第二章 机械波 复习课2 课件

课件47张PPT。第2章 阶段复习课一、机械波
1.机械波是机械振动在介质中的传播.
2.机械波的形成有两个条件波源（振源）介质3.机械波传播的是波源的振动形式.介质中各质点并不随波迁移，而是在自己的平衡位置附近振动，各质点都做受迫振动，其振动的频率（或周期）都与波源的频率（或周期）相同，各质点的起振方向都与波源相同，但不同步，离波源越远的质点，振动越滞后.
4.机械波传播的是波源提供的能量.
5.机械波传播的是波源的信息.
6.机械波是一种“集体运动”,波的形成离不开介质中大量质点的集体振动,个别质点的振动不能形成波. 二、横波和纵波
1.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的波，叫做横波.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.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.2.横波只能在固体中传播,而纵波可以在固、液、气三种状态的物质中传播.
3.纵波和横波可同时存在于同一种介质中,如地震波,既有横波，又有纵波，横波和纵波同时在地壳中传播.三、波长、频率和波速
1.波长
（1）波长是在波动中,对平衡位置的位移总是相同的两个相邻质点间的距离.
（2）在横波中,两个相邻的波峰（或波谷）间的距离等于波长.在纵波中,两个相邻的密部（或疏部）间的距离等于波长.
（3）经过一个周期,振动在介质中传播的距离等于波长.2.波的频率（或周期）
（1）波的频率（或周期）就是波源的频率（或周期）,也就是
各质点的频率（或周期）.
（2）波的频率（或周期）由波源所决定,与介质无关.
3.波速
（1）波速是表示振动在介质中传播快慢的物理量,它等于单位
时间内振动向外传播的距离,即
（2）波速的典型表示: 此公式不但适合机械波,其他
的波仍适用. 四、多普勒效应
1.多普勒效应
由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者接收到的频率发生变化的现象.2.多普勒效应产生的原因
（1）波源与观察者相对静止时，单位时间内通过观察者的完全波的个数是一定的，观察者观测到的频率等于波源振动的频率.
（2）波源与观察者相互靠近时，单位时间内通过观察者的完全波的个数增加，观察者观测到的频率大于波源的频率，即观察到的频率变大.
（3）波源与观察者相互远离时，观察到的频率变小.五、简谐振动与简谐波动的比较名称 比较
项目 研究对
象不同振动是单个质点以平
衡位置为中心所做的
往复运动波动是介质中大量质点
依次发生振动而形成的
“集体运动” 产生原
因不同振动是由于质点所受
回复力作用的结果波动是由于介质中相邻
质点的带动作用而形成
的名称 比较
项目 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，每个质点在不断
地吸收和放出能量，从
而把波源的能量传播出
去，是一个能量的传播
过程振动过程动能和势能
不断地相互转化，总
机械能守恒能量变
化情况
不同名称 比较
项目 1.振动是波动的成因，波动是振动在介质中的传播
2.波动的周期等于质点振动的周期
3.有振动不一定有波动，因为波的形成还需要有传播
振动的介质.但有波动一定有振动
4.波源停振后，介质中的波动并不立即停止，而是继
续向远处传播，直到振动能量完全损失尽六、振动图象与波的图象的比较 物理意义研究对象研究内容表示一质点在各时
刻的位移一振动质点一质点位移随时间
变化规律表示某时刻各质点
的位移沿波传播方向所有
质点某时刻所有质点的
空间分布规律图象图象变化随时间延伸随时间推移一个完整
图象所占
横坐标的
距离表示一个周期T表示一个波长λ比喻单人舞的录像抓拍的集体
舞照片图象形状正弦曲线可获得的
信息质点振动的振幅、位移、加速度的方向联系质点的振动是组成波动的基本要素七、干涉和衍射的比较内
容 衍射
和干涉 内
容 衍射
和干涉 八、波的反射、折射现象中各量的变化
波向前传播在两介质的界面上同时发生了反射和折射现象，一些物理量相应发生了变化，比较如表： 波现象
比较项 说明：
1.频率f由波源决定，故无论是反射波还是折射波都与入射波的频率，即波源的振动频率相同.
2.波速v由介质决定，故反射波与入射波在同一介质中传播，波速不变；折射波与入射波在不同介质中传播，波速变化.
3.由v=λf知，波长λ与v及f有关，即与介质及波源有关，反射波与入射波在同一介质中,频率相同，波速相同,故波长相同.折射波与入射波在不同介质中传播，f相同，v不同，故λ不同.九、发生多普勒效应的几种情况比较一、已知波速v和波形，画出再经Δt时间波形图的方法
1.平移法：先算出经Δt时间波传播的距离Δx＝v·Δt，再把波形沿波的传播方向平移Δx即可．因为波动图象的重复性，若知波长λ，则波形平移nλ时波形不变，当Δx=nλ+x时，可采取去整（nλ）留零（x）的方法，只需平移x即可.2.特殊点法：（若知周期T则更简单）
在波形上找两特殊点，如过平衡位置的点和与它相邻的峰（谷）点，先确定这两点的振动方向，再看Δt＝nT＋t，由于经nT波形不变，所以也采取去整（nT）留零（t）的方法，分别作出两特殊点经 t后的位置，然后按正弦规律画出新波形． 【典例1】如图是某时刻一列横波在空间传播的波形图线.已知波是沿x轴正方向传播，波速为4 m/s，试计算并画出经过此时之后1.25 s的空间波形图.【规范解答】由波形图已知λ=0.08 m,由
经过t=1.25 s,即相当于 个周期,而每经过一个周期,
波就向前传播一个波长.经过62.5个周期，波向前传播了62.5个
波长.据波的周期性，当经过振动周期的整数倍时，波只是向前
传播了整数倍个波长，而原有波形不会发生改变,所以可先画出经过 周期后的波形图，再将此图向前扩展62个波长即为题目
所求，波形如图.
答案：见规范解答图 【变式训练】如图所示，甲图为某波源的振动图象，乙图是该波源产生的横波在某时刻的波动图象，波动图象的O点表示波源.问：
（1）这列波的波速多大？
（2）若波向右传播，当波动图象中质点Q第一次到达平衡位置且向上运动时，质点P已经经过了多少路程？ 【解析】（1）由振动图象可知周期T=0.2 s，由波动图象可知
波长λ=0.2 m
则由波速公式可得
（2）
在此之前P点已经振动了 ,所以P点一共振动了0.4 s+
0.1 s=0.5 s=
可得P点经过的路程为5×2A=5×2×0.05 m=0.5 m
答案：（1）1 m/s （2）0.5 m二、波动图象与振动图象的相互转换
振动图象表示一质点的位移随时间的变化规律，波动图象表示某一时刻参与波动的所有质点偏离平衡位置的位移情况.在波动图象与振动图象相互转换的问题上，关键是指出表示波动和振动的物理量，如λ、v、T、A、f等，以及质点的振动方向，只有这样才能顺利解决问题.【典例2】如图所示，甲为某一波动在t=1．0 s时的图象，乙为参与该波动的P质点的振动图象.求：（1）两图中AA′的意义.
（2）甲图中OA′B图线的意义.
（3）该波速是多少？
（4）在甲图中画出再经3.5 s时的波形图.
（5）再经过3.5 s时P质点的路程s和位移.
【规范解答】（1）甲图中AA′表示A质点或波的振幅为0.2 m，也可以说1．0 s时A质点的位移大小为0.2 m，方向为负．乙图中AA′表示P质点的振幅，也是P质点在0.25 s的位移大小为0.2 m，方向为负．（2）甲图中OA′B段图线表示O到B之间所有质点在1.0 s时的位移、方向均为负．由乙图看出P质点在1.0 s 时向-y方向振动，由带动法可知甲图中波向左传播，则OA′间各质点正向远离平衡位置方向振动，A′B间各质点正向靠近平衡位置方向振动．
（3）甲图得波长λ＝4 m，乙图得周期 T＝1 s所以波速
v=λ/T=4 m/s. （4）用平移法：Δx＝v·Δt＝14 m＝（3+ ）λ
所以只需将波形向x轴负方向平移 λ=2 m即可，如图所示. （5）求路程：因为n= ，所以路程s=2An=2×0.2×7
=2.8 （m）
求位移：由于波动的重复性，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 时的位移即可，
所以经3．5 s质点P的位移仍为零.
答案：见规范解答【变式训练】如图所示，甲为某一波在t＝0时刻的波形图，乙为参与该波动的P点的振动图象，则下列判断正确的是（ ）A.该列波的波速为4 m/s
B.若P点的坐标为xP＝2 m，则该列波沿x轴正方向传播
C.该列波的频率可能为2 Hz
D.若P点的坐标为xP＝4 m，则该列波沿x轴负方向传播【解析】选A.由波动图象和振动图象可知该列波的波长λ=
4 m，周期T＝1.0 s，所以波速v＝λ/T＝4 m/s． 由P质点的
振动图象说明在t=0后，P点是沿y轴的负方向运动；若P点的坐
标为xP＝2 m，则说明波是沿x轴负方向传播的；若P点的坐标为
xP＝4 m，则说明波是沿x轴正方向传播的．该列波周期由质点
的振动图象惟一地确定，频率也就惟一地被确定为f＝1/T＝
1 Hz．综上所述，只有A选项正确． 三、波动图象的多解问题
波动图象的多解涉及：（1）波的空间的周期性；（2）波的时间的周期性；（3）波的双向性；（4）介质中两质点间距离与波长关系未定；（5）介质中质点的振动方向未定．
1.波的空间的周期性：相距为波长整数倍的多个质点振动情况完全相同．
2.波的时间的周期性：波在传播过程中，经过整数倍周期时，其波的图象相同．
3.波的双向性. 4.介质中两质点间的距离与波长关系未定
在波的传播方向上，如果两个质点间的距离不确定，就会形成多解，解题时若不能联想到所有可能情况，易出现漏解．
5.介质中质点的振动方向未定
在波的传播过程中，质点振动方向与传播方向联系，若某一质点振动方向未确定，则波的传播方向有两种，这样形成多解．
说明：波的对称性
波源的振动要带动它左、右相邻质点的振动，波要向左、右两方向传播．对称性是指波在介质中左、右同时传播时，关于波源对称的左、右两质点振动情况完全相同．【典例3】一列在x轴上传播的简谐波，在x1=10 cm和x2=110 cm
处的两个质点的振动图象如图所示，则质点振动的周期为
s，这列简谐波的波长为 cm． 【规范解答】由两质点振动图象直接读出质点振动周期为
4 s．由于没有说明波的传播方向，本题就有两种可能性：
（1）波沿x轴的正方向传播．在t＝0时，x1在正最大位移处，
x2在平衡位置并向y轴的正方向运动，那么这两个质点间的相对
位置就有如图所示的可能性，则x2－x1＝（n+1/4）λ，
λ=400/（1+4n）cm.（2）波沿x轴负方向传播．在t＝0时，x1在正最大位移处，x2在平衡位置并向y轴的正方向运动，那么这两个质点间的相对位置就有如图所示的可能性，则x2－x1＝（n+3/4）λ，λ=400/（3＋ 4n）cm
答案：4 400/（1+4n）或400/（3＋ 4n）【变式训练】（2012·襄阳高二检测）如图甲所示是一列沿+x方向传播的简谐横波在t＝0时的波形图，已知波速v=2 m/s，质点P、Q相距3.2 m.求：
（1）在图乙中画出质点Q的振动图象（至少画出一个周期）.
（2）从t=0到Q点第二次振动到波谷的这段时间内质点P通过的路程. 【解析】（1）由题图甲可知λ=1.6 m,T= =0.8 s
波的传播方向沿+x方向，波传到Q所用的时间
由题图甲可知，t＝0时波前起振的方向“向下”，故质点Q起振
的方向在题图乙中沿-y方向.振动图象如图所示.（2）由Q点的振动图象得Q点在t=2.2 s时第二次到达波谷，在
这2.2 s内P质点通过的路程为
答案：（1）见解析 （2）0.22 m