大學(xué)物理波的形成和傳播

1、第十二章 機械波,旗波,繩子波,帶波,1. 形成的條件：（1）介質(zhì),機械波：,機械振動在介質(zhì)中的傳播，形成機械波。,注意：有振動不一定存在波，有波一定存在振動,波的形成和傳播,一、波的基本概念,（2）振動,真空中能傳播聲音嗎？,2.介質(zhì)中的各質(zhì)點在做什么運動？,,2.介質(zhì)中的各質(zhì)點在做什么運動？,質(zhì)點只在平衡位置附近振動,屬于受迫振動,波（波形）又在做什么運動？,波形在勻速移動,質(zhì)點并不“隨波逐流”,特點：點振波移,3.介質(zhì)中的

2、各質(zhì)點依照什么規(guī)律振動？,（1）離振源近的質(zhì)點先起振，再帶動后面質(zhì)點以相同形式振動,點點都是標(biāo)準(zhǔn)的“模仿秀”,各質(zhì)點振動形式相同,如振源作簡諧運動，則各質(zhì)點都將作簡諧運動，由此形成的波叫簡諧波或正弦波,先,帶,后,向“先進”看齊,但不能說各質(zhì)點運動情況相同,解決問題一：相互判定點振動方向和波傳播方向,如圖所示為一列簡諧橫波在某一時刻的波形圖，（1）如已知波向右傳播，定各點運動方向（2）如已知此刻質(zhì)點E的運動方向向上，定波傳播方向（

3、3）定各點的a、x方向,,向“先進”看齊,3.介質(zhì)中的各質(zhì)點依照什么規(guī)律振動？,（1）離振源近的質(zhì)點先起振，再帶動后面質(zhì)點以相同形式振動,（2）,先,帶,后,向“先進”看齊,（2）每點起振方向一定相同（剛開始的振動）,4.波傳播的是什么？,（1）振動的形式,T波=T介質(zhì)=T振源,（2）波源的能量（3）波可傳遞振源的信息,波源做什么振動形式，各質(zhì)點就依次做什么振動,結(jié)論：振源的振動周期=各質(zhì)點的振動周期=波的傳播周期,,,橫波的特點：,

4、縱波的特點：,波峰 波谷,疏部 密部,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,橫波：質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直。,縱波：質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在一條直線上。,5.波的種類和

5、特點,聲波是縱波,地震波既有橫波又有縱波,彈簧波是縱波,波長λ的說法,在波動中，振動相位總是相同的兩個相鄰質(zhì)點間的距離,對橫波：相鄰兩波峰（或波谷）間的距離對縱波：相鄰兩密部（或疏部）間的距離,6.重要的對應(yīng)關(guān)系,（1） T波=T介質(zhì)=T振源,（2）經(jīng)△t=nT時間， 點發(fā)生n次全振動， 波前進n個波長距離,波動與振動的聯(lián)系和區(qū)別,,(1)聯(lián)系振動是波動的原因，波動是振動的結(jié)果； 有波動必然有振動，有振動不一

6、定有波動波動的性質(zhì)、頻率和振幅與振源相同,,,(2)區(qū)別研究對象不同—振動是單個質(zhì)點在平衡位置附近的往復(fù)運動 波動是介質(zhì)中大量質(zhì)點依次的集體振動力的來源不同—振動的回復(fù)力,由物體所受各種性質(zhì)的力提供 而引起波動的力, 總是介質(zhì)中各質(zhì)點間的彈力運動性質(zhì)不同—各質(zhì)點的振動, 是變加速運動

7、 而波動是勻速直線運動,傳播距離與時間正比,理解以下概念,關(guān)于振動和波，以下說法正確的是A. 有振動就一定有波B. 有波就一定有振動C. 波是質(zhì)點由近及遠的移動過程D. 波是振動在介質(zhì)中的傳播過程E. 波是傳遞波源振動能量的一種方式F. 波源停止振動則波也立即停止傳播G. 波傳播過程中，相鄰質(zhì)點必有相互作用力H. 波中的各點振動情況完全相同在振源發(fā)生2次全振動的過

8、程中，波前進了2個波長J. 振動方向和傳播方向相同的波是縱波K. 對橫波，波峰和波谷間距離為半個波長,B,D,E,G,I,一列橫波沿繩子向右傳播，如圖所示為在某一時刻的波形圖，對A、B、C、D、E、F六個質(zhì)點A. 它們的振幅相同B. 質(zhì)點D和質(zhì)點F的速度方向相同C. 質(zhì)點A和質(zhì)點C的速度方向相同D. 從此刻算起，質(zhì)點B比質(zhì)點C先回到平衡位置,向“先進”看齊,AD,例：如圖波剛傳播到P點時，P點的運動方向如何？,注意兩類問題,

9、（1）波正在形成過程中（部分質(zhì)點在振動，而另一部分還沒有起振）（2）波已經(jīng)形成（所有質(zhì)點都在振動了）,波的圖象,1．波的圖象是波在傳播方向上，介質(zhì)中各振動質(zhì)點在某一時刻的位置圖．,2．波的圖象也稱波形圖或波形曲線．,3．簡諧波,（1）簡諧運動在介質(zhì)中傳播形成簡諧波.,（2）簡諧波的圖象是正弦曲線（或余弦曲線）.,（3）簡諧波是一種最基本、最簡單的波.,y：振動方向的位移,x：傳播方向各質(zhì)點 的平衡位置,重點解決問題

10、二：振動圖象與波的圖象區(qū)別,振動圖象（x-t）,波的圖象（y-x）,在某一時刻的各質(zhì)點的位移,一個質(zhì)點在各個時刻的位移,,,,試畫出該時刻前T/4、3T/4和5T/4時刻的波形圖,如圖所示為一列向右傳播的簡諧波在某時刻的波形圖試畫出再經(jīng)過T/4、3T/4和5T/4時的波形圖,,波的傳播方向,,,,T/4,3T/4,,,,,解決:波的圖象（隨時間）的變化,,波形圖的一些有用的結(jié)論：,（1）相隔 nT 時間的波形相同 或波移 nλ

11、 距離的各波形相同,重點解決問題二：振動圖象與波的圖象 比較,確定質(zhì)點運動方向,,,形象記憶,,,,,圖線變化,物理意義,圖線,,,研究內(nèi)容,,,研究對象,波動圖象,振動圖象,,,,,,,,,,,單一振動質(zhì)點,沿波傳播方向的所有質(zhì)點,一質(zhì)點的位移隨時間的變化規(guī)律,某時刻所有質(zhì)點的空間分布規(guī)律,表示各質(zhì)點在某時刻的位移,一個質(zhì)點在各時刻的位移,隨時間推移圖象延伸，但已有的圖象形狀不變,隨時間推移圖象沿傳播方向平移,比喻為一個質(zhì)點的

12、“錄象帶”,比喻為無數(shù)質(zhì)點某一時刻拍攝的“照片”,根據(jù)下一時刻的位移來判斷,根據(jù)“質(zhì)點帶動原理”來判斷,,,,,,,,解決問題三：波速V、波長λ、頻率f（周期T） 取決于什么？,波速V 由介質(zhì)決定： 同一類波，介質(zhì)相同，則波速一定相同,頻率f 由振源決定： 同一列波在不同介質(zhì)中波速不相同， 但 f（T）一定不變（只要波源f 的不變）,波長λ 由介質(zhì)與波源決

13、定： 即由V 和f 共同決定,求波長是多少？,,3.5λ=14 cm,λ= 4 cm,λ= 12 cm,解決問題四：已知兩時刻的波形進行分析計算,一列橫波在x軸上傳播著，在t1=0,t2=0.5s時的波形曲線如圖實虛所示，（1）已知周期大于（t2-t1），如果波向右傳播，波速多大？如果向左傳播，波速又是多大？（2）如波速為52m/s，求波傳播方向（3）如3T＜（t2-t1）＜4T，求波可能的波速,（對時間或位移）分

14、析波形“去整留零”顯特征,波未形成或是部分形成（有部分質(zhì)點還未起振）,類√P29.7 P32.11:一列簡諧波在t=0時刻的波形圖,如圖所示，傳播方向沿x軸正向，已知經(jīng)△t=1.1s時P點第3次出現(xiàn)波峰，則Q點出現(xiàn)第一次波峰的時間是 s,靈活運用“點振”或“波移”法,雙向波問題,類√P29.8:已知S為振源，波的頻率為f =15Hz，波速v=12m/s，P點距S為19.6m，Q點距S為15.8m，過一會,P、Q均在振動。當(dāng)S向上通

15、過平衡位置時，P與Q的位置及振動方向是？,（對時間或位移）分析波形“去整留零”顯特征,SP=19.6/0.8λ=24.5λSQ=15.8/0.8λ=19.75λ,解波動圖象與振動圖象聯(lián)系類題,類√P28.10：（1）圖甲為t=0.8s時的波形圖，圖乙為波中某質(zhì)點P的振動圖象，則波的傳播方向是？（2）圖甲為t=10.3s時的波形圖，圖乙為波中某質(zhì)點P的振動圖象，則波的傳播方向是？,“去整留零”,y,,,V,解波動圖象與振動圖象聯(lián)系類題

16、,一列波沿x軸負方向傳播，圖甲為t=1s時的波形圖，圖乙為質(zhì)元振動圖線，判定該質(zhì)元是圖中的x=？ 處的質(zhì)元。,,V,0與4m處,解波動圖象與振動圖象聯(lián)系類題,圖甲所示為一列簡諧波t=20s時的波形圖，圖乙為P點振動圖線，那該波的波速V及傳播方向如何？,向左傳，0.5m/s,在原來靜止的張緊的彈性繩中，有相距1.2m的A、B兩點，一列簡諧橫波沿繩傳著，當(dāng)波剛到其中一點時開始計時，已知在4s內(nèi)，質(zhì)點A完成8次全振動，質(zhì)點B完成10次全振動，

17、那么這列波的傳播方向是 ，波速為 m/s,B傳向A方向,1.5m/s,研究非特殊位置質(zhì)點的振動,波向左傳，波速10m/s，求Q點從圖示起最短經(jīng)過多少時間在波峰？,常用移波法,,,,V,0.05s,一列簡諧橫波t=0時波形如圖所示，波沿x軸傳播，介質(zhì)中質(zhì)點b的平衡位置在x=3m處，在t1=0.7s時，b第二次處于波峰，求此波的傳播速度？,注意：波的傳播方向的雙向性形成多解,50/7m/s和10m/s,一列橫波沿直線

18、在空間傳播，某一時刻直線上相距為d的M、N兩點處在平衡位置，若M、N之間僅有一個波峰，若經(jīng)過時間t，N質(zhì)點恰好到第一次達波峰位置，則該波的可能的波速是多少？,波習(xí)題中最難選全 選對的多選題,觀察,波傳播特征,(1)介質(zhì)中各質(zhì)點的運動都是在各自的中心位置附近振動，質(zhì)點并不隨波遷移。,(2)后一質(zhì)點落后、重復(fù)前一質(zhì)點的振動 。,(3)各質(zhì)點的起振方向都與振源的起振方向相同。,(4)各質(zhì)點的振動周期和波源的振動周期相同。(為什么？）,(5)波

19、是傳遞振動形式、能量和信息的一種方式。,(6)在同一種均勻介質(zhì)中，質(zhì)點的振動是變速的，波的傳播是勻速的。,觀察,各質(zhì)點振動方向與波的傳播方向有什么關(guān)系？,,,波的分類及特點,橫波的特點：,縱波的特點：,波峰 波谷,疏部 密部,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

20、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,橫波：質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直。,縱波：質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在一條直線上。,機械波傳播特征,(1)沿波的傳播方向，介質(zhì)中各質(zhì)點由波源開始由近及遠的依次開始振動，靠近波源的質(zhì)點超前于遠離波源的質(zhì)點；,(2)各質(zhì)點只在各自的平衡位置附近做往復(fù)運動，而質(zhì)點本身并不隨波的傳播而遷移。,①各質(zhì)點振動周期相同,②各質(zhì)點振幅相同（不考慮能量損失時）,③各

21、質(zhì)點剛開始振動的方向相同．,(3)機械波通過向外傳播機械振動的形式向外傳遞能量和信息。,單個質(zhì)點所表現(xiàn)出的周期性運動,大量質(zhì)點共同表現(xiàn)出的周期性運動,質(zhì)點受到指向平衡位置的回復(fù)力作用,介質(zhì)中相鄰質(zhì)點間存在相互作用的力,振動是波動的起因,波動是振動的傳播,,小結(jié),形成和傳播,機械波,分 類,,,介質(zhì)中存在相互作用力的各質(zhì)點，前后依次帶動，把波源的振動形式由近及遠的傳播開去,根據(jù)各質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向的關(guān)系。,例1、關(guān)于

22、波下列說法正確的是：Ａ.質(zhì)點振動方向總是垂直于波傳播的方向Ｂ.波在傳播的過程中，沿波的傳播方向上的介質(zhì)質(zhì)點依次做受迫振動Ｃ.物體做機械振動，一定產(chǎn)生機械波Ｄ.如果振源停止振動，在介質(zhì)中傳播的振動也立即停止。,【例2】關(guān)于振動和波的關(guān)系，下列說法正確的是（ ）A．有機械波必有振動B．有機械振動必有波C．離波源遠的質(zhì)點振動較慢D．波源停止振動時，介質(zhì)中的波立即停止傳播,【例3】區(qū)分橫波和縱波是根據(jù)( )

23、A．是否沿水平方向傳播B．質(zhì)點振動的方向和波傳播的遠近C．質(zhì)點振動的方向和波傳播的方向D．質(zhì)點振動的快慢,【例4】下列說法不正確的有[ ]A．聲波在空氣中傳播時是縱波，在水中傳播時是橫波B．波不但傳遞能量，還能傳遞信息C．質(zhì)點振動的方向總是垂直于波傳播的方向D．一切波的傳播均需要介質(zhì),1.一列橫波沿繩子向右傳播，某時刻繩子形成如圖所示的形狀，對此時繩上A、B、C、D、E、F六個質(zhì)點（ ）A．它們的振幅