xiàn)象判斷法：若某點總是波峰與波峰(或波谷與波谷)相遇，

則該點為加強點；若總是波峰與波谷相遇，則為減弱點．不

能認為加強點的位移永遠最大，減弱點的位移永遠最?。?/p>

用一條曲線將加強點連接起來，這條曲線上的點都是加強點；

把減弱點用曲線連接起來，曲線上的點都是減弱點．加強點與減弱點之間各質(zhì)點的振幅介于加強點與減弱點的振幅

之間．11.2機械波2.某同學用一根彈性繩進行機械波的實驗．用手握住繩

的一端做周期為1s的簡諧運動，在繩上形成一列簡諧

波．以彈性繩為x軸，手握住的一端為坐標原點O，且

從波傳到x＝1m處的M點開始計時，如圖11－2－3所

示，求：11.2機械波圖11－2－3(1)當時間t為多少時，平衡位置在x＝4.5m處的N質(zhì)點恰好第一次從平衡位置向y軸正方向運動？(2)畫出上問中t時刻彈性繩上的波形圖．11.2機械波解析：(1)由題圖可知，λ＝2m，則v＝＝2m/s波從M點傳到N點時間t1＝繩上各點開始起振時，先向下運動，故N點向上通過平衡位置還需要T的時間．故t＝t1＋T＝1.75s＋0.5s＝2.25s.11.2機械波(2)t＝2.25s時波形圖如圖所示．答案：(1)2.25s

(2)見解析圖11.2機械波11.2機械波一列簡諧橫波沿x軸負方向傳播，如圖11－2－4所示，圖甲是t＝1s時的波形圖，圖乙是波中某振動質(zhì)點位移隨時間變化的振動圖線(兩圖用同一時間起點)．則圖乙可能是圖甲中哪個質(zhì)點的振動圖線(

)11.2機械波A．x＝0處的質(zhì)點B．x＝1m處的質(zhì)點C．x＝2m處的質(zhì)點D．x＝3m處的質(zhì)點

圖11－2－411.2機械波[思路點撥]

由圖乙確定t＝1s時質(zhì)點的位置及振動方向，再由圖甲找出對應質(zhì)點．11.2機械波[解析]由振動圖線知該質(zhì)點在t＝1s時處于平衡位置且向y軸負方向運動，在波形圖中，在t＝1s時處于平衡位置且沿y軸負方向運動的是x＝0和x＝4m處的質(zhì)點．故選項A正確．[答案]

A11.2機械波圖甲是波動圖象，表示傳播方向上一系列質(zhì)點同一時刻的位置情況，而圖乙是振動圖象，表示同一質(zhì)點不同時刻的位置情況，此題的關(guān)鍵是找出波動圖象所對應的時刻、質(zhì)點的位移及振動方向.11.2機械波

如圖11－2－5所示，圖甲為某一波動在t＝1.0s時的圖象，圖乙為參與該波動的P質(zhì)點的振動圖象．圖12－2－511.2機械波(1)說出兩圖中AA′的意義．(2)說出圖甲中OA′B圖線的意義．(3)求波速．(4)在圖甲中畫出再經(jīng)3.5s時的波形圖．(5)求再經(jīng)3.5s時P質(zhì)點的路程s和位移．11.2機械波[思路點撥]

解答本題時應注意以下三點：(1)波動圖象與振動圖象的區(qū)別與聯(lián)系；(2)波形圖隨時間的變化關(guān)系；(3)質(zhì)點振動的路程與位移的區(qū)別．11.2機械波

[解析]圖甲為1.0s末的波動圖象，圖乙為參與該波動的眾多質(zhì)點中的P質(zhì)點的振動圖象，理解了這兩圖線間的聯(lián)系與區(qū)別，后面的問題就很好解了．(1)圖甲中AA′表示A質(zhì)點的振幅或1.0s時A質(zhì)點的位移大小為0.2m，方向為負．圖乙中AA′表示P質(zhì)點的振幅，也表示P質(zhì)點在0.25s的位移大小為0.2m，方向為負．11.2機械波(2)圖甲中OA′B段圖象表示O到B間所有質(zhì)點在1.0s時的位移，方向均為負．由圖乙看出P質(zhì)點在1.0s時向y軸負方向振動，所以圖甲中波沿x軸負方向傳播，則OA′間各質(zhì)點正向遠離平衡位置方向振動，A′B間各質(zhì)點正向靠近平衡位置方向振動．11.2機械波(3)由圖甲得λ＝4m，由圖乙得周期T＝1s，所以波速v＝＝4m/s.(4)Δx＝vΔt＝14m＝3×4＋λ，所以只需將波形向x軸負方向平移λ＝2m即可，如圖所示．11.2機械波(5)求路程，因為n＝所以路程s＝4nA＝4×0.2×3.5m＝2.8m.P點經(jīng)3.5個周期后仍在平衡位置處，所以位移為零．[答案]

見課堂筆記11.2機械波(1)在畫經(jīng)過Δts之后的波形圖時，首先由Δt＝nT＋ΔT求出ΔT，因經(jīng)歷nT時間，波形不變，只要畫出經(jīng)歷ΔT后的波形即可．(2)在確定經(jīng)歷Δt時間質(zhì)點的位移時，要確定經(jīng)歷Δt時間質(zhì)點的具體位置，注意位移的正負.11.2機械波11.2機械波如圖11－2－6表示兩個相干波源S1、S2產(chǎn)生的波在同一種均勻介質(zhì)中相遇．圖中實線表示波峰，虛線表示波谷，c和f分別為ae和bd的中點，則：11.2機械波(1)在a、b、c、d、e、f六點中，振動加強的點是________．振動減弱的點是________．(2)若兩振源S1和S2振幅相同，此時刻位移為零的點是_____．(3)畫出此時刻ace連線上，以a為原點的一列完整波形，標出ce兩點．11.2機械波[思路點撥]

解答本題時應注意以下四個方面：(1)振動加強區(qū)域內(nèi)各點的振動始終加強．(2)振動減弱區(qū)域內(nèi)各點的振動始終減弱．(3)振動加強點的位移時刻在變．(4)振動最弱點有可能一直靜止不動(兩列相同波疊加)．11.2機械波[課堂筆記]

(1)a、e兩點分別是波谷與波谷、波峰與波峰相交的點，故此兩點為振動加強點；c處在a、e連線上，且從運動的角度分析a點的振動形式恰沿該線傳播，故c點是振動加強點．同理b、d是減弱點，f也是減弱點．(2)因為S1、S2振幅相同，振動最強區(qū)的振幅為2A，最弱區(qū)的振幅為零，該時刻a、e的中點c正處在平衡位置，所以位移為零的是b、c、d、f.11.2機械波(3)圖中對應時刻a處在兩波谷的交點上，即此刻a在波谷，同理e在波峰，故a、e中點c在平衡位置，所以所對應的波形如圖所示．[答案]

(1)a、c、e

b、d、f

(2)b、c、d、f

(3)見課堂筆記11.2機械波(1)兩列相干波的重疊區(qū)域中波峰相遇處、波谷相遇處均為加強點，其振幅最大，位移卻隨時間在變化．(2)振動加強點連線上的各點均是加強點，振動減弱點連線上的各點均是減弱點.11.2機械波11.2機械波如圖11－2－7所示，在公路的十字路口東側(cè)路邊，甲以速度v1向東行走，在路口北側(cè)，乙站在路邊，一輛汽車以速度v2通過路口向東行駛并鳴笛，已知汽車笛聲的頻率為f0，車速v2＞v1.甲聽到的笛聲的頻率為f1，乙聽到的笛聲的頻率為f2，司機自己聽到的笛聲的頻率為f3，則此三人聽到笛聲的頻率由高至低順序為________．11.2機械波11.2機械波[思路點撥]

觀察者接收到的頻率受其與波源之間相對運動影響．當波源與觀察者相對靜止時，觀察到的頻率與波源振動頻率相同；當二者相向運動時，觀察到的頻率增加；當二者相互遠離時，觀察到的頻率變?。?1.2機械波[課堂筆記]

由于v2＞v1，所以汽車和甲的相對距離減小，甲聽到的頻率變大，即f1＞f0；由于乙靜止不動，則汽車和乙的相對距離增大，乙聽到的頻率變低，即f2＜f0；由于司機和汽車相對靜止，所以司機聽到的頻率不變，即f3＝f0.綜上所述，三人聽到笛聲的頻率由高至低順序為f1＞f3＞f2.[答案]

f1＞f3＞f211.2機械波多普勒效應是由于觀察者與波源之間的相互運動引起的．二者相互靠近時觀察者在單位時間內(nèi)接收到的頻率變高，相反變低．機械波、電磁波都能發(fā)生多普勒效應．11.2機械波11.2機械波1．(2009·重慶高考)同一音叉發(fā)出的聲波同時在水和空氣中傳播，某時刻的波形曲線如圖11－2－8所示．以下說法正

確的是(

)圖12－2－811.2機械波A．聲波在水中波長較大，b是水中聲波的波形曲線B．聲波在空氣中波長較大，b是空氣中聲波的波形曲線C．水中質(zhì)點振動頻率較高，a是水中聲波的波形曲線D．空氣中質(zhì)點振動頻率較高，a是空氣中聲波的波形曲線11.2機械波解析：波的頻率取決于波源的振動頻率，與介質(zhì)無關(guān)，故同一音叉發(fā)出的聲波在水中與在空氣中傳播時頻率相同．但機械波在介質(zhì)中傳播的速度只取決于介質(zhì)性質(zhì)，與波的頻率無關(guān)．聲波在水中傳播的速度大于在空氣中傳播的速度，再由v＝λf知，聲波應在水中的波長較大，對應于題圖中波形曲線b，故只有A正確．答案：A11.2機械波2．一簡諧橫波在x軸上傳播，某時刻的波形如圖11－2－9

所示，已知此時質(zhì)點F向y軸負方向運動，則(

)A．此波沿x軸負方向傳播

B．質(zhì)點D此時向y軸負方向運動

C．質(zhì)點E的振幅為零

D．質(zhì)點B將比C先回到平衡位置圖11－2－911.2機械波解析：根據(jù)F點的振動方向可判斷波沿x軸負方向傳播，波上任意質(zhì)點的振幅都相等．答案：AB11.2機械波3．(2010·鎮(zhèn)海模擬)一列簡諧波某時刻的波形如圖11－2－10甲所示，圖乙為該波在傳播的介質(zhì)中某質(zhì)點此后一段時間

內(nèi)的振動圖象，則(

)圖11－2－1011.2機械波A．若波沿x軸正方向傳播，圖乙為a質(zhì)點的振動圖象B．若波沿x軸正方向傳播，圖乙為b質(zhì)點的振動圖象C．若波沿x軸負方向傳播，圖乙為c質(zhì)點的振動圖象D．若波沿x軸負方向傳播，圖乙為d質(zhì)點的振動圖象11.2機械波解析：由圖乙知，開始時質(zhì)點位于平衡位置，故A、C錯；質(zhì)點開始時向y軸正方向運動．若波沿x軸正方向傳播，b沿y軸正方向運動，d沿y軸負方向運動，故B正確；若波沿x軸負方向傳播，b沿y軸負方向運動，d沿