第节 波的形成和描述课件.ppt

1、第第2章机械波章机械波第第1节波的形成和描述节波的形成和描述第第2章机械波章机械波 栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波一、波的形成与传播一、波的形成与传播 1形成形成：振动在振动在 中的传播称为机械波，简称波中的传播称为机械波，简称波 2产生条件产生条件(1)要有要有 (2)要有传播振动的要有传播振动的 3特点特点(1)介质中有机械波传播时，介质本身并不随波一起传播，因此介质中有机械波传播时，介质本身并不随波一起传播，因此说它传播的只是说它传播的只是 这种运动形式这种运动形式(2)介质中本来静止的质点，随波的传播而发生振动，可见波是介质中本来静止的质点，随波的传播而发生振动，可见波是传递传

2、递 的一种方式的一种方式(3)介质中质点开始振动的方向均与介质中质点开始振动的方向均与 开始振动的开始振动的 机械机械介质介质波源波源介质介质机械振动机械振动能量能量波源波源栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波 定义定义 标识性物理量标识性物理量 实物波形实物波形 横横 波波 质点的振动方向与质点的振动方向与波的传播方向垂直波的传播方向垂直的波的波(1)波峰：凸起的最波峰：凸起的最高处高处(2)波谷：凹下的最波谷：凹下的最低处低处 纵纵 波波 质点的振动方向与质点的振动方向与波的传播方向在同波的传播方向在同一直线上的波一直线上的波(1)密部：质点分布密部

3、：质点分布最密的地方最密的地方(2)疏部：质点分布疏部：质点分布最疏的地方最疏的地方 栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波三、波的描述三、波的描述 1波的图象描述波的图象描述(1)简谐波简谐波 定义：如果介质中各个质点做定义：如果介质中各个质点做 ，它所形成的波就是，它所形成的波就是一种最基本、最简单的波，叫做简谐波一种最基本、最简单的波，叫做简谐波(2)图象的建立图象的建立 用横坐标用横坐标 x 表示沿波传播方向上各个质点的表示沿波传播方向上各个质点的 ，纵坐，纵坐标标 y 表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的 ，并规定

4、横，并规定横波中位移方向向某一个方向时为正值，位移向相反的方向时为波中位移方向向某一个方向时为正值，位移向相反的方向时为_在在 xOy 平面上，画出各个质点平衡位置平面上，画出各个质点平衡位置 x 与各质点偏与各质点偏离平离平 简谐运动简谐运动平衡位置平衡位置位移位移负值负值栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波衡位置的位移衡位置的位移 y 组成的各点组成的各点(x，y)，用，用 的曲线把各点连的曲线把各点连接起来就得到了横波的波形图象，也称波形曲线或波形接起来就得到了横波的波形图象，也称波形曲线或波形(如图所如图所示示)(3)图象的特点图象的特点 横波的图象形状与波在传播过程中介质中各质点某

5、时刻的横波的图象形状与波在传播过程中介质中各质点某时刻的分布相似，波形中的分布相似，波形中的 即为图象中的位移正向的最大值，即为图象中的位移正向的最大值，_即为图象中位移负向的最大值，波形中通过平衡位置即为图象中位移负向的最大值，波形中通过平衡位置的质点在图象中也恰处于平衡位置的质点在图象中也恰处于平衡位置 光滑光滑波峰波峰波谷波谷栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波如果介质中各个质点做简谐运动，它所形成的波就是一种最如果介质中各个质点做简谐运动，它所形成的波就是一种最基本、最简单的波，叫做简谐波基本、最简单的波，叫做简谐波(4)图象的物理意义：波动图象描述的是在同一时刻，沿波的传图象的物理

6、意义：波动图象描述的是在同一时刻，沿波的传播方向上的各个质点离开播方向上的各个质点离开 的位移的位移 2波的特征波的特征(1)波长波长()定义：把沿着波的传播方向，两个定义：把沿着波的传播方向，两个 的、相对的、相对 的的位移和振动方向总是位移和振动方向总是 的质点间的距离，叫做波长，通常的质点间的距离，叫做波长，通常用用 表示表示 平衡位置平衡位置相邻相邻平衡位置平衡位置相同相同栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波特征：在横波中，两个特征：在横波中，两个 或两个或两个 之间的之间的距离等于波长在纵波中，两个距离等于波长在纵波中，两个 或两个或两个 中中央的距离等于波长央的距离等于波长(2)

7、周期周期(T)和频率和频率(f)定义：质点完成定义：质点完成 经历的时间叫做波的周期，用经历的时间叫做波的周期，用T 表示介质中的质点每秒完成全振动的次数叫做波的频率，表示介质中的质点每秒完成全振动的次数叫做波的频率，用用 f 表示表示 规律：在波动中，各个质点的振动周期规律：在波动中，各个质点的振动周期(或频率或频率)是是 的，的，它们都等于它们都等于 的振动周期的振动周期(或频率或频率)相邻波峰相邻波峰相邻波谷相邻波谷相邻密部相邻密部相邻疏部相邻疏部一次全振动一次全振动相同相同波源波源栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波关系：周期关系：周期 T 和频率和频率 f 互为互为 ，即，即 f1

8、T.时空关系：在一个周期的时间内，振动在介质中传播的距离时空关系：在一个周期的时间内，振动在介质中传播的距离等于等于 (3)波速波速(v)定义：机械波在介质中传播的速度 波速等于定义：机械波在介质中传播的速度 波速等于 和和 的的比值比值 定义式：定义式：vxt，它又等于波长和频率的乘积，公式为，它又等于波长和频率的乘积，公式为 vf，这两个公式虽然是从机械波得到的，但也适用于我们以后学到这两个公式虽然是从机械波得到的，但也适用于我们以后学到的电磁波的电磁波 倒数倒数波长波长波长波长周期周期栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波决定因素：机械波在介质中的传播速度由决定因素：机械波在介质中的传播

9、速度由 的的性质决定，在不同的介质中，波速一般不同，另外，波速还与性质决定，在不同的介质中，波速一般不同，另外，波速还与温度有关温度有关 介质本身介质本身栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波 机机械波的形成、传播与特点械波的形成、传播与特点 1波传播的是振动的形式和能量：波传播的是振动的形式和能量：介质中相邻质点之间有相互介质中相邻质点之间有相互作用，当波源质点振动时，紧邻波源的质点在波源的带动下做作用，当波源质点振动时，紧邻波源的质点在波源的带动下做受迫振动，获得能量后再带动邻近质点振动，这样依次带动下受迫振动，获得能量后再带动邻近质点振动，这样依次带动下去，于是振动就在介质中由近及远地传

10、播波在传递振动形式去，于是振动就在介质中由近及远地传播波在传递振动形式的同时，也传递能量和信息由于介质质点间的弹力作用，先的同时，也传递能量和信息由于介质质点间的弹力作用，先振动的质点要对相邻的后振动的质点做正功，后者对前者做负振动的质点要对相邻的后振动的质点做正功，后者对前者做负功，因而离波源较近的质点把机械能传递给离波源较远的质功，因而离波源较近的质点把机械能传递给离波源较远的质点如果把信息加载到波上，波还可以传递信息，如声音，靠点如果把信息加载到波上，波还可以传递信息，如声音，靠声波传递语言信息，实现人与人之间的相互沟通和交流声波传递语言信息，实现人与人之间的相互沟通和交流 栏目栏目导引

11、导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波名称名称比较项目比较项目简谐振动简谐振动简谐波动简谐波动区区别别研究对象研究对象不同不同振动是单个质点以平衡位振动是单个质点以平衡位置为中心所做的往复运动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波动是介质中大量质点依次发生振动而形成的振动而形成的“集体运动集体运动”产生原因产生原因不同不同振动是质点所受回复力作振动是质点所受回复力作用的结果用的结果波动是由于介质中相邻质点的带波动是由于介质中相邻质点的带动作用而形成的动作用而形成的能量变化能量变化情况不同情况不同振动过程中动能和势能不

12、振动过程中动能和势能不断地相互转化，总机械能断地相互转化，总机械能守恒守恒振源将机械能传递给它的相邻质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点，这个质点再将能量传递给下一质点，每个质点在不断地吸收一质点，每个质点在不断地吸收和放出能量，从而把波源的能量和放出能量，从而把波源的能量传播出去，是一个能量的传递过传播出去，是一个能量的传递过程程栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波名称名称比较项目比较项目简谐振动简谐振动简谐波动简谐波动联联系系(1)振动是波动的成因，波动是振动在介质中的传播振动是波动的成因，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波动的周期等于质

13、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向远处传播，直到振动能量完全损失栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波 如图所示，为沿水平方向的介质中的部分质点，每相邻如图所示，为沿水平方向的介质中的部分质点，每相邻两质点间距离相等，其中两质点间距离相等，其中 O 为波源设波源的振动周期为为波源设波源的振动周期为

14、 T，自波源通过平衡位置竖直向下振动时开始计时，经过自波源通过平衡位置竖直向下振动时开始计时，经过T4，质点，质点 1开始起振，则下列关于各质点的振动和波的说法中错误的是开始起振，则下列关于各质点的振动和波的说法中错误的是()A 介质中所有质点的起振方向都是竖直向下的，但图中质点 介质中所有质点的起振方向都是竖直向下的，但图中质点 9起振最晚起振最晚 B图中所画的质点起振时间都是相同的，起振的位置和起振图中所画的质点起振时间都是相同的，起振的位置和起振的方向是不同的的方向是不同的 栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波

15、 横波与纵波的比较横波与纵波的比较 名称名称 项目项目 横波横波 纵波纵波 概念概念 在波动中，质点的振在波动中，质点的振动方向和波的传播动方向和波的传播方向相互垂直方向相互垂直 在波动中，质点的振动在波动中，质点的振动方向和波的传播方向在方向和波的传播方向在一条直线上一条直线上 介质介质 只能在固体介质中只能在固体介质中传播传播 在固体、液体和气体介在固体、液体和气体介质中均能传播质中均能传播 特征特征 在波动中交替、间隔在波动中交替、间隔出现波峰和波谷出现波峰和波谷 在波动中交替、间隔出在波动中交替、间隔出现密部和疏部现密部和疏部 栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第

16、2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波名称名称比较项目比较项目简谐运动的图象简谐运动的图象简谐波动的图象简谐波动的图象不不同同点点研究的内研究的内容容一个质点的位移随时间的一个质点的位移随时间的变化规律变化规律某时刻参与波动的所有质某时刻参与波动的所有质点的空间分布规律点的空间分布规律图象图象横坐标轴横坐标轴时间时间各质点平衡位置的坐标各质点平衡位置的

17、坐标栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波名称名称比较项目比较项目简谐运动的图象简谐运动的图象简谐波动的图象简谐波动的图象不不同同点点纵坐标轴纵坐标轴不同时刻某一质点的位移不同时刻某一质点的位移某一时刻各质点相对于平衡位置某一时刻各质点相对于平衡位置的位移的位移图象变化图象变化图象随时间延伸，原有部图象随时间延伸，原有部分图形不变分图形不变整个波形沿波的传播方向平移，整个波形沿波的传播方向平移，不同时刻波形可能不同不同时刻波形可能不同一个完整一个完整图象所占图象所占横坐标的距离横坐标的距离表示一个周期表示一个周期T表示一个波长表示一个波长物理意义物理意义一个质点相对于平衡位置一个质点相对于平衡

18、位置的位移的位移x随时间随时间t的变化关的变化关系系x轴上所有质点在某一时刻相对轴上所有质点在某一时刻相对于平衡位置振动的位移于平衡位置振动的位移运动情况运动情况质点做简谐运动，属非匀质点做简谐运动，属非匀变速运动变速运动波在同一均匀介质中是匀速传播波在同一均匀介质中是匀速传播的，介质的质点做简谐运动的，介质的质点做简谐运动比喻比喻单人舞的录像单人舞的录像抓拍的集体舞照片抓拍的集体舞照片相相同同点点图象形状图象形状正正(余余)弦曲线弦曲线正正(余余)弦曲线弦曲线纵坐标纵坐标最大值最大值振幅振幅振幅振幅栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第

19、第2章机械波章机械波解析解析 P 点出现点出现 A、B 两次波峰最短时间显然是两次波峰最短时间显然是 1 个周期，即个周期，即T0.4 s，R 第第 1 次到波峰即波峰传到次到波峰即波峰传到 R 的时间的时间(1)由波速公式得由波速公式得 vT40.4 m/s10 m/s.(2)由由 t0 时刻到时刻到 R 第第 1 次出现波峰，次出现波峰，波传播的距离波传播的距离 s(92)m7 m，则则 tsv710 s0.7 s.(3)波传到波传到 R 点所用时间点所用时间 t410 s0.4 s，R 实际振动时间实际振动时间 t1(0.70.4)s0.3 s.因此因此 R 通过的路程为通过的路程为 x

20、路路420.30.4 cm6 cm.栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波c然后将图线向反方向顺沿即可，如图中虚线部分然后将图线向反方向顺沿即可，如图中虚线部分(2)特殊点法特殊点法(如画图中如画图中t 时间后的波形时间后的波形)原理：参与波动的介质质点都在各自的平原理：参与波动的介质质点都在各自的平衡位置振动，并不随波迁移衡位置振动，并不随波迁移 方法与步骤方法与步骤 a 取平衡位置相距为 取平衡位置相距为4的两个特殊点的两个特殊点(最大位移

21、处与平衡位置处最大位移处与平衡位置处)为研究对象为研究对象 栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波 如图所示是一列简谐波在某时刻的波形图，若每隔如图所示是一列简谐波在某时刻的波形图，若每隔 0.2 s，波沿，波沿x 方向推进方向推进 0.8 m，试画出此后，试画出此后 17 s 时的波形图时的波形图 栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波解析解析 法一：法一：平移法平移法 这里又有两种方法：这里又有两种方法：(1)通过比较周期与时间画波形图通过比较周期与时间画波形图 由题知波速由题知波速 v0.80.2 m/s4 m/

22、s，由题图知波长，由题图知波长 8 m.(a)可知周期可知周期 Tv84 s2 s，17 秒内的周期数秒内的周期数 ntT172812，将将 8 舍弃，取舍弃，取12，根据波动的时间与空间的周期性，将波向，根据波动的时间与空间的周期性，将波向x方向平移方向平移12 即可，如图即可，如图(a)中虚线所示；中虚线所示；栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波(2)通过比较距离与波长画波形图通过比较距离与波长画波形图 17 s 内波前进的距离内波前进的距离 xvt68 m，由于空间的限制，如，由于空间的限制，如果画波传果画波传 68 m 处的波形在图处的波形在图(a)中很不现实通常采取的做法中很不现实

23、通常采取的做法是：是：17 s 内波传播的波长数内波传播的波长数 nx688812，根据波呈现的空，根据波呈现的空间周期性，将间周期性，将(a)波形向右移动波形向右移动12 即可如图即可如图(a)中虚线所示中虚线所示 栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波法二：特殊质点法法二：特殊质点法 如图如图(b)，在图中原波形上取两特殊质点，在图中原波形上取两特殊质点 a、b，因，因 t812T，舍，舍弃弃 8，取，取12T，找出，找出 a、b 两质点再振动两质点再振动T2后的位置后的位置 a、b，过，过 a、b画一条正弦曲线即可画一条正弦曲线即可 (b)栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波 3.一列

24、向左传播的简谐波在某时刻的波形图一列向左传播的简谐波在某时刻的波形图如图所示，已知波速为如图所示，已知波速为 0.5 m/s，画出此时刻，画出此时刻 7 s 后和后和 7 s 前的前的波形图波形图 栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波解析：由题图得解析：由题图得 2 m，Tv4 s，沿传播方向传播，沿传播方向传播 7 s 的距的距离，把该时刻波形图沿波传播的反方向平移离，把该时刻波形图沿波传播的反方向平移(去整存零去整存零)，即得，即得 7 s 前的瞬时波形，如图中前的瞬时波形，如图中所示，同理，把该时刻波形向左平所示，同理，把该时刻波形向左平移，即得移，即得 7 s 后的波形图，如图中后的

25、波形图，如图中所示所示 栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波 典型问题典型问题波的多解问题波的多解问题 1周期性造成多解周期性造成多解(1)时间的周期性：时间间隔时间的周期性：时间间隔 t 与周期与周期 T 的关系不明确的关系不明确(2)空间的周期性：波的传播距离空间的周期性：波的传播距离 x 与波长与波长 的关系不明确的关系不明确 2双向性造成多解双向性造成多解(1)波的传播方向不确定波的传播方向不确定(2)质点振动方向不确定质点振动方向不确定 栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波栏目栏目导引导引第第2章机械波章机械波本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束按按ESC键退出全屏播放键退出全屏播放