胖肥市应本阳光实验学校§2 机械波 教学目标： 1．掌握机械波的产生条件和机械波的传播特点〔规律〕； 2．掌握描述波的物理量——波速、周期、波长； 3．正确区分振动图象和波动图象，并能运用两个图象解决有关问题 4．知道波的特性：波的叠加、干预、衍射；了解多普勒效 教学：机械波的传播特点，机械波的三大关系〔波长、波速、周期的关系；空间距离和时间的关系；波形图、质点振动方向和波的传播方向间的关系〕 教学难点：波的图象及相关用 教学方法：讲练结合，计算机辅助教学 教学过程： 一、机械波 1．机械波的产生条件：①波源〔机械振动〕②传播振动的介质〔相邻质点间存在相互作用力〕。 2．机械波的分类 机械波可分为横波和纵波两种。 〔1〕质点振动方向和波的传播方向垂直的叫横波，如：绳上波、水面波。〔2〕质点振动方向和波的传播方向平行的叫纵波，如：弹簧上的疏密波、声波。 分类 质点的振动方向和波的传播方向关系 形状 举例 横波 垂直 凹凸相间；有波峰、波谷 绳波 纵波 在同一条直线上 疏密相间；有密部、疏部 弹簧波、声波 说明：地震波既有横波，也有纵波。 3．机械波的传播 〔1〕在同一种均匀介质中机械波的传播是匀速的。波速、波长和频率之间满足公式：v=λf。 〔2〕介质质点的运动是在各自的平衡位置附近的简谐运动，是变加速运动，介质质点并不随波迁移。 〔3〕机械波转播的是振动形式、能量和信息。 〔4〕机械波的频率由波源决，而传播速度由介质决。 4．机械波的传播特点〔规律〕： 〔1〕前带后，后跟前，运动状态向后传。即：各质点都做受迫振动，起振方向由波源来决；且其振动频率〔周期〕都于波源的振动频率〔周期〕，但离波源越远的质点振动越滞后。 〔2〕机械波传播的是波源的振动形式和波源提供的能量，而不是质点。 5．机械波的反射、折射、干预、衍射 一切波都能发生反射、折射、干预、衍射。特别是干预、衍射，是波特有的性质。 〔1〕干预 产生干预的必要条件是：两列波源的频率必须相同。 需要说明的是：以上是发生干预的必要条件，而不是充分条件。要发生干预还要求两列波的振动方向相同〔要上下振动就都是上下振动，要左右振动就都是左右振动〕，还要求相差恒。我们经常列举的干预都是相差为零的，也就是同向的。如果两个波源是振动是反向的，那么在干预区域内振动和减弱的位置就正好颠倒过来了。 干预区域内某点是振动最强点还是振动最弱点的充要条件： ①最强：该点到两个波源的路程之差是波长的整数倍，即δ=nλ ②最弱：该点到两个波源的路程之差是半波长的奇数倍，即22n1 根据以上分析，在稳的干预区域内，振动点始终；振动减弱点始终减弱。 至于“波峰和波峰叠加得到振动点〞，“波谷和波谷叠加也得到振动点〞，“波峰和波谷叠加得到振动减弱点〞这些都只是充分条件，不是必要条件。 【例1】 如下图，S1、S2是两个相干波源，它们振动同步且振幅相同。实线和虚线分别表示在某一时刻它们所发出的波的波峰和波谷。关于图中所标的a、b、c、d四点，以下说法中正确的有 A．该时刻a质点振动最弱，b、c质点振动最强，d质点振动既不是最强也不是最弱 B．该时刻a质点振动最弱，b、c、d质点振动都最强 C．a质点的振动始终是最弱的， b、c、d质点的振动始终是最强的 D．再过T/4后的时刻a、b、c三个质点都将处于各自的平衡位置，因此振动最弱 解析：该时刻a质点振动最弱，b、c质点振动最强，这不难理解。但是d既不是波峰和波峰叠加，又不是波谷和波谷叠加，如何判其振动强弱？这就要用到充要条件：“到两波源的路程之差是波长的整数倍〞时振动最强，从图中可以看出，d是S1、S2连线的中垂线上的一点，到S1、S2的距离相，所以必然为振动最强点。 此题答案选B、C 点评：描述振动强弱的物理量是振幅，而振幅不是位移。每个质点在振动过程中的位移是在不断改变的，但振幅是保持不变的，所以振动最强的点无论处于波峰还是波谷，振动始终是最强的。 【例2】 如下图表示两列相干水波的叠加情况，图中的实线表示波峰，虚线表示波谷。设两列波的振幅均为5 cm，且图示的范围内振幅不变，波速和波长分别为1m/s和0.5m。C点是BE连线的中点，以下说法中正确的选项是 〔 〕 A．C、E两点都保持静止不动 B．图示时刻A、B两点的竖直高度差为20cm C．图示时刻C点正处于平衡位置且向水面上运动 D．从图示的时刻起经0.25s，B点通过的路程为20cm 解析：由波的干预知识可知图的质点A、B、E的连线处波峰和波峰或波谷和波谷叠加是区，过D、F的连线处和过P、Q的连线处波峰和波谷叠加是减弱区。C、E两点是振动的点，不可能静止不动。所以选项A是错误的。 在图示时刻，A在波峰，B在波谷，它们振动是的，振幅均为两列波的振幅之和，均为10cm，此时的高度差为20cm，所以B选项正确。 A、B、C、E均在振动区，且在同一条直线上，由题图可知波是由E处向A处传播，在图示时刻的波形图线如右图所示，由图可知C点向水面运动，所以C选项正确。 波的周期T=/v = 0.5s，经过0.25s，即经过半个周期。在半个周期内，质点的路程为振幅的2倍，所以振动点B的路程为20cm，所以D选项正确。 点评： 关于波的干预，要正确理解稳的干预图样是表示区和减弱区的相对稳，但区和减弱区还是在做振动，区里两列波分别引起质点分振动的方向是相同的，减弱区里两列波分别引起质点分振动的方向是相反的，发生变化的是振幅增大和减少的区别，而且波形图沿着波的传播方向在。 〔2〕衍射。 ①波绕过障碍物的现象叫做波的衍射。 ②能够发生明显的衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波长相差不多。 〔3〕波的传播原理和叠加原理。 传播原理：几列波相遇时，能够保持各自的运动状态继续传播，不互相影响。 叠加原理：介质质点的位移、速度、加速度都于几列波单独转播时引起的位移、速度、加速度的矢量和。 波的传播原理和叠加原理并不矛盾。前者是描述波的性质：同时在同一介质中传播的几列波都是的。比方一个乐队中各种乐器发出的声波可以在空气中同时向外传播，我们仍然能分清其中各种乐器发出的不同声波。后者是描述介质质点的运动情况：每个介质质点的运动是各列波在该点引起的运动的矢量和。这好比老师给学生留作业：各个老师要留的作业与其他老师无关，是的；但每 个学生要做的作业却是所有老师留的作业的总和。 【例3】 如图中实线和虚线所示，振幅、周期、起振方向都相同的两列正弦波〔都只有一个完整波形〕沿同一条直线向相反方向传播，在相遇阶段〔一个周期内〕，试画出每隔T/4后的波形图。并分析相遇后T/2时刻叠加区域内各质点的运动情况。 解析：根据波的传播原理和叠加原理可作出每隔T/4后的波形图如①②③④所示。 相遇后T/2时刻叠加区域内abcde各质点的位移都是零，但速度各不相同，其中a、c、e三质点速度最大，方向如下图，而b、d两质点速度为零。这说明在叠加区域内，a、c、e三质点的振动是最强的，b、d两质点振动是最弱的。 6．多普勒效 当波源或者接受者相对于介质运动时，接受者会发现波的频率发生了变化，这种现象叫多普勒效。 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/a901652c80c4bb4cf7ec4afe04a1b0717fd5b39e.html