《高二物理机械波 1—3节人教实验版知识精讲》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高二物理机械波 1—3节人教实验版知识精讲（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、高二物理机械波 1 3 节人教实验版 本讲教育信息 一 教学内容 机械波 1 3 节 二 知识要点 1 理解波的形成与传播 知道横波和纵波 知道机械波的作用 2 理解波的图像的物理意义 能根据波的图像进行有关判断 以及根据信息作 出波的图像 3 知道波长 频率和周期 三 重点 难点解析 一 波的形成和传播 1 机械波 1 机械波 机械振动在介质中传播形成机械波 机械波可在固 液 气三 态物质中传播 2 形成条件 要形成一列波 必须要有用以引起其他质点振动的那个质点 即波源 要把波源的振动传播出去 必须有介质 故波的形成条件为 波源 介质 3 传播特点 波传播时 介质中的质点跟着波源做受迫振动
2、每个质点 的振动频率和周期都与波源相同 各质点的起振方向与波源的起振方向相同 离波 源越远的质点 起振越滞后 波在传递运动形式的同时也传递能量 由于质点间 的弹力作用 先振动的质点要对相邻的后振动的质点做正功 后者对前者做负功 因而离波源近的质点把机械能传递给离波源远的质点 如果把信息加载到波上 波 还可以传递信息 如声音 靠声波的传递使人与人之间通过语言的交流相互沟通和 了解 说明 波传播的只是振动这种运动形式 介质的每个质点只在自己平衡位置附 近振动 并不随波迁移 2 横波和纵波 按质点的振动方向和波的传播方向的关系 可把机械波分成横波和纵波 1 横波 质点的振动方向与波的传播方向相互垂直
3、的波 叫做横波 如上下抖 动长绳的一端 就会有一列波沿绳传播出去 质点的振动方向在竖直方向 波的传 播方向在水平方向 二者垂直 应是横波 在横波中 凸起的最高处叫做波峰 凹 下去的最低处叫做波谷 横波在传播时呈现出凹凸相间的波形 2 纵波 质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波 叫做纵波 如把 一根长而软的螺旋弹簧竖直提起来 手有规律地上下振动 可以看到弹簧上有一列 疏密相间的波自上而下传播开去 这列波的传播方向在竖直方向上 由于手的带动 各质点的振动方向也在竖直方向上 二者在同一直线上 是一列纵波 在纵波中 质点分布最密的位置叫做密部 质点分布最疏的位置叫做疏部 说明 横波是物体的形状
4、发生了变化而产生弹力作用所致 由于只有固体才 有固定的形状 也只有固体发生形变时才产生弹力 所以只有在弹性固体里才能产 生横波 产生纵波时 物体的各部分经常在压缩和拉长 也就是说经常在改变自 己的体积 在体积改变时 固体内固然要产生弹力 液体和气体也要产生弹力 所 以纵波在这三种状态的介质中都能传播 3 振动与波动的区别与联系 1 两者的联系 振动是波动的起因 波动是振动在介质中的传播 没有振 动一定没有波动 但没有波动不一定没有振动 2 两者的区别 从研究对象看 振动是一个质点或一个物体在某一平衡位置 附近做往复运动 而波动是介质中大量质点依次发生振动而形成的 集体运动 从运动原因看 振动是
5、质点所受回复力作用的结果 而波动是由于介质中相邻 质点的带动作用而形成的 从运动性质看 各质点的振动是变加速运动 而波动 是匀速直线运动 传播距离与时间成正比 从能量的变化看 振动系统是动能与 势能相互转换 如果是简谐振动 在动能与势能相互转换过程中总的机械能保持不 变 而波在传播过程中 由振源带动它相邻的质点运动 即振源将机械能传递给它 的相邻质点 这个质点再将能量传递给下一个质点 因此说波的传播过程也是一个 能量传播过程 当波源停止振动 不再向外传递能量时 各个质点的振动也会相继 停下来 例 1 关于振动和波的关系 下列说法中错误的是 A 振动是形成波的原因 波动是振动的传播 B 振动是单
6、个质点呈现的运动现象 波动是许多质点联合起来呈现的运动现象 C 波的传播速度就是质点振动的速度 D 对于均匀介质中的机械波 各质点在做变速运动 而波的传播速度是不变的 解析 机械波的产生条件是有波源和介质 介质中的质点依次带动由近及远传播而 形成波 所以 A B 是正确的 波的传播速度是波形由波源向外伸展的速度 在均 匀介质中其速度大小不变 而质点振动的速度大小和方向都随时间周期性地发生变 化 故 C 错误 D 正确 答案 C 二 波的图像 1 由波的图像可获取的信息 1 该时刻各质点的位移 2 质点振动的振幅 A 3 因加速度方向和位移方向相反 可确定任一质点在该时刻的加速度方向 4 若已知
7、波的传播方向 可确定各质点在该时刻的振动方向 并判断位移 加速度 速度 动量 动能的变化 具体方法 特殊点法 在质点 P 靠近波源一方附近 同在 4 内 图像上另找一点 P 若 P 在 P 上方 则 P 向上运动 若 P 在 P 下方 则 P 向下运动 微平移法 作出经微小时间 t t 4 T 后的波形 就知道了各质点经过 t 时间到达的位置 运动方向也就知道了 上 下坡法 上坡下 下坡上 即沿波的传播方向看 上坡 的所有质点均 向下振动 下坡 的所有质点均向上振动 如下图 同理 若已知某质点的振动方向 可确定波的传播方向 2 振动图像与波的图像的关系 振动是一个质点随时间的推移而呈现的现象
8、波动是全部质点联合起来共同呈现的 现象 简谐运动和其引起的简谐波的振幅 频率相同 二者的图像有相同的正弦 余弦 曲线形状 但二者的图像是有本质区别的 见表 特点振动图像波动图像 图线形状正 余 弦曲线正 余 弦曲线 纵坐标 y不同时刻某一质点的位移 某一时刻介质中所有质点 的位移 相 同 点 纵坐标最大值振幅振幅 描述对象某一个振动质点 一群质点 x 轴上各个点 物理意义 振动位移 y 随时间 t 的变 化关系 x 轴上所有质点在某一时 刻振动的位移 y 不 同 点 横坐标表示时间 t 表示介质中各点的平衡位 置离原点的距离 x 横轴上相邻两个 步调总一致的点 之间的距离的含 义 表示周期 T
9、表示波长 图随时间变化情 况 图线随时间延伸 原有部 分图形不变 整个波形沿波的传播方向 平移 不同时刻波形不同 运动情况 质点做简谐运动属非匀变 速运动 波在同一均匀介质中是匀 速传播 介质的质点做简 谐运动 比喻一人独舞的录像集体舞的剧照 频率和周期在图中直接识读周期 T 已知波速 v 时 根据图中 可求出v T 其 他 两者联系 质点的振动是组成波动的 基本要素之一 波动是由许多质点振动所 组成 但在图象上波形变 化无法直接看出 若知波 的传播方向和某时刻的波 形图 则可以讨论波动中 各质点的振动情况 例 2 如图所示是一列横波某时刻的波形图 试根据波形图回答下列问题 1 该时刻加速度最
10、大的质点有哪几个 2 速度最大的质点有哪几个 3 振动方向相同的质点有哪些 这些点的分布有什么规律 4 如果这列波沿 x 轴负方向传播 质点 3 的速度方向如何 解析 1 加速度最大的质点一定是位移最大的质点 所以该时刻质点 2 6 10 14 的加速度最大 但方向不相同 2 该波是简谐波 质点做简谐运动 因此处在平衡位置的质点速度最大 分别是 0 4 8 12 16 质点 3 该时刻具有相同振动方向的质点是 O 1 7 8 9 15 16 与上述质 点振动方向相反的质点是 3 4 5 1l 12 13 其规律是 从波形图上看相同 增减性的单调区间上各质点的振动方向相同 相邻的单调区间上质点振
11、动方向相 反 4 如果该波沿 x 轴负方向传播 则质点 3 的速度方向向下 三 波长 频率和波速 1 波长 波速 频率三者的决定因素 vf 或v T 在这三个量中 它们各自的决定因素分别为 波速 v 完全 由介质的性质决定 即在同种介质内 机械波的传播速度是相同的 f 完全由波源 的频率决定 波的频率也就是波源振动的频率 由同一波源激发的波 由一种介质 传入另一种介质时 波速可能改变 但频率不会改变 由 v f 波长取决于介质 的性质和波源的频率 说明 波速由介质的性质决定 与波的频率 质点的振幅无关 在同一种均匀介质 中波速为一定值 波速与质点的振动速度是两码事 波速是振动形式匀速传播出去
12、的速度 方向与波传播方向相同 质点的振动速度是质点在平衡位置附近振动时的 速度 大小 方向均随时间改变 2 如何由波速方向及某时刻的波形图线画出另一时刻的波形图线 方法一 平移法 先算出经 t 时间波传播距离 s T t tv 再把波形往波传 播的方向推进 T t 即得 又因波形推进波长整数倍时 波形和原来重合 所以实 际处理时通常采用去整留零的方法处理 方法二 特殊点法 取相距 4 以内的两个特殊点 波峰 平衡位置或波谷 平 衡位置 来研究 根据两质点的振动方向 判出两质点经 t 后的位置 过这两位 置画出相应的正弦曲线即得 3 波的 双向性 和 周期性 双向性 与 周期性 是波的两个基本特
13、征 波的这两个特征决定了波的问题常 具有多解性 对于那些有限条件的问题 一般先分析问题的通解 然后再根据限制 条件得到所需的那些特解 这样可有效地防止漏解 例 3 如图中实线为一列简谐波在时刻 1 t 的波形图 虚线是它在 21 tt 0 5s 时的 波形图 1 求这列波的可能传播速度 2 若 3T t2 t1 4T 如果图是这列波在甲介质中向右传播的图像 求它在甲介质中的波速 如果图是这列波在乙介质中向左传播的图像 求它在乙介质中的波速 如果这列波在介质中的传播速度为 v 74 m s 问这列波向哪个方向传播 解析 1 若波向右传播 波形由实线变为虚线至少要向右平移 3m 由于波动的 周期性
14、 平衡距离3nx 其中m8 5 0 m3n tt x v 12 右 3 2 1 0n s m 6n16 若波向左传播 波形平移距离5nx 3 2 1 0n s m 10n16 5 0 5n tt x v 12 左 2 若T4ttT3 12 平移距离为x 则 4x3 向右时 有 43n3 则3n s m 5463166n16v 向左时 45n3 则3n s m 5810n16v 若向右传播 则有6n1674 得 4 17 n 为非整数 若向左时10n1674 得4n 故波向左传播 例 4 如图所示 甲为某一波动在 t 1 0s 时的图象 乙为参与该波动的 P 质点的 振动图象 1 说出两图中 A
15、A 的意义 2 说出甲图中 OA B 图线的意义 3 求波速 4 求甲图中画出再经 3 5s 时的波形图 5 求再过 3 5s 时 P 质点的路程 s 和位移 解析 1 甲图中的 AA 表示 A 质点的振幅或 1 0s A 质点的位移大小为 0 2m 方向为负 乙图中 AA 表示 P 质点的振幅 也是 P 质点在 0 25s 的位移大 小为 0 2m 方向为负 2 甲图中 OA B 段图线表示 O 到 B 间所有质点在 1 0s 时的位移 方向均为 y 轴负方向 从乙图看出质点在 1 0s 时沿 y 轴负方向振动 由带动法可知甲中波 向左传播 则 OA 间各质点正向远离平衡位置方向振动 A B
16、 间各质点正向靠近 平衡位置方向振动 3 由甲图得m4 乙图得周期s 1T 波速s m4 T v 4 用平移法 2 1 3m14tvx 只需将波形沿 x 轴负向平移m2 2 1 即可 如图丙 5 求路程 7 2 1 5 3 2 T t n 路程m8 2m2 072nA2s 求位移 由于波的重复性 经历时间为周期的整数倍时 位移不变 所以只需 考查从图示时刻 P 质点经 2 T 时的位移即可 所以经 3 5s P 质点的位移仍为零 说明 1 解题的关键是由波的图像明确各质点的振动情况 2 要注意质点的振动路程 位移和波的传播距离的区别 例 5 一列简谐波某时刻的波形如图中的实线所示 经过 0 5s 后的波形又如图中 的虚线所示 已知波的周期为 T 且 0 25 s T 0 5 s 则 A 当波向 x 轴正方向传播时 波速等于 10 m s B 不论波向 x 轴哪一方向传播 在这 0 5s 内 x 1 m 处的质点 M 通过的路程都 相等 C 当波沿 x 轴正方向传播时 x 1 m 处的质点 M 和 x 2 5 m 处的质点 N 在这 0 5 s 内通过的路程不相等 D 当波向 x 轴负方
