《机械波》全章

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1、高中物理新人教版选修 4系列课件 第十二章 机械波 12 1 波的形成和传播 教学目标 知识与能力理解波的形成过程及质点的振动特点理解波的传播过程的特点知道横波和纵波的异同 机械波的一般特点教学重点波的形成和传播过程的特点教学难点波的形成过程和质点振动的特点 一 绳波的形成过程 1 绳子各部分看成许多质点组成 各部分之间存在着相互作用的弹力 2 沿波的传播方向上后一个质点比前一个质点落后一段时间 质点依次被带动 3 振动的形式传播出去形成波 每个质点的振动情况都和波源相同 振动情况包括起振方向 振动周期 振幅 介质中各质点只在各自平衡位置附近做机械振动 并不沿波的传播方向发生迁移 沿波的传播方

2、向 介质中各质点依次开始振动 距离波源愈近 愈先开始振动 经过整周期 波形恢复原样 一 横波的特性 1 横波 质点的振动方向跟波的传播方向垂直的波叫做横波 2 波峰 在横波中凸起的最高处叫做波峰 3 波谷 在横波中凹下的最低处叫做波谷 4 横波也叫凹凸波 二 波的特性 二 纵波的特性 1 纵波 质点的振动方向跟波的传播方向在同一直线上的波叫做纵波 2 密部 在纵波中 质点分布最密的地方叫做密部 3 疏部 在纵波中 质点分布最疏的地方叫做疏部 4 纵波也叫疏密波 三 声波和地震波 声波是纵波 地震波既有横波又有纵波 四 机械波 1 介质和波源 介质 借以传播波的物质 波源 保持持续振动的物体 2

3、 机械波 机械振动在介质中的传播 形成机械波 3 产生机械波的条件 同时存在振源和介质 注意 有振动不一定存在波 有波一定存在振动 4 机械波向外传播是振动形式的传播 介质中各质点不随波发生迁移 1 当波在介质中传播时 各个质点均在自己的平衡位置附近振动 2 在波的传播方向上各质点依次开始振动 各质点振动周期相同 由振源决定 即与振源振动周期相同 各质点振幅相同 不考虑能量损失时 各质点刚开始振动的方向相同 5 波是传递能量的一种方式波向外传播的是振动的形式 向外传递信息和能量 1 关于机械振动和机械波的关系应是 A有振动必有波B有波必有振动C有振动必有横波D有波不一定有振动2 在机械波中 下

4、列说法错误的是A各质点都在各自的平衡位置附近振动B相邻质点间必有相互作用力C前一质点的振动带动相邻的后一质点振动 后一质点的振动必定落后于前一质点D各质点也随波的传播而迁移 B D 3 沿绳传播的一列机械波 当波源突然停止振动时 有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 C 五 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

5、所呈现的现象是振动 从构成介质的整体来看 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 的传播过程 问题 向右传播的波上三点A B C 请指出该时刻振动的方向 A B C 问题 已知波形图上A B两点某一时刻振动方向 请指出波传播的方向 A B 12 2 波的图象 教学目标 知识目标 1 理解波的图象的意义 知道什么是简谐波 2 能据波的图象判断各质点在该时刻的振动方向 3 能够由某一时刻波的图象画出任一时刻波的图象 技能目标 培养学生通过对比 掌握新知识的能力 教学重点 1 理解波的图象的意义 2 能用波的图象解决一些实际问题 教学难点

6、据波的图象如何解决实验问题 教学方法 讲练法 归纳类比法 复习提问 1 机械波的形成条件是什么 2 机械波的特点是什么 为了从总体上形象地描绘出波的运动情况 物理学中采用了 波的图象 机械波是机械振动在介质里的传播过程 从波源开始 随着波的传播 介质中的大量质点先后开始振动起来 虽然这些质点只在个自平衡位置附近做重复波源的振动 但由于它们振动步调不一致 所以在某一时刻介质中各个质点对平衡位置的位移各不相同 第二节波的图象 一 波的图象的绘制 1 用横坐标x表示在波传播方向上各个质点的平衡位置 2 用纵坐标y表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移 3 在xOy坐标平面上画出某一时刻各个质点偏离平

7、衡位置的位移 4 波的图象的画法 将某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移矢量的末端用光滑的曲线连接起来 甲表示某一时刻绳上的一列横波乙是它的图象 说明 1 横波的图象与形成横波的质点的分布形状相似 波的图象有时也称波形图或波形曲线 2 简谐运动在介质中传播形成的波就是简谐波 简谐波的图象是一条正弦或余弦曲线 3 在单位时间内某一波峰或波谷 密部或疏部 向前移动的距离等于波速 横波动画展示 二 波的图象的物理意义 2 波的图象的物理意义 波的图象表示介质中各个质点在某一时刻 同一时刻 偏离平衡位置的位移的空间分布情况 在不同时刻质点振动的位移不同 波形也随之改变 不同时刻的波形曲线是不同的 图2表

8、示经过 t时间后的波的形状和各质点的位移 三 从波的图象上可获得的物理信息 A y m x m 12345678 0 B 0 10 A V a v 1 该时刻沿波的传播方向上各个质点的位移 2 各个质点的振幅A 3 能根据波的传播方向判断各个质点在该时刻的运动方向 加速度方向及其变化情况 4 可以画出另一时刻的波形图 四 振动图象和波的图象的比较 X t 0 振动图象 相同点 1 图象都是正 余 弦曲线 2 纵坐标都表示质点离开平衡位置的位移 不同点 1 某质点不同时刻 一群质点同一时刻 2 横轴表时间 横轴表平衡位置 3 可直接读出周期 可直接读出波长 图象 五 波的图象的应用 题型之一 波

9、的传播方向 质点的振动方向以及波形图三者知其二 而求其一 主要方法 三角形法 三角形顶部表示波峰或波谷 例题 如图所示为一列向右传播的简谐波在某时刻的波形图 试求出波形图上A B C D四个质点的振动方向 如果这列波是向左传播的 则这四个质点的振动方向又如何 例题 如图所示为一列简谐波在某时刻的波形图 已知图象上某点的振动方向如图所示 试求这列波的传播方向 答案 向左传播 如果这个质点的振动方向向上 则波的传播方向又如何 如果已知这个质点做减速运动 则波的传播方向又如何 题型之二 求波在任意时刻的波形图 主要方法 图象平移法 经过时间 波在传播方向上移动的距离 因此 把图象沿传播方向平移即得到

10、相对应的图象 例题3 某一简谐横波在t 0时刻的波形图如图的实线所示 若波向右传播 画出T 4后和5T 4前两个时刻的波的图象 T 4后的波形图 5T 4前的波形图 练习 一列简谐波在x轴上传播 某时刻波形如图 已知此时质点F运动方向向Y轴负方向 则 A 波沿X轴负方向传播B 质点D此时刻向下运动C 质点B比质点C先回到平衡位置D 质点E振幅为0 AB 1 简谐波的图象都是正弦或余弦曲线 表示某一时刻介质中各个质点离开平衡位置的位移 2 从简谐波的图象可以知道的物理量 1 从波的图象可以知道振幅 2 从波的图象可以知道该时刻各个质点对平衡位置的位移 3 借助图象还可以说明各个质点的速度 加速度

11、在该时刻的变化情况和速度 加速度的方向 3 根据某一时刻的波的图象和波的传播方向 能画出下一时刻和前一时刻的波的图象 并能指出图象中各个质点在该时刻的振动方向 常用的方法有两种 1 三角形法 2 图象平移作图法 六 知识回顾 12 3 波长 频率和波速 教学目标 知识与能力1 知道什么是波的波长 能在波的图象中求出波的波长 2 知道什么是波传播的周期 频率 理解周期 频率 与质点振动周期 频率 的关系 3 理解决定波的周期 频率 的因素 并知道其在波传播过程中的特点 4 理解波长 周期 频率 和波速的物理意义及它们之间的关系 并会应用这一关系进行计算和分析实际问题 教具波动演示仪 演示波的图象

12、用的教学微机软件 一 波长 1 定义 在波动中 对平衡位置的位移总是相等的两个相邻质点间的距离 叫做波的波长 2 几点说明 1 位移总相等 的含义是 每时每刻都相等 2 位移总相等的两个质点 其速度也总是相等的 在横波中 两个相邻波峰或两个相邻波谷之间的距离等于波长 在纵波中 两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离也等于波长 3 相距 整数倍的质点振动步调总是相同的 相距 2奇数倍的质点振动步调总是相反的 二 周期 T 频率 f 1 波源质点振动的周期 或频率 就是波的周期 或频率 2 几点说明 1 波的周期 或频率 应由波源决定 与传播波的介质无关 2 每经过一个周期的时间波就沿传播方向传播一

13、个波长的距离 3 每经历一个周期 原有的波形图不改变 三 波速 v 1 单位时间内振动所传播的距离叫做波速 2 几点说明 1 波速的大小由介质的性质决定 同一列波在不同介质中传播速度不同 2 一列波在同一均匀介质中是匀速传播的 3 要区分波速与质点振动速度的含义 四 波长 周期 或频率 和波速的关系 v Tv f 如图10 11中的实线是一列简谐波在某一时刻的波形曲线 经 t 0 5s后 其波形如图中虚线所示 设 t 2T T为波的周期 1 如果波是向右传播 求波的周期和波速 2 如果波是向左传播 求波的周期和波速 12 4 波的反射和折射 教学目标 知识目标1 知道波传播到两种介质的交界面时

14、 会发生反射和折射 2 理解波的反射 折射遵守的规律 会根据波面和波线进行分析 能力目标1 让学生在实验的基础上理解波面 波线 能够根据想象建立空间概念 2 对比光的反射和折射 提高学生类比分析的能力 教学建议在学生初中学习光的反射和折射的基础上 教师通过实验演示 类比光的反射和折射讲解机械波的反射和折射 对于实验的建议 1 注意实验的准备以及操作 2 在实验的基础上引入波线 波面的概念 注意从现象 规律 现象这一过程 师生结合实际共同讨论 分析 一 波面和波线 波面 同一时刻 介质中处于波峰或波谷的质点所构成的面叫做波面 波线 用来表示波的传播方向的跟各个波面垂直的线叫做波线 波面 波线 二

15、 惠更斯原理 惠更斯原理内容 介质中任意波面上的各点都可看作发射子波的波源 其后任意时刻 这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面 惠更斯 荷兰物理学家 二 惠更斯原理 用惠更斯原理确定下一时刻平面波的波面 用惠更斯原理确定下一时刻球面波的波面 二 惠更斯原理 利用惠更斯原理可以由已知的波面通过几何作图方法确定下一时刻的波面 从而确定波的传播方向 例如当波在均匀的各向同性介质中传播时 波面的几何形状总是保持不变的 二 惠更斯原理 三 波的反射 反射波的波线与平面法线的夹角i 叫做反射角 入射角 i 入射波的波线与平面法线的夹角i叫做入射角 反射角 i 波遇到障碍物会返回来继续传播 这种现象叫做

16、波的反射 经 t后 B点发射的子波到达界面处B 点 A点发射的子波到达A 点 同种介质 波速不变 三 波的反射 用惠更斯原理解释波的反射 由惠更斯原理 A B为同一波面上的两点 证毕 三 波的反射 入射线 法线 反射线在同一平面内 入射线与反射线分居法线两侧 反射角等于入射角 反射定律 1 反射波的波长 频率 波速都跟入射波相同 2 波遇到两种介质界面时 总存在反射 注意 四 波的折射 折射角 r 折射波的波线与两介质界面法线的夹角r叫做折射角 波从一种介质进入另一种介质时 波的传播方向发生了改变的现象叫做波的折射 由惠更斯原理 A B为同一波面上的两点 经 t后 B点发射的子波到达界面处D点 A点的到达C点 证毕 用惠更斯原理解释波的折射 四 波的折射 四 波的折射 折射定律 入射线 法线 折射线在同一平面内 入射线与折射线分居法线两侧 入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度跟波在第二种介质中的速度之比 折射率 1 当入射速度大于折射速度时 折射角折向法线 2 当入射速度小于折射速度时 折射角折离法线 3 当垂直界面入射时 传播方向不改变 属折射中的特例 4 在波的