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1、1,第2讲 机械波,第七章,机械振动 机械波,2,一、机械波 1.机械波：机械振动在介质中的传播过程. 2.机械波的产生 (1)产生条件：波源和传递振动的介质.,3,(2)产生原理：介质可视为由许多质点组成，相邻的质点间存在相互作用力.当介质中某个质点(波源)开始振动时，在波的传播方向上，每个质点都会被它前面的质点依次带动做受迫振动，这样，原来没有振动的质点也会振动起来，从而把机械振动这种振动形式传播开去，形成机械波.,4,说明： a.机械波传播的只是机械振动这种振动形式以及能量和信息，波传播方向上各个质点都只在其平衡位置附近振动，不会随波发生迁移. b.由于波传播方向上各质点被依次带动做受迫
2、振动，所以各质点的振动频率(即波的频率)与波源频率相等，即使波从一种介质进入另一种介质，频率也不会改变；另外，波源向哪个方向开始振动，后面的质点都朝这个方向开始振动.,5,c.简谐运动在介质中的传播形成简谐波，简谐波传播时，各质点的振幅不变.对于简谐波而言，传播的距离与波源振动的时间存在对应关系，在波源振动四分之一周期的时间内，波传出四分之一个波长；在二分之一个周期内，波传出二分之一个波长；在四分之三周期内，波传出四分之三个波长；在一个周期内，波传出一个波长；依此类推.,6,3.波的分类 (1)横波：质点振动方向与波的传播方向垂直的波叫横波.横波中，凸起的最高处叫波峰，凹陷的最低处叫波谷. (
3、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，叫纵波.纵波中，质点分布最密的地方叫密部，质点分布最疏的地方叫疏部. 说明：绳波是横波，电磁波是横波；声波是纵波；地震波既有横波，也有纵波.,7,4.描述波的物理量 (1)波长：两个相邻的，在振动过程中对平衡位置的位移总是相等的点之间的距离叫波长. 说明： a.两个在振动过程中对平衡位置的位移总是相等的点之间的距离是波长的整数倍.,8,b.在横波中，相邻的两个波峰(或波谷)间的距离是一个波长；在纵波中，相邻的两个密部(或疏部)间的距离是一个波长. c.相邻的、两个振动过程中对平衡位置的位移总是等大反向的点的平衡位置之间的距离是半个波长.,
4、9,(2)频率f：简谐波的频率即指波传播方向上各质点振动的频率.波的频率只由波源决定. (3)波速v：波的传播速度.同种波的波速只由介质决定. 说明： a.在同一均匀介质中，同一种类的机械波的波速相等，与波的频率无关. B.波速与振动速度是两个不同概念，在同一均匀介质中，波速是恒定的，而质点的振动速度是不断变化的.,10,(4)波长、频率和波速的关系：v=f 说明： a.由于波在一个周期T内传出一个波长，所以波速 这是从运动学中的速度概念上来理解波速表达式. b.由 可知，波速由介质决定，频率由波源决定，波长由介质和波源共同决定.,11,关于机械波，下面叙述正确的是( ) A.波源在一个周期内
5、，沿波传播方向运动了一个波长的距离 B.相邻的、两个在振动过程中对平衡位置的位移总是等大反向的点之间的距离就是半波长 C.波源停止振动，波也同时消失 D.波源振动频率越高，波传播一个波长的时间越短.,D,12,在一个周期内，波传出一个波长的距离，但波源及波传播方向上的各个质点都只在其平衡位置附近振动，不会随波迁移，错；相邻的、两个在振动过程中对平衡位置的位移总是等大反向的点的平衡位置之间的距离才是半波长，若少了“平衡位置”，则两点运动过程中，距离是不断变化的，,13,错；波源停止振动，波还能继续传播，直到能量耗尽，故不会同时消失，错；波源振动频率越高，周期越短，波传播一个波长的时间是一个周期，
6、所以这个时间也就会越短，对.综上所述，选D.,14,二、波的图象 1.波的图象：在平面直角坐标系中，用横坐标表示介质中各质点的平衡位置，用纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移，连接各位移矢量的末端，得出的曲线即为波的图象，又称波动图象.简谐波的图象是正弦(或余弦)曲线. 2.物理意义：表示某一时刻波传播方向上各质点相对平衡位置的位移. 3.应用：由某时刻波的图象，可以获得：,15,(1)该时刻各质点的位移以及该波的振幅和波长； (2)已知波的传播方向，可知该时刻各质点的振动方向；反之，在已知该时刻某质点的振动方向的条件下，可判断波的传播方向； (3)已知波速，从图中读取波长后，可求得周期
7、和频率； (4)已知波速的大小和方向，可用平移法画出此时刻前、后某一时刻的波形图.,16,4.波的传播方向与质点的振动方向的判断方法,17,18,如图7-2-1所示为一沿x轴传播的简谐横波在某时刻的波的图象，已知此时刻A点向下运动，波传播速度大小为v=2m/s，试画出波在该时刻5s前及5s后两个时刻的波的图象.,图7-2-1,19,由此时刻A点正向下运动，可知波向右传播，5s内， 波传播的距离为 s=vt=10m； 由图可知，波长 =8m；要画出 5s前时刻的波形图，本应把波形向左平移10m，但由于“去整留零”，只需把波形向左平移2m，如右图中实线；同理，要画出后5s时刻的波形图，则只需把波形
8、向右平移2m，如图中虚线.,20,三、波的特有现象 1.波的叠加原理 两列波相遇后，互不干扰，仍以各自的运动特征(如频率、波长、振幅、传播方向)继续向前传播，只是在重叠区域里，任一质点的总位移，等于由这两列波单独引起的位移的矢量和. 说明：由于波传递的只是机械振动的形式、能量和信息(质点并不发生迁移)，所以相遇后能互不影响.,21,一波源在绳的左端发出半个波，频率为f1，振幅为A1；同时另一波源在绳的右端发出半个波，频率为f2(f2f1)，振幅为A2(A2A1)；P为两波源的中点，如图7-2-2所示，下列说法正确的是( ),图7-2-2,AC,22,A.两列波同时到达P点 B.两列波相遇时P点
9、振动的峰值可以达到A1+A2 C.两列波相遇再分开后，各自保持原来的形状传播 D.因频率不同，这两列波相遇不能叠加,23,波速由介质决定，同一绳上两波传播速度相同，P是两波源中点，由两波源同时发出的两波同时到达P点，A对；两波同时到达P点，是指波形的右端到达P点时，波形的左端也到达P点，由于f2f1，波速v相同，由 可知，,24,波形的波长1和波形的波长2关系是：12，可知波形的波峰到达P点时，波形的波峰还在P的左侧，故两波峰的重叠点在P的左侧，B错；由波的叠加原理可知，C对；不论频率如何，两列波相遇时，总能产生叠加，D错；综上所述，选AC.,25,2.波的衍射 (1)定义：波绕过障碍物继续传
10、播的现象叫波的衍射. (2)发生明显衍射的条件：障碍物的尺寸(或孔的宽度)比波长小或相差不多时，可以观察到明显的衍射现象. 说明：波遇到障碍物时，或多或少总能发生衍射，但明显衍射则必须具备上述条件. (3)衍射是波所特有的现象之一.,26,3.波的干涉 (1)定义：频率相同(振动方向平行)的两列波叠加，使某些区域振动加强，某些区域振动减弱，而且振动加强区域和振动减弱区域相互间隔，这种现象叫波的干涉，形成的图样叫干涉图样. (2)产生稳定干涉的条件：两列波的频率相同是产生稳定干涉的一个必要条件.,27,说明： a.干涉也是波的特有现象，稳定干涉是波叠加的结果，但波的叠加不一定能产生稳定干涉，能否
11、产生稳定的干涉，取决于是否满足相干条件.,28,b.“振动加强”是指振幅增大，不能理解为“位移总是最大”；“振动减弱”是指振幅减小，不能理解为“位移总是最小”；振动加强的点和振动减弱的点都在振动，所以，完全有这样的可能：在某时刻，振动加强的点恰好经过平衡位置，而振动减弱的点不在平衡位置，此时，振动减弱的点的位移比振动加强的点的位移大.也就是说，不能认为振动加强的点的位移总是比振动减弱的点的位移大.,29,c .振动最弱的点有可能不振动，例如两列振幅和频率都相同的简谐波干涉时，振动最弱的点振幅为0，即不振动.,30,(3)干涉区域内某点是振动加强点还是振动减弱点的充要条件： 加强：该点到两个波源
12、的路程之差是波长的整数倍，即=n. 减弱：该点到两个波源的路程之差是半波长的奇数倍，即,31,水面上有A、B两个振动情况完全相同的波源，在AB连线的中垂线上有a、b、c三个质点，已知某时刻a点是两列波的波峰相遇点，c点是与a点最相近的波谷相遇点，b是ac的中点，如图7-2-3所示，那么以下说法正确的是( ),图7-2-3,CD,32,A.a点是振动加强点，c点是振动减弱点 B.a点与c点都是振动加强点，b点是振动减弱点 C.a点与c点此时刻位移最大，经过四分之一周期后回到平衡位置；而b点此时刻处于平衡位置，经过四分之一周期后，b处为波谷 D.a、b、c都是振动加强点,33,a、b、c三点中的任
13、一点到两振源的距离都相等，故a、b、c三点都是振动加强点，A、B错，D对；图示时刻，c点处于波谷，a点处于波峰，故b点处于平衡位置，再过四分之一周期，c处的状态传到b处，故b处为波谷.综上所述.,34,4.多普勒效应 (1)定义：由于波源和观察者之间有相互靠近或相互远离的相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象. 说明：波源与观察者之间的相对运动必须存在相互靠近或相互远离的情况，否则不会产生多普勒效应.因为可能存在如图7-2-4所示的情况，观察者绕声源s做圆周运动，虽有相对运动，但不会产生多普勒效应.,图7-2-4,35,(2)规律：波源和观察者之间相互靠近，接收频率大于波源频率，相互靠近的速
14、度越大，接收频率越高；波源和观察者之间相互远离，接收频率小于波源频率，相互远离的速度越大，接收频率越低(相互远离速度小于波速).,36,(3)实质：波源的频率没有变化，只是观察者的接收频率(单位时间内接收到的完全波个数)发生变化. (4)拓展：天文学上也存在多普勒效应，如果恒星远离我们，我们接收到的光的频率会低于该恒星的发光频率，这种现象称为红移；如果恒星靠近我们，我们接收的光的频率会高于该恒星的发光频率，这种现象称为紫移(又称蓝移).,37,列车进站时做减速运动，为了提醒人员避让，列车一直鸣笛，那么，静立在站台上的工作人员听到的笛声频率 (填“高”或“低”)于声源的振动频率，并且越来越 (填
15、“高”或“低”). 列车进站时，与静立在站台上的工作人员相互靠近，故工作人员听到的笛声频率高于声源的振动频率，又由于列车的速度越来越慢，故听到的频率越来越低.,高,低,38,四、波的其他现象 1.波的反射 波遇到障碍时，除了会发生衍射外，还会发生反射.在波的反射中，反射角等于入射角；反射波的波长、频率和波速的大小都与入射波相同. 2.波的折射 波从一种介质进入(不是垂直界面进入)另一种介质时，传播方向会发生改变，这种现象叫波的折射.在波的折射中，波的频率不变，但波速和波长都将发生改变.,39,五、声波 1.有关声波的一些常识：声波由声源的振动在介质中传播而产生.声波是纵波.人耳能听到的声波频率
16、范围是20Hz20000Hz.人耳能够区分回声与原声的最小时间间隔为 0.1s.声波也能发生反射、折射、干涉、衍射和多普勒效应等现象.声波的共振现象称为共鸣.,40,2.次声波：频率低于20Hz的声波.由于次声波的波长较长，更容易发生衍射，所以强度相同的情况下，次声波传播距离更远.利用次声波可以预报海啸、台风等.,41,3.超声波：频率高于20000Hz的声波.超声波的波长短，不易发生衍射，基本上沿直线传播，因此，可以定向发射和接收.超声波有很强的穿透能力，能穿透几厘米厚的金属.利用超声波的直线传播特点和穿透能力的仪器有：超声波探伤仪、B超等.,42,图7-2-8所示为一列沿x轴负方向传播的简谐横波，实线为t=0时刻的波形图，虚线为t=0.6s时的波形图，波的周期T0.6s，则( ) A.波的周期为2.4s B.在t=0.9s时，P点沿y轴正方向运动 C.经过0.4s，P点经过的路程为4m D.在t=0.5s时，Q点到达波峰位置,图7-2-8,D,43,波的图象的应用. 根据题意应用平移法可知 解得T=0.8s，A错；由图可知振幅A=0.2m、波 长=8m.t=0.9s= ，此时P点沿y轴负方向运 动，B错； 运动路程为2A=0.4m，C错； 波形图中Q正在向下振 动，从平衡位置向下振动了 经 到波谷，再 过 到波峰，D对.,
