機械振動與機械波 光 電磁波與相對論,第 十三 章,第2講 機械波,知識梳理自測,1機械波的形成條件 (1)有發(fā)生機械振動的波源。 (2)有傳播介質(zhì)，如空氣、水等。 2傳播特點 (1)機械波傳播的只是振動的_和_，質(zhì)點只在各自的平衡位置附近做簡諧運動，并不隨波_。 (2)介質(zhì)中各質(zhì)點的振幅相同，振動周期和頻率都與_振動周期和頻率相同。 (3)一個周期內(nèi)，質(zhì)點完成一次全振動，通過的路程為_，位移為零。,機械波,形式,能量,遷移,波源的,4A,3機械波的分類 (1)橫波：質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向相互_的波，有_ (凸部)和_(凹部)。 (2)縱波：質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在_上的波，有_和_。,垂直,波峰,波谷,同一直線,密部,疏部,1橫波的圖象 (1)坐標軸：橫軸表示各質(zhì)點的_，縱軸表示該時刻各質(zhì)點的_。 (2)意義：表示在波的傳播方向上，某時刻各質(zhì)點離開_的位移。 (3)圖象,橫波的圖象,平衡位置,位移,平衡位置,(4)應用 直接讀取_和_，以及該時刻各質(zhì)點的_。 確定某時刻各質(zhì)點加速度和速度的_，并能比較大小。 結(jié)合波的傳播方向可確定各質(zhì)點的_或由各質(zhì)點的振動方向確定波的_。,振幅A,波長,位移,方向,振動方向,傳播方向,2波長、波速、頻率及其關系 (1)波長：在波動中，振動相位總是_的兩個相鄰質(zhì)點間的距離。 (2)波速v：波在介質(zhì)中的傳播速度，由_本身的性質(zhì)決定。 (3)頻率f：由波源決定，等于波源的_。 (4)波長、波速和頻率的關系 v_；v_。,相同,介質(zhì),振動頻率,f,1波的疊加： 觀察兩列波的疊加過程可知：幾列波相遇時，每列波都能夠保持各自的狀態(tài)繼續(xù)傳播而不_，只是在重疊的區(qū)域里，質(zhì)點同時參與這幾列波引起的振動，質(zhì)點的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的_。,波特有的現(xiàn)象,互相干擾,位移的矢量和,2波的干涉和衍射：,相同,尺寸,干涉圖樣,繞過障礙物,3多普勒效應： (1)定義：由于波源和觀察者之間有_，使觀察者感受到波的頻率_的現(xiàn)象。 (2)實質(zhì)：聲源頻率_，觀察者接收到的頻率_。 (3)規(guī)律： 波源與觀察者如果相互靠近，觀察者接收到的_； 波源與觀察者如果相互遠離，觀察者接收到的_； 波源和觀察者如果相對靜止，觀察者接收到的頻率_波源的頻率。,相對運動,發(fā)生變化,不變,發(fā)生變化,頻率增大,頻率減小,等于,思維診斷： (1)在水平方向傳播的波為橫波。( ) (2)在機械波中各質(zhì)點不隨波的傳播而遷移。( ) (3)通過波的圖象可以找出任一質(zhì)點在任意時刻的位移。( ) (4)機械波在傳播過程中，各質(zhì)點振動的周期、起振方向都相同。( ) (5)機械波在一個周期內(nèi)傳播的距離就是振幅的4倍。( ) (6)波速表示介質(zhì)中質(zhì)點振動的快慢。( ) (7)兩列波在介質(zhì)中疊加，一定產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。( ) (8)一切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象。( ) (9)多普勒效應說明波源的頻率發(fā)生變化。( ),×,×,×,×,×,×,D,解析 由圖知a、b兩點之間的距離為一個波長，a、b兩點振動開始時刻相差一個周期，選項AB錯誤；由波是向右傳播的，知選項C錯誤，D正確。,C,解析 波在傳播過程中，機械波的振幅與波源振動的振幅相等，故A錯誤；在波傳播過程中各質(zhì)點的振動周期均與波源振動的周期相同，故B錯誤；每個質(zhì)點都在重復波源的振動，因此質(zhì)點的振動頻率和波源的振動頻率相同，故C正確；振動速度與波的傳播速度不相同，故D錯誤。,A這列波的波長為4m B波中每個質(zhì)點的振動周期為4s C若已知波沿x軸正向傳播，則此時質(zhì)點a向下振動 D若已知質(zhì)點b此時向上振動，則波沿x軸負向傳播 E在半個周期內(nèi)，質(zhì)點a的位移為零,ACE,解析 由圖知波長為4m，選項A正確；振動周期無法求解，選項B錯誤；若波沿x正向傳播，則此時質(zhì)點a向下振動，選項C正確；若質(zhì)點b向上振動，則此波沿x軸正向傳播，選項D錯誤；半個周期后，質(zhì)點a會再次回到平衡位置，位移為零，選項E正確。,解析 根據(jù)多普勒效應，當觀察者與聲源相互靠近時，觀察者接收到的頻率大于聲源發(fā)出的頻率；當觀察者與聲源相互遠離時，觀察者接收到的頻率小于聲源發(fā)出的頻率，故A、C錯誤，B、D正確。,BD,核心考點突破,機械波的傳播與圖象,3波的傳播方向與質(zhì)點的振動方向的判斷方法,解題導思：(1)當波傳到P點時，P點開始離開平衡位置_；波源O恰好處于波峰位置，說明O、F兩質(zhì)點之間的距離等于_。 (2)再經(jīng)過5s，平衡位置在Q處的質(zhì)點第一次處于波峰位置，說明波從P點傳播到Q點所用時間為_。,向上振動,答案：(1)1.33m (2)1.25m,A波速為4m/s B波的頻率為1.25Hz C當波傳到x10m處時，該處的質(zhì)點向y軸正方向運動,類題演練 1 ,BCE,Dt1.2s時，x軸坐標為11m的質(zhì)點恰好位于波谷 Et1.2s時，x軸坐標為15m的質(zhì)點恰好位于波峰,A該列波的傳播速度為20m/s B在01.2s內(nèi)質(zhì)點P經(jīng)過的路程為2.4m Ct0.6s時質(zhì)點P的速度方向沿y軸正方向 Dt0.7s時質(zhì)點P位于波谷 E質(zhì)點P的振動方程是y10sin5t(cm),類題演練 2 ,ADE,兩種圖象的比較,波動圖象與振動圖象綜合,A該波沿x方向傳播，波速為1m/s B質(zhì)點a經(jīng)4s振動的路程為4m,D,C此時刻質(zhì)點a的速度沿y方向 D質(zhì)點a在t2s時速度為零,解題導思：(1)如何分析波的傳播速度、質(zhì)點的振動路程？ (2)如何確定波動圖象上各質(zhì)點的振動方向？,解析 從題圖乙看出，質(zhì)點b從0時刻起由平衡位置向上振動，結(jié)合題圖甲可判斷出波沿x方向傳播，A錯誤。質(zhì)點a從0時刻由平衡位置向y方向振動，C錯誤。從圖乙看出，各質(zhì)點的振動周期T8s，在t2s時，質(zhì)點a運動到負方向最大位移處，瞬時速度為零，D正確。經(jīng)過4s，質(zhì)點a運動半個周期，路程s2A1m，B錯誤。,C該列波的波速為0.5m/s Dt1.5s時A、B兩質(zhì)點的位移相同 Et1.5s時A、B兩質(zhì)點的振動速度方向相同,ACE,A波中質(zhì)點在一個周期內(nèi)通過的路程為8cm B該列波的波長為4m,類題演練 3 ,ABE,A這列波的波長是8m，周期是0.2s，振幅是10cm B在t0時，質(zhì)點Q向y軸正方向運動 C從t0到t0.25s，該波沿x軸負方向傳播了6m D從t0到t0.25s，質(zhì)點P通過的路程為30cm E質(zhì)點Q簡諧運動的表達式為y0.10sin10t(m),1造成波動問題多解的主要因素 (1)周期性 時間周期性：時間間隔t與周期T的關系不明確。 空間周期性：波傳播距離x與波長的關系不明確。 (2)雙向性 傳播方向雙向性：波的傳播方向不確定。 振動方向雙向性：質(zhì)點振動方向不確定。,波的多解問題,如：a.質(zhì)點達到最大位移處，則有正向和負向最大位移兩種可能。 b質(zhì)點由平衡位置開始振動，則起振方向有向上、向下(或向左、向右)兩種可能。 c只告訴波速不指明波的傳播方向，應考慮沿兩個方向傳播的可能，即沿x軸正方向或沿x軸負方向傳播。 d只給出兩時刻的波形，則有多次重復出現(xiàn)的可能。 (3)波形的隱含性形成多解 在波動問題中，往往只給出完整波形的一部分，或給出幾個特殊點，而其余信息均處于隱含狀態(tài)。這樣，波形就有多種情況，形成波動問題的多解性。,2解決波的多解問題的思路 一般采用從特殊到一般的思維方法，即找出一個周期內(nèi)滿足條件的關系t或x，若此關系為時間，則tnTt(n0,1,2，)，若此關系為距離，則xnx(n0,1,2，)。,(1)求波傳播的可能距離； (2)求可能的周期； (3)求可能的波速； (4)若波速是35m/s，求波的傳播方向； (5)若0.2s小于一個周期時，求傳播的距離、周期、波速。,類題演練 4 ,BCD,波的干涉中振動加強點和減弱點的判斷 (1)圖象法：在某時刻的波形圖上，波峰與波峰(或波谷與波谷)的交點，一定是加強點，而波峰與波谷的交點一定是減弱點，各加強點或減弱點各自連接而成以兩波源為中心向外輻射的連線，形成加強線和減弱線，兩種線互相間隔，這就是干涉圖樣，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。,波的干涉、衍射、多普勒效應,BC,類題演練 5 ,A,解析 由多普勒效應可知，若聲波波源遠離觀察者，則觀察者接收到的聲波頻率減小，A錯誤；聲波擊碎玻璃杯是因為聲波頻率與玻璃杯的固有頻率相同，發(fā)生共振導致玻璃杯破碎，B正確；由于光波和無線電波都屬于電磁波，不依靠介質(zhì)傳播，它們在水中傳播時會有損耗，超聲波是機械波，可以在介質(zhì)中傳播，所以超聲波在水中傳播的距離比光波和無線電波在水中傳播的距離遠得多，C正確；“聞其聲而不見其人”是聲波的衍射現(xiàn)象，D正確。,