3.3机械波的传播现象课件-2022-2023学年高二上学期物理粤教版（2019）选择性必修第一册（26张PPT）

(共26张PPT)
第
节
3
机械波的传播现象
高中物理 选择性必修第一册
第三章
通过观察波在弹簧间的传播现象，知道并能解释波的反射和折射现象。
了解波的干涉和衍射现象，并基于实验事实分析、归纳干涉与衍射现象产生的条件。通过学习惠更斯原理对衍射现象的解释，培养应用物理解释物理现象的观念。
通过观察波的叠加现象，理解波相遇时的情形，能应用叠加原理解释波的干涉现象，培养基于实验结论分析、解释问题的思维方法，学习物理模型的抽象、建构过程和思想方法。
观察音叉双臂振动激发的水波干涉现象，理解干涉现象产生的原因和条件，并能应用干涉的知识解释实际问题。通过拓展实践活动，体验物理学与生活密切联系的乐趣。
学习目标
引入
我们知道，声音在传播过程中，遇到障碍物时会发生反射。对着远处的峭壁大
喊一声会听到回声，就是声波在峭壁上反射的结果。机械波在传播过程中经常会遇到障碍物或者两种介质的界面，或者与其他的波相遇，此时会产生怎样的现象呢？
一、机械波的衍射与惠更斯原理
1. 波的衍射：水波在遇到小障碍物或者小孔时，能绕过障碍物或穿过小孔继续向前传播，我们把这种现象叫做波的衍射。
观察与思考
（1）在水槽里放两块挡板，中间留一个狭缝，观察水波通过狭缝后的传播情况（图 甲）。
（2）保持水波的波长不变，改变狭缝的宽度，观察水波的传播情况有什么变化（图 乙）。
（3）保持狭缝的宽度不变，改变水波的波长，观察水波的传播情况有什么变化
波长一定的水波通过宽度不同的狭缝
现象：水波绕过小孔或障碍物继续传播．
说明:①衍射是波特有的现象;一切波都能发生衍射。
②衍射现象总是存在的,只有明显和不明显的差异。
波长不同的水波通过宽度一定的狭缝
在狭缝宽度一定的情况下，波长对衍射实验的影响
结论： 1、 障碍物较大时对波有影响,较小时对波没有影响,即障碍物比较小时能发生明显衍射.窄缝宽度跟波长相差不多时，有明显的衍射现象
2、窄缝宽度比波长大得越多，衍射现象越不明显；窄缝宽度跟波长相比非常大时，水波将直线传播，观察不到衍射现象．
波动中任何一点都可以看作新的波源。
惠更斯原理：介质中波动传到的各点都可以看作是发射子波的波源，在其后的任一时刻，这些子波的包络就形成新的波面。
对任何波动过程都适用。
例 (多选)观察水面波衍射的实验装置如图所示,和是两块挡板,是一个孔,是波源,图中已画出波源所在区域波的传播情况,每两条相邻波纹(图中曲线)之间距离表示一个波长,则波经过孔之后的传播情况,下列描述正确的是(　 　)
A.此时能明显观察到波的衍射现象
B.挡板前后波纹间距离相等
C.如果将孔扩大，有可能观察不到明显的衍射现象
D.如果孔的大小不变，使波源频率增大,能更明显地观察到衍射现象
ABC　
二、机械波的反射和折射
光也是一种机械波，在从空气进入玻璃中（或从玻璃进入空气中）时，光发生了折射和反射现象。
实际上，机械波都能够发生反射和折射。
反射波：振幅减小，波频率、波速和波长都不变。
折射波：振幅变小，频率不变，波速和波长发生改变；
二、机械波的反射和折射
总结：在波的反射中，波的频率、波速和波长都不变。在波的折射中，频率不变，波速和波长发生变化。
反射和折射是波的普遍性质。
思考：如图所示，一场大雪过后，人们会感到外面万籁俱静．这是怎么回事？难道是人的活动减少了吗？
提示：刚下过的雪是新鲜蓬松的，它的表面层有许多小气孔．当外界的声波传入这些小气孔时便要发生反射．由于气孔往往是内部大而口径小．所以，仅有少部分波的能量能通过口径反射回来，而大部分的能量则被吸收掉了．所以不是人的活动减少了。
三、机械波的干涉
观察与思考：如图所示，两列波相遇前、相遇时和相遇后的传播情况：
现象：两列波在相遇叠加时，每列波都是独立地保持自己原来的特性，如同在各自的传播路径中并没有遇到其他波一样。
波的叠加原理：两列波相遇时，相遇区域中各点位移，就是这两列波引起的位移的合成。
观察水波的干涉
水槽中，波源是固定在同一个振动片上的两根细杆，当振动片振动时，两根细杆周期性地触动水面，形成两个波源。这两个波源发出的是频率相同的波。两列波的振动方向也相同，水面质点的振动都沿上下方向。由于两根细杆是同步振动的，所以它们振动的相位差保持不变（总是0）。
水波干涉图样
现象：这两列波相遇后，在振动着的水面上，出现了一条条从两个波源中间伸展出来的相对平静的区域和激烈振动的区域，这两种区域在水面上的位置是固定的，而且相互隔开．
三、机械波的干涉
【观察与交流】
如图所示，两列振幅、频率、相位都相同的波相向而行。请画出它们在P1，P2，P3各点附近相遇时的波动情况。
三、机械波的干涉
1、定义： 频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强和振动减弱的区域相互隔开的现象叫做波的干涉。
波的干涉的示意图
2.振动加强区和振动减弱区：
（1）条纹最明显的地方：实线与实线（波峰与波峰）或虚线与虚线（波谷与波谷）相交的地方。
（2）条纹最不明显的地方：实线与虚线相交的地方。
（3）条纹最明显与最不明显的地方是不变的。说明干涉图样是稳定的。
3．发生稳定干涉的条件：频率相同、相位差恒定、振动方向相同。
4．一切波都能发生干涉，干涉是波特有的现象。
5. 辨析：振动加强点与振动减弱的点
(1)振动加强的点：是指该质点振动的振幅始终增大(等于两列波的振幅之和)，不是质点始终处于波峰或波谷，加强点的位移随时间不断变化，有的时刻位移为零。
(2)振动减弱的点：是指该质点振动的振幅始终减小(等于两列波的振幅之差)，位移的大小也随时间不断变化，等于两列波分别引起位移的大小之差。如果两列波的振幅相同，则振动减弱点总是处于静止状态，并不振动。
6.判断振动加强和减弱的常用方法
(1)条件判断法
振动频率相同、振动步调完全相同的两波源的波叠加时，设某点到两波源的距离差为Δr.
①当Δr＝k·λ(k＝0,1,2…)时为加强点．
②当Δr＝(2k＋1)· λ/ 2 时为减弱点(k＝0,1,2…)．
若两波源振动步调相反，则上述结论相反．
(2)现象判断法
若某点总是波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇，该点为加强点；若某点总是波峰与波谷相遇，则为减弱点．
若某点是平衡位置和平衡位置相遇，则让两列波再传播T/4，看该点是波峰和波峰(波谷与波谷)相遇，还是波峰和波谷相遇，从而判断该点是加强点还是减弱点．
例：(多选)如图表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇。图中实线表示某时刻的波峰，虚线表示的是波谷，下列说法正确的是 (　 　)
A．a、c两点的振动加强，b、d 两点的振动减弱
B．e、f 两点的振动介于加强和减弱之间
C．经适当的时间后，加强点和减弱点的位置互换
D．经半个周期后，原来位于波峰的点将位于波谷，原来位于波谷的点将位于波峰
思路引导：(1)波的干涉中波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇的点为加强点，波峰与波谷相遇的点为减弱点。(2)振动加强区上的点都是振动加强点，振动减弱区上的点都是振动减弱点。(3)加强点始终加强，减弱点始终减弱。(4)各质点在平衡位置两侧做周期性振动。
例：(多选)如图表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇。图中实线表示某时刻的波峰，虚线表示的是波谷，下列说法正确的是 (　 　)
A．a、c两点的振动加强，b、d 两点的振动减弱
B．e、f 两点的振动介于加强和减弱之间
C．经适当的时间后，加强点和减弱点的位置互换
D．经半个周期后，原来位于波峰的点将位于波谷，原来位于波谷的点将位于波峰
解析：点是波谷和波谷相遇的点，c点是波峰和波峰相遇的点，都是振动加强点；而b、d两点都是波峰和波谷相遇的点，是振动减弱点，A正确；e点位于加强点的连线上，为加强点。f点位于减弱点的连线上，为减弱点，B错误；相干波源产生的波的干涉是稳定的，加强点与减弱点不会随时间变化，C错误；因形成干涉图样的质点也在不停地做周期性振动，经半个周期原来位于波峰的点将位于波谷，原来位于波谷的点将位于波峰，D正确。
AD
本课小结
1.发生明显衍射的条件：孔、缝、障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长小的多。
2.衍射现象是波的特有现象。
3.波由一种介质进入另一种介质时，频率不变，波长、波速发生改变。
5.波的干涉
（2）振动加强区和振动减弱区的判断。
（1）发生稳定干涉的条件：频率相同、相位差恒定、振动方向相同。
（3）一切波（只要满足条件）都能发生干涉现象，干涉和衍射一样都是波特有的现象。
4.波的叠加原理: 几列波相遇时能够保持各自的运动状态，继续传播，在它们重叠的区域里，
介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的
位移的矢量和．
当堂检测
1. 如图所示，P为桥墩，A为靠近桥墩浮在水面的叶片，波源S
连续振动，形成水波，此时叶片A静止不动。为使水波能带动叶
片振动，可用的方法是（　　）
A.提高波源频率
B.降低波源频率
C.增大波源距桥墩的距离
D.减小波源距桥墩的距离
B
解析：波的频率与振动的频率相等，波速不变，根据λ= 知，频率增大时波长减小，衍射现象不明显，反之降低频率，波长增大，衍射现象明显，故B正确。
2.在空旷的广场上有一堵较高大的墙MN，墙的一侧O点有一个正在
播放男女声合唱歌曲的声源。某人从图中A点走到墙后的B点，在此过
程中，如果从声波的衍射来考虑，则会听到 （　　）
A.声音变响亮，男声比女声更响 B.声音变响亮，女声比男声更响
C.声音变弱，男声比女声更弱 D.声音变弱，女声比男声更弱
解析： 由于MN很高大，所以衍射现象比较弱；由于女声音调更高，波长更小，所以衍射更不明显。
D
3.波源甲、乙分别在一根水平放置的绳的左右两端，两波源发出的波在绳中的传播速度均是1 m/s。在t=0时刻绳上的波形如图 （a）所示（两波源均只发出半个波）。则根据波的叠加原理，以下叙述正确的是（　　）
A.当t=2 s时，波形如图①所示；当t=4 s时，波形如图②所示
B.当t=2 s时，波形如图①所示；当t=4 s时，波形如图③所示
C.当t=2 s时，波形如图②所示；当t=4 s时，波形如图①所示
D.当t=2 s时，波形如图②所示；当t=4 s时，波形如图③所示
D
解析：当t=2 s时，根据传播速度可知，它们相互重叠，由于振动方向相反，则振动减弱，波形如图②所示；当t=4 s时，各自传播了4 m，由于互不干扰，所以波形如图③所示，故选项D正确。
4. 如图所示，实线与虚线分别表示振幅为A、频率均相同
的两列波的波峰和波谷，此刻M是波峰与波峰的相遇点，
下列说法中不正确的是 （　　）
A.O、M连线的中点是振动加强的点，其振幅为2A
B.P、N两处的质点始终处在平衡位置
C.随着时间的推移，M处的质点将向O处移动
D.从该时刻起，经过四分之一周期，M处的质点到达平衡位置，此时位移为零
解析：A对：由于O、M是振动加强点，结合题图可知连线的中点到两波源的距离差为半个波长的偶数倍，所以该点是振动加强的点，其振幅为2A。
B对：P、N两点是波谷和波峰叠加，因两列波振幅均为A，故位移始终为零，即处于平衡位置。
C错：振动的质点只是在各自的平衡位置附近振动，不会“随波逐流”。
D对：从该时刻起，经过四分之一周期，质点M到达平衡位置。
C
5. 如图所示，在均匀介质中，A、B是振动情况完全相同的两个
波源，其简谐运动表达式均为x=0.1sin 20πt（m），形成的机械
波的波速都是10 m/s。介质中P点与A、B两波源间的距离分别为
4 m和5 m。则（　　）
A.波的周期为0.2 s B.波的波长为2 m
C.P点一定是振动加强点 D.P点可能是振动减弱点
C
解析：A错：设简谐波的波速为v，周期为T，由题意知：T= = s=0.1 s。
B错：根据v= ，可得λ=vT=10×0.1 m=1 m。
C对，D错：根据题意，P点到A、B两个波源的路程差Δs=5 m-4 m=1 m=λ，所以P点的振动加强。
谢谢！