机械波的形成和传播课件.ppt
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- 机械波 形成 传播 课件
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1、1 1、什么是机械振动和简谐运动?、什么是机械振动和简谐运动?答答:物体物体(或物体的一部分或物体的一部分)在平衡位置在平衡位置(中心位置中心位置)附附近所做的往复运动近所做的往复运动,叫做机械振动叫做机械振动;物体在跟位移大小物体在跟位移大小成正比成正比,并且总是指向平衡位置的力的作用下的振动并且总是指向平衡位置的力的作用下的振动,叫简谐运动。叫简谐运动。一、复习引入一、复习引入.2.2.简谐运动图象的物理意义简谐运动图象的物理意义是什么?答答:表示振动物体离开平衡位置的位移与时间的函表示振动物体离开平衡位置的位移与时间的函数关系数关系,即表示振动物体离开平衡位置的位移随时即表示振动物体离开
2、平衡位置的位移随时间变化的规律间变化的规律,即表示某振动物体在各个时刻相对即表示某振动物体在各个时刻相对平衡位置的位移。简谐运动图象也叫振动图象(平衡位置的位移。简谐运动图象也叫振动图象(xtxt图象)。图象)。机械振动是描述机械振动是描述单个质点的运动形式单个质点的运动形式。如果如果,做简谐运动的质点做简谐运动的质点与与周围的质点有周围的质点有相互相互作用作用,那么它的振动对周围质点有什么影响呢那么它的振动对周围质点有什么影响呢?F F回回=-mg=-mgsinsin3.3.单摆的回复力的公式单摆的回复力的公式?周期公式周期公式?glT2 向平静的水面扔一块石头,水面上会荡起向平静的水面扔一
3、块石头,水面上会荡起圈圈涟漪,以石头落水处为中心,起伏的波纹圈圈涟漪,以石头落水处为中心,起伏的波纹向四周围延展,形成向四周围延展,形成水波水波;思考讨论思考讨论:在上面叙述的情景中,若水面上存:在上面叙述的情景中,若水面上存在漂浮的一片树叶,则树叶将向哪里漂动?在漂浮的一片树叶,则树叶将向哪里漂动?拨动琴弦,弦的振动在周围的介质中形成拨动琴弦,弦的振动在周围的介质中形成声波声波;固定较长细绳的一端,用手握住另一固定较长细绳的一端,用手握住另一端做连续上下振动,你会看到绳上形成一端做连续上下振动,你会看到绳上形成一列波列波-绳绳波波。用手握住绳子(丝带)的一端上下抖动,就用手握住绳子(丝带)的
4、一端上下抖动,就会看到凹凸相间的波纹向绳(丝带)的另一会看到凹凸相间的波纹向绳(丝带)的另一端传播出去,这样就形成了端传播出去,这样就形成了绳波绳波。五星红旗迎风飘扬,波在五星红旗上传播水平弹簧振子做简谐运动,并在弹簧上产水平弹簧振子做简谐运动,并在弹簧上产生一列疏密相间的波沿弹簧传播开去。生一列疏密相间的波沿弹簧传播开去。远处的地震激起的远处的地震激起的地震波地震波(地震地震横波横波、纵波纵波)由震源区沿地面向四周传开,会引起地由震源区沿地面向四周传开,会引起地面的振动面的振动 以上所列的水波、声波、地震波、绳波都以上所列的水波、声波、地震波、绳波都是是机械波机械波,光波、无线电波都是,光波
5、、无线电波都是电磁波电磁波等都是等都是我们接触到的一种广泛存在的运动形式我们接触到的一种广泛存在的运动形式波波动动 机械波是怎么形成和传播的呢?机械波是怎么形成和传播的呢?一、几个概念:一、几个概念:1、波源:、波源:引起波动的振动质点(物体)引起波动的振动质点(物体)叫波源也称振源(机械振动)。叫波源也称振源(机械振动)。2、介质、介质:就是传播机械振动的媒介物。就是传播机械振动的媒介物。(水、绳子、空气(水、绳子、空气-固、液、固、液、气)气)3、产生机械波的条件:、产生机械波的条件:1要有波源要有波源两者缺一不可两者缺一不可2要有介质要有介质4、机械波:机械波:机械振动在介质中的传播机械
6、振动在介质中的传播过程。过程。注意:注意:有机械波一定有波源(机械有机械波一定有波源(机械振动),有波源(机械振动)不一振动),有波源(机械振动)不一定有机械波定有机械波二、机械波的形成和传播:二、机械波的形成和传播:1、介质模型:、介质模型:把介质看成是由无数个质点弹性连接而成把介质看成是由无数个质点弹性连接而成(质点间存在相互作用力)。(质点间存在相互作用力)。2、机械波的形成和传播:、机械波的形成和传播:演示实验演示实验1:解析:解析:由于相邻质点间有弹力的作用,当介质中由于相邻质点间有弹力的作用,当介质中某一质点发生振动时,就会带动周围的质点振某一质点发生振动时,就会带动周围的质点振动
7、起来,从而使振动向远处传播动起来,从而使振动向远处传播具体解析:具体解析:第第1排,排,1到到18各小点代表绳上的一排质点,质各小点代表绳上的一排质点,质点间有弹力联系点间有弹力联系 t=0时,所有质点在没有外时,所有质点在没有外来扰动前都处在各自的来扰动前都处在各自的平衡位置平衡位置;其中第一个;其中第一个质点由于受到外力(波源)的作用,在波源的质点由于受到外力(波源)的作用,在波源的带动下将开始沿竖直方向做受迫振动带动下将开始沿竖直方向做受迫振动(即将沿竖即将沿竖直向上直向上起振起振)设振动周期为设振动周期为演示实验演示实验2:演示实验演示实验3:第第2排排tT/4时:表示时:表示T/4时
8、刻各质点的位置时刻各质点的位置.这这时质点时质点1在波源的带动下已达到最大位移在波源的带动下已达到最大位移,即将向即将向下运动下运动;质点质点2在质点在质点1的带动下做的带动下做受迫振动受迫振动,振动振动较质点较质点1落后一些落后一些,仍向上运动仍向上运动;质点质点3在质点在质点2的的带动下做受迫振动带动下做受迫振动,振动较质点振动较质点2落后一些落后一些,但仍但仍向上运动向上运动;此时振动刚好传播到质点此时振动刚好传播到质点4,质点质点4在质在质点点3的带动下做受迫振动即将向上运动的带动下做受迫振动即将向上运动(即将沿竖即将沿竖直向上直向上起振起振).第第3排排t=T/2时时:表示表示T/2
9、时刻各质点的位置时刻各质点的位置.这时这时质点质点1又回到平衡位置又回到平衡位置,并将向下运动并将向下运动;质点质点4刚刚好达到向上的最大位移处好达到向上的最大位移处,即将向下运动即将向下运动;此时此时振动传播到质点振动传播到质点7,质点质点7即将竖直向上即将竖直向上起振起振.(1)、传播水波的水、传播绳波的绳、传播声、传播水波的水、传播绳波的绳、传播声波的空气是由许多存在相互作用的小部分波的空气是由许多存在相互作用的小部分(可可视为质点视为质点)组成组成在没有外来振动影响时,它在没有外来振动影响时,它们静止在各自的位置们静止在各自的位置平衡位置平衡位置高中只研高中只研究直线波的形成,平衡位置
10、在同一直线上究直线波的形成,平衡位置在同一直线上 依次类推依次类推,第第4、5、6排分别表示排分别表示3T/4、T、5T/4时刻各质点的位置。时刻各质点的位置。(2)、当受到外来扰动时,某一质点将首先离开当受到外来扰动时,某一质点将首先离开它的平衡位置开始振动起来它的平衡位置开始振动起来(开始振动的这一质开始振动的这一质点称为波源点称为波源)(3)、由于、由于质点间存在相互作用力,波源质点对质点间存在相互作用力,波源质点对它邻近质点的作用力使其离开平衡位置开始振它邻近质点的作用力使其离开平衡位置开始振动动,而邻近质点对波源质点的作用力使波源质,而邻近质点对波源质点的作用力使波源质点回到平衡位置
11、因此,各质点间的相互作用点回到平衡位置因此,各质点间的相互作用力是它们振动的回复力力是它们振动的回复力(4)、波源邻近质点的振动又带动它邻近质点的波源邻近质点的振动又带动它邻近质点的振动,这样依次带动下去振动,这样依次带动下去,后一个质点总比前,后一个质点总比前一个质点迟一些开始振动,于是振动逐渐由近一个质点迟一些开始振动,于是振动逐渐由近及远的传播开去,从整体上看就形成凸凹(疏及远的传播开去,从整体上看就形成凸凹(疏密)相间的密)相间的(机械机械)波波带动性、模仿性、滞后性带动性、模仿性、滞后性三、机械波的特点:三、机械波的特点:1、各质点都做受迫振动、各质点都做受迫振动 2、各质点振幅相同
12、、各质点振幅相同3、各质点振动周期、各质点振动周期(频频率率)相同相同,且与波源的振且与波源的振动周期动周期(频率频率)相同相同.4、各质点振动不同步、各质点振动不同步,离波源越远离波源越远,质点的振质点的振动越滞后动越滞后.5、各质点只在各自的、各质点只在各自的平衡位置附近振动平衡位置附近振动,并并不不“随波逐流随波逐流”、沿、沿波迁移波迁移(例子例子)。6、机械波是构成介质、机械波是构成介质的无数质点的一种共的无数质点的一种共同运动形式。同运动形式。7、实质实质:机械波向前传播的是振动的形式与能:机械波向前传播的是振动的形式与能量量(波是传播能量、运动形式、传递信息的一种波是传播能量、运动
13、形式、传递信息的一种方式方式)。四、波的种类:四、波的种类:1、横波:、横波:(1)定义定义:2、纵波:、纵波:质点的振动方向跟波的传播质点的振动方向跟波的传播方向在同一直线上的波方向在同一直线上的波.(2)波形特点波形特点:疏密相间的波形疏密相间的波形,又叫疏密波又叫疏密波,有有密部密部和和疏部疏部。根据波的传播方向和质点的根据波的传播方向和质点的振动方向分类振动方向分类质点的振动方向跟波的传播质点的振动方向跟波的传播方向垂直的波方向垂直的波.凸凹相间的波形凸凹相间的波形,又叫起又叫起伏波伏波,有有波峰波峰和和波谷波谷。(1)定义定义:(2)波形特点波形特点:例如例如:把一根把一根长绳长绳的
14、一端拿住并沿竖直方向上下的一端拿住并沿竖直方向上下抖动时抖动时,形成的绳波沿绳的水平方向在绳上传播形成的绳波沿绳的水平方向在绳上传播,而绳中各质点在竖直方向上振动而绳中各质点在竖直方向上振动,形成横渡形成横渡例如:例如:音叉音叉振动时,它的叉股向左侧振动,压振动时,它的叉股向左侧振动,压缩邻近的空气,使这部分空气向左振动而挤压缩邻近的空气,使这部分空气向左振动而挤压左侧空气,使其变密,叉股向右侧振动时,左左侧空气,使其变密,叉股向右侧振动时,左侧空气随之向右振动,而使左侧邻近空气变疏侧空气随之向右振动,而使左侧邻近空气变疏(右侧空气也同样右侧空气也同样)就这样,介质空气在水平就这样,介质空气在
15、水平方向左右振动方向左右振动(只研究同一直线上的波只研究同一直线上的波),使疏,使疏密相间的状态沿同一直线向外传播形成声密相间的状态沿同一直线向外传播形成声波因此,声波中质点的振动方向和波的传播波因此,声波中质点的振动方向和波的传播方向在同一直线上,是纵波方向在同一直线上,是纵波又如又如:把一根长把一根长弹簧弹簧的一端固定的一端固定,在另一端用手在另一端用手轻轻地向右一推轻轻地向右一推,就使手推的这部分弹簧向右运就使手推的这部分弹簧向右运动而压缩邻近的弹簧动而压缩邻近的弹簧,使弹簧圈变密使弹簧圈变密;当向左拉当向左拉一下弹簧时一下弹簧时,手拉的这部分弹簧圈向左运动手拉的这部分弹簧圈向左运动,从
16、从而拉动它邻近的弹簧圈而拉动它邻近的弹簧圈,使弹簧圈又变疏使弹簧圈又变疏.如果如果不断地推拉弹簧不断地推拉弹簧,就会看到一系列密集部分和稀就会看到一系列密集部分和稀疏部分相互间隔地依次沿弹簧向前传播疏部分相互间隔地依次沿弹簧向前传播,弹簧圈弹簧圈的振动方向跟波的传播方向在一条直线上的振动方向跟波的传播方向在一条直线上,形成形成的也是纵波的也是纵波例例:声波是纵波声波是纵波,其中波源其中波源:声带声带;介质介质:固、液、气固、液、气地震波地震波既有既有横波横波又有又有纵波纵波.水波既不是横波也不是纵波水波既不是横波也不是纵波,叫做水纹波叫做水纹波.3、固体既能传播纵波又能传播横波;、固体既能传播
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