資源簡介

(共59張PPT)
第2講　機械波
第七章 機械振動和機械波
手中的繩子上下抖動
繩波產生的條件：
繩子
即引起初始振動的裝置
即能夠傳播振動的物質
固、液、氣
一、機械波的產生和傳播
繩波是如何產生的呢？
振源（波源）
機械波產生的條件：
介質
為什么繩上各點都能動起來呢？凹凸相間的波是怎樣形成的呢？
設想:把繩分成很多小段
每一個小段可以看做一個質點
質點之間有相互作用力
一、機械波的產生和傳播
沿波傳播方向，前一質點依次帶動后一質點,后一質點延遲振動（步調不一致），后面質點重復前面質點的運動
一、機械波的產生和傳播
思考1：繩上的點是不是隨波一起遷移了呢？波傳播的是什么？
繩子上的點只在平衡位置上下振動，并不隨波遷移。
波傳播的是振動這種形式。
思考2：繩上各點開始振動時的方向（起振方向）與振源起振方向有什么關系？
繩上各點開始振動的起振方向與振源起振方向相同。
思考3：振源振動停止后波的傳播會立刻停止么？
思考4：波在傳遞振動形式的同時還在傳遞什么？
波在傳遞振動形式的同時，也傳遞能量和信息。
振源振動停止后波的傳播并不立即停止仍向前傳播一段時間。
一、機械波的產生和傳播
思考5：波的傳播速度和質點的振動速度相同嗎？波的傳播周期和頻率和質點的振動周期和頻率相同嗎？
(多選)在一條軟繩上選18個等間距的質
點，質點1在外力作用下首先向上振動，
其余質點在相互作用力的帶動下依次
振動，從而形成簡諧波，由波的形成
及圖可知，下列說法中正確的是
A.質點1帶動質點2是通過繩上質點間
的彈力實現的，因此每個質點均做受迫振動
B.每個質點開始運動后，均在水平方向做勻速運動，在豎直方向做簡諧運動
C.繩上的每一個質點開始振動時，方向都向上，振動周期都相同
D.繩上波的傳播過程也是能量的傳遞過程，每個質點均做等幅振動，故每個質點的
機械能均守恒
√
√
　(多選)(2021·安慶市質量檢測)關于振動和波的關系，下列說法正確的是
A.振動是波的成因，波是振動的傳播
B.振動是單個質點呈現的運動現象，波是許多質點聯合起來呈現的運動
現象
C.波的傳播速度就是質點振動的速度
D.波源停止振動時，波立即停止傳播
√
√
二、機械波的分類及其特點
波峰
波谷
疏部
密部
橫波：質點的振動方向與波的傳播方向垂直。
縱波：質點的振動方向與波的傳播方向在一條直線上。
繩波
彈簧波
二、機械波的分類及其特點
三、波的圖像
橫坐標x：在波的傳播方向上介質中各質點的平衡位置
Y
位移
X
平衡位置
波的圖象描述的是某一時刻介質中各個質點偏離平衡位置的位移情況。
圖象的物理意義
縱坐標y：某一時刻各個質點偏離平衡位置的位移
如果波的圖像是正弦曲線，這種波叫做正弦波，也叫簡諧波。
特點：每個質點都在做簡諧振動，質點振動的最大位移都相同。
頻率、周期：在波動中，各個質點的振動周期或頻率是相同的，它們都等于波源的振動周期或頻率，這個周期或頻率也叫作波的周期或頻率。
一個周期
每經過一個周期的時間波就沿傳播方向傳播一個波長的距離。
思考：機械波在介質中的傳播速度是多大？
思考：質點P0發出的的振動經過多長時間傳到P5？
　(多選)(2021·安慶市質量檢測)關于振動和波的關系，下列說法正確的是
A.振動是波的成因，波是振動的傳播
B.振動是單個質點呈現的運動現象，波是許多質點聯合起來呈現的運動
現象
C.波的傳播速度就是質點振動的速度
D.波源停止振動時，波立即停止傳播
例2
√
√
三、質點的振動方向和起振方向的判定
（1）已知傳播方向判斷質點振動方向
（2）已知質點振動方向判斷傳播方向
上下坡法
同側法
帶動法
AC
2.(多選)(2020 ·海南卷， 8) 一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，波的周期為0.2 s，某時刻的波形如圖1所示。則(　　)
A.該波的波長為8 m
B.該波的波速為50 m/s
C.該時刻質點P向y軸負方向運動
D.該時刻質點Q向y軸負方向運動
D
A
角度
波的圖像
例2 (2022·遼寧卷，3)一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，某時刻的波形如圖3所示，關于質點P的說法正確的是(　　)
A
1.(2023·湖北恩施模擬)一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，其波速為10 m/s，t＝0時刻的波形如圖4所示。下列說法正確的是(　　)
A.0～0.6 s時間內，質點P運動的路程為18 cm
B.t＝0.6 s時刻，質點P相對平衡位置的位移是6 cm
C.t＝1.2 s時刻，質點Q加速度最大 D.t＝1.4 s時刻，質點M沿y軸負方向運動
2.(多選) (2022·山東卷，9)一列簡諧橫波沿x軸傳播，平衡位置位于坐標原點O的質點振動圖像如圖6所示。當t＝7 s時，簡諧波的波動圖像可能正確的是
x
t
0
都表示質點離開平衡位置的位移
y
x
0
表示振幅或波幅
圖線形狀
相同點
不同點
振動圖像
簡諧波圖像
縱坐標
縱坐標最大值
研究對象
物理意義
橫坐標
運動特點
不同時刻的一個質點
某一時刻介質中的各個質點
一個質點在不同時刻偏離平衡位置的位移
各個質點在某一時刻偏離平衡位置的位移
時間的延續,可求周期T
各質點平衡位置離波源的距離,可求波長λ
變加速運動,速度周期性變化
同種均勻介質中勻速運動
延伸
平移
BD
例3 (多選)(2023·福建龍巖一模)圖5甲為一列簡諧橫波在t＝0.10 s時刻的波形圖，此時質點P的位置橫坐標為x＝1 m，質點Q的位置橫坐標為x＝4 m。圖乙為質點Q的振動圖像。則下列說法正確的是(　　)
A. 該波沿x軸正方向傳播 B. 該波的傳播速度是40 m/s
C. 從t＝0.10 s到0.20 s內，質點P沿x軸方向運動4 m
D.t＝0.10 s時，沿x軸正方向與P相距10 m處的質點與P點振動方向相反
某時刻的波形圖
經過后的波形圖
例如圖甲為某波在t＝1.0 s時的波形圖，圖乙為質點P的振動圖像.
(1)求該波的波速；
(2)畫出Δt＝3.5 s時的波形.
1.波的傳播方向的雙向性形成多解
只要沒有指明機械波沿哪個方向傳播，就要討論兩個方向的可能性.
2.波的周期性形成多解
(1)時間周期性：t時刻與t＋nT(n＝1,2…)時刻的波形完全重合，即同一波形圖可能是不同時刻形成的.
(2)空間周期性：平衡位置相距nλ(n＝1,2…)的兩點振動步調相同，平移λ的整數倍，波形“相同”.
例4 (多選)(2023·湖北八市高三聯考)一列沿x軸負方向傳播的簡諧橫波t＝2 s時的波形如圖7(a)所示，介質中某質點的振動圖像如圖(b)所示，下列說法正確的是(　　 )
A.圖(b)可能是質點A的振動圖像 B.圖(b)可能是質點B的振動圖像
C.若圖(b)是x＝2 m處質點的振動圖像，則波速可能是1 m/s
D.若圖(b)是x＝3 m處質點的振動圖像，則波速可能是0.5 m/s
ACD
跟蹤訓練
3.(2023·廣東潮州市教學質檢)一列橫波在x軸上傳播，a、b是x軸上相距sab＝6 m的兩質點，t＝0時，b點正好到達最高點，且b點到x軸的距離為4 cm，而此時a點恰好經過平衡位置向上運動。已知這列波的頻率為25 Hz。
(1)求經過時間1 s，a質點運動的路程；
(2)若a、b在x軸上的距離大于一個波長，求該波的波速。
6.(多選)一列簡諧橫波沿x軸傳播，t＝0時刻該波波形如圖6中實線所示，此時x＝0處的質點沿y軸負向振動；t＝2.0 s時刻波形如圖中虛線所示。則(　　)
對點練3　波傳播的周期性和多解性問題
AB
A.波的傳播速度可能為0.3 m/s
B.波的傳播速度可能為0.9 m/s
C.此列波的波長為0.8 m
D.此列波沿x軸負向傳播
1．如圖甲所示，a、b為沿x軸傳播的一列簡諧橫波上的兩質點，相距2m。a、b 的振動圖像分別如圖乙、丙所示。
（1）若該波在介質中傳播的速度為10m/s，求該波的波長λ；
（2）在（1）情形下，求0~2s時間內a質點運動的路程s和位移x；
（3）若該波的波長大于2m，求可能的波速v。
2．如圖所示，實線是某時刻的波形圖，虛線是0.2s后的波形圖。
（1）若波沿x軸負方向傳播，且周期大于0.2s，求它的周期；
（2）若波沿x軸正方向傳播，且周期滿足T<0.2s<2T，求波的傳播速度大小；
（3）若波速是45m/s，求波的傳播方向。
3．某列波在均勻介質中傳播，波形如圖，實線為t1＝0時刻的圖像，虛線為t2＝0.1s時刻的波形，求：
（1）該波的波長和振幅；
（2）該波在介質中傳播的波速。
一、波的衍射
波繞過障礙物繼續傳播的現象叫做波的衍射
1.一切波都能發生衍射
發生明顯衍射現象的條件：
2.衍射是波特有的現象
只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多，或者比波長更小時，才能觀察到明顯的衍射現象。
例：“未見其人，先聞其聲”
波現象 波的反射 波的折射
傳播方向
頻率f
波速v
波長λ
二、波的反射
波的反射：當波傳播到兩種介質的分界面時，一部分返回來繼續傳播的現象。
例：“余音繞梁，三日不絕”
三、波的折射
波從一種介質進入另一種介質時，波的傳播方向發生了改變的現象叫做波的折射。
改變 θ反＝θ入
改變 θ折≠θ入
不變
不變
不變
改變
不變
改變
四、波的疊加
相遇前
相遇時刻
相遇過程
相遇后
相遇前各自傳播、相遇時各質點的振動位移疊加，相遇后又各自傳播。
①波傳播具有獨立性
②波的疊加原理
相遇前后它們都保持各自的運動狀態，彼此都沒有受到影響。
在重疊區域質點振動的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的位移的矢量和
振動方向一致的兩列波在同一點相遇時，可能作用加強（如都為正或都為負），也可能作用減弱（如一正一負）。作用加強的區域叫加強區，作用減弱的區域叫減弱區。
四、波的疊加
加強點
x
t
兩列波在這點的相位差保持不變，因此，在這一點，兩列波引起的振動總是相互加強的，質點的振幅最大。
加強點的振幅是兩列波的振幅之和，隨著時間的推移加強點的位移在變化
五、波的干涉
x
t
減弱點
兩列波在這點的相位差保持不變，所以它們在這點引起的振動總是相互削弱的。如果兩列波的振幅相同，質點的位移之和就總等于0。
減弱點的振幅是兩列波的振幅之差，同樣的減弱點的位移也隨時間變化。
五、波的干涉
相干波
相干波源
形成穩定干涉圖樣的條件：
兩列波的頻率相同、相位差恒定、振動方向相同
定義：頻率相同、相位差恒定、振動方向相同的兩列波疊加時，某些區域的振動總是加強，某些區域的振動總是減弱，這種現象叫作波的干涉。形成的這種穩定圖樣叫作干涉圖樣。
五、波的干涉
波的干涉圖樣
①把相應的振動最激烈的質點連起來，為振動加強區
②相應的振動最不激烈或靜止的質點連起來，為振動減弱區
③振動加強區和振動減弱區是相互隔開的
五、波的干涉
加強點和減弱點的分布規律
(1)若P點為振動加強點：
則有P點到兩列波的波源的距離差等于半個波長的偶數倍。
(2)若P點為振動減弱點：
則有P點到兩列波的波源的距離差等于半個波長的奇數倍
②加強點或減弱點只是說振幅是相加或相減，但質點偏離平衡位置的位移隨著時間在變化
①如果兩波源步調相反，結論要倒著用
注意：
【典例】（多選）如圖所示，A、B為兩個完全相同的相干波源，它們產生的兩列波在AB連線的中垂線上的P點相遇時，則（ ）
A、P點振動始終加強
B、 P點振動有時加強，有時減弱
C、 P點位移始終等于振幅
D、 P點位移有時為零
【正確答案】AD
　(2021·中山市華僑中學高二期中)兩列頻率相同、振幅分別為5 cm和
7 cm的橫波發生干涉時，某一時刻的圖樣如圖所示，實線表示波峰，虛線表示波谷，關于K、M、N三點的下列說法中正確的是
A.質點K為振動減弱的點
B.質點N的振幅為2 cm
C.經過一段時間，質點M、N的位移大小不可能相等
D.由圖中時刻再經過半周期時，質點M的位移為零
√
例
　如圖(a)，在xOy平面內有兩個沿z方向做簡諧振動的點波源S1(0,4)和
S2(0，－2).兩波源的振動圖線分別如圖(b)和圖(c)所示.兩列波的波速均為1.00 m/s.兩列波從波源傳播到點A(8，－2)的路程差為_____m，兩列波引起的點B(4,1)處質點的振動相互_______(填“加強”或“減弱”)，點C(0,0.5)處質點的振動相互______(填“加強”或“減弱”).
例5
2
減弱
加強
1.當波源和觀察者都靜止不動，即二者沒有相對運動時。
單位時間內波源發出幾個完全波，觀察者在單位時間內就接收到幾個完全波，故觀察者接收到的頻率等于波源的頻率。
多普勒效應(Doppler effect)
2.當觀察者與波源相對運動時
距離增大時，觀察者在單位時間內接收到的完全波的個數增多，即觀察者接收到的頻率增大。
距離減少時，觀察者在單位時間內接收到的完全波的個數減少，即觀察者接收到的頻率減少。
多普勒效應(Doppler effect)
多普勒效應(Doppler effect)
1、現象(1842年發現)：當汽車向你駛來時，感覺音調變高；當汽車離你遠去時，感覺音調變低。
2、多普勒效應：由于波源和觀察者之間有相對運動，使觀察者感到頻率變化的現象叫做多普勒效應。
注意：頻率由聲源決定，實際頻率并沒有變化。
奧地利物理學家多普勒（1803——1853）
例1　關于多普勒效應，下列說法正確的是
A.發生多普勒效應時，波源頻率發生了變化
B.要發生多普勒效應，波源和觀察者必須有相對運動且兩者間距發生變化
C.火車向你駛來時，你聽到的汽笛聲音調變低，火車離你遠去時，你聽到
的汽笛聲音調變高
D.只有聲波才能發生多普勒效應
√
雷達測速儀
多普勒效應的應用
多普勒效應的應用
多普勒效應觀測宇宙紅移或藍移
多普勒效應的應用
彩色多普勒診斷系統
二、多普勒效應的應用
例2　 (多選)下列選項與多普勒效應有關的是
A.科學家用激光測量月球與地球間的距離
B.醫生利用超聲波探測病人血管中血液的流速
C.交通警察向車輛發射超聲波并通過測量反射波的頻率確定車輛行進的
速度
D.科學家通過比較星球與地球上同種元素發出光的頻率來計算星球遠離
地球的速度
√
√
√
4.(多選)下列說法中正確的是(　　)
A.在受迫振動中，物體振動穩定后的頻率不一定等于驅動力的頻率
B.做簡諧運動的質點，經過四分之一周期，所通過的路程不一定等于振幅
C.某人站在鐵路邊，當火車鳴笛通過時，可以聽到鳴笛聲的頻率先增大后減小
D.只有波長大于障礙物時，才能觀察到衍射現象
BC
9.(多選)(2023·山東濰坊高三月考)均勻介質中有一列正在沿水平方向傳播的簡諧波，在某一時刻它的波形圖如圖9甲所示，M和N是介質中的兩個質點，從該時刻起某同學記錄下了N點在一段時間內的振動圖像，如圖乙所示。下列說法正確的是(　　)
AD
圖9
A.該列簡諧波正以1.0 m/s的速度向左傳播
B.M和N兩質點的振動方向始終相同
C.該簡諧波遇到一列波長為8 m、傳播方向相反的簡諧波后不會發生干涉現象
D.該簡諧波遇到寬度為4 m的障礙物時能發生明顯的衍射現象
A.該波沿x軸負方向傳播，波速為20 m/s
B.t＝0.1 s時，質點Q的加速度正向最大，速度為0
C.從t＝0.1 s到t＝0.25 s，
質點Q沿x軸移動的距離是3 m
D.從t＝0.2 s到t＝0.5 s的時間內，
質點P通過的路程為18 cm
10.(2022·江蘇揚州模擬)如圖10為一簡諧橫波在t＝0.2 s時刻的波形圖，P是平衡位置在x＝7 m處的質點，此刻P點振動方向沿y軸負方向，并經過0.4 s完成了一次全振動，Q是平衡位置在x＝4 m處的質點，下列判斷正確的是(　　)
B
11.(多選)(2023·福建泉州月考)一列簡諧橫波沿x軸傳播，a、b為x軸上平衡位置相距6 m的兩質點，振動圖像分別如圖11甲、乙所示，下列說法正確的是
CD

展開更多......

收起↑