高中物理沪教版（2019）选择性必修一 课件 3.3 机械波案例分析(共24张PPT)

(共24张PPT)
第三章 机械波
3.机械波案例分析
教学目标
CONTENT
01
02
03
能综合波的图像和振动图像解决问题
能根据波的传播方向确定质点振动方向，能根据质点振动方向确定波的传播方向
能利用波长、频率、波速的关系解决实际问题
新课引入
地震发生时，震源区的介质发生急速的破裂和运动，这种扰动构成一个波源。由于地球介质的连续性，这种波动就向地球内部及表层各处传播开去，形成了连续介质中的弹性波。
用波长、频率、波速关系解决问题
一
地震是一种破坏性极大的自然灾害，它源于地壳内岩层的突然破裂。岩石发生破裂的地方叫做震源，它一般在地表下几千米到几百千米。震源正上方地表处叫做震中。
设地震波纵波（P波）的波速vp=9.9km/s、横波（S波）的波速vs=4.5km/s，表面波L波的波速vL＜vs。
（1）如图所示，位于震中的实验室内有摆A和摆B，地震发生时，最先摆动的是哪一个摆？
（2）该实验室的地震观测仪记录到地震图像如图所示，由图推断，a、b、c三种波形各对应于哪种地震波？
（3）若通过图像测得P波与S波到达地震观测仪的时间差为7.5s，则该地震观测仪距震源多远？
案例分析1
解析：（1）最先振动的是B摆，纵波速度最快，纵波使B摆最先剧烈上下振动．
（2）根据波速大小可推知，a处的波形对应的是速度最快的P波(纵波)，b处的波形对应的是速度较快的S波(横波)，c处的波形对应的是速度较慢的L波(面波)．
（3）假设地震观测仪与震源的距离为s，
振动图像与波的图像
二
如图甲、乙两个图像，哪一个是波的图像，哪一个是波源的振动图像？你能根据两个图像提供的信息，计算出周期、波长和波速吗？
案例分析2
解析：
（1）根据图像中的横坐标，可知甲是波的图像，乙是振动图像．
（2）根据甲图可知波长为4m，由乙图可知波源振动周期为2s．
（3）根据 ，可知v=2 m/s ．
质点振动方向与波传播方向的互判
三
知能提升
方法1：带动法——先振动的质点带动邻近的后振动的质点，在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点P′，若P′在P点上方，则P向上振动，若P′在下方，则P向下振动。
P向上运动
P向下运动
方法2：上下坡法——沿波的传播方向看去，“上坡”处的质点向下振动；“下坡”处的质点向上振动，简称“上坡下、下坡上”。
方法3：微平移法——实线为t时刻的波形，作出微小时间 （ ＜T/4）后的波形如图虚线所示。由图可知t时刻质点P1（P2）位置经 后运动到P1′（P2′）处，这样就可以确定质点的振动方向了。
三
波的图像的应用
求波在任意时刻的波形图
案例分析3
画出再经t=T/4时刻的波形图
x/m
y/m
0
1
2
3
4
v
x/m
y/m
0
1
2
3
4
v
．
P
．
P′
．
Q
．
Q′
特殊点法：先找出两点（平衡位置和波峰及波谷特殊点）并确定其运动方向；然后确定经△t时间内这两点所达到的位置；最后按正弦规律画出新的波形。
x/m
y/m
0
1
2
3
4
v
x/m
y/m
0
1
2
3
4
v
图像平移法：经过时间 ，波在传播方向移动的距离 ，因此，把图象沿传播方向平移 即得到相对应的图象.
例1. （多选）一列横波在某时刻的波形图像如图所示，此时质点F 的运动方向向下，则下列说法正确的是( 　)
A．波水平向左传播
B．质点H 与质点F 的运动方向相同
C．质点C 比质点B 先回到平衡位置
D．此时刻质点C 的加速度为零
E．质点D与质点F 的运动方向相同
ACE
典例精析
解析：（1）由于质点F 要追随和它邻近的并且离波源稍近的质点运动，又知道质点F 的运动方向是向下的，故波是向左传播的，所以选项A正确；
（2）据波的传播方向可知质点H 的运动方向是向上的，所以选项B错误。
v
（3）用同样的方法可以判断出质点C 要向下运动直接回到平衡位置，而质点B 则先向上运动到达最大位移处后，再返回平衡位置，这样质点C 要比质点B 先回到平衡位置，故选项C正确；
（4）质点C 此时处在最大位移处，其加速度最大，所以选项D是错误的；
（5）同理分析得质点D 与F 的运动方向相同，故选项E正确。
v
例2.某横波在介质中沿x轴传播，图甲为t=0.25s时的波形图，图乙为P（x=1.5m处的质点）的振动图象，那么下列说法不正确的是（　　）
A.该波向右传播，波速为2 m/s
B.质点L与质点N的运动方向总相反
C.t=0.75 s时，质点M处于平衡位置，
并正在向正方向运动
D.t=1.25 s时，质点K向右运动了2 m
D
解析：从振动图像可知，t=0.25 s时，P点振动方向向上，所以波向右传播。由波的图像可知，波长4 m，周期2 s，则波速为2 m/s，故A正确；
由波的图像，质点L与N平衡位置相距半个波长，所以振动情况总是相反，故B正确；
t=0.75s，即甲图所示波形再经四分之一周期，M处于平衡位置并正向正方向运动，C项正确；
质点K在平衡位置附近振动，并不随波迁移，D项错误。
一、波长、波速、周期的关系
二、波的图像和振动图像
课堂小结
1. （多选）如图是一列简谐横波某时刻波的图像，Q、P、N 是波的传播方向上的三个质点，此时刻三个质点到各自平衡位置的距离相等，并且质点P 正加速运动，则 ( 　 )
A.此时刻，质点Q 正加速运动
B.此时刻，质点N 正加速运动
C.再过半个周期，质点Q 正加速运动
D.再过半个周期，质点N 正加速运动
跟踪练习
BD　
解析：因为题图所示时刻质点P 正在加速运动，即向下运动衡位置，根据“上下坡”法判断可知波向左传播，此时Q 向上运动，处于减速状态；N 向上运动，处于加速状态，A错误，B正确；再过半个周期，Q向下运动，处于减速状态，N 向下运动，处于加速状态，C错误，D正确。
2.一列简谐波沿x轴正方向传播，在t＝0时波形如图所示，已知波速为10 m/s.则t＝0.1 s时正确的波形应是选项中的(　　)
C　
解析: 因为波的波长为4 m，波速为10 m/s，故周期为0.4 s，当t=0.1s时正好经过了四分之一周期，即x=0处的质点向下移动到平衡位置，x=1 m处的质点向上振动到最大位移处，x=2 m处的质点振动到平衡位置，故C选项正确。
3.湖面上停放甲、乙两条船，它们相距30m，一列水波正在湖面上沿船连线方向传播，观察到甲船从开始振动的1min内上下浮动30次，而乙船在这个时间内上下浮动28次。求：
（1）这列波的周期；
（2）水波在水面上传播的速度。
解析:（1）甲船从开始振动的1min内上下浮动30次，则甲船周期 这列波的周期也等于2s。
（2）在这段时间内，甲船比乙船多浮动2次，说明两船距离等于2个波长，得： m， m/s
本节内容结束