机械波的形成条件和传播机理精.ppt

机械波的形成条件和传播机理第1页，本讲稿共14页机械波的形成条件和传播机理，横波和纵波机械波的形成条件和传播机理，横波和纵波描述波动的物理量：波长、频率和波速的关系描述波动的物理量：波长、频率和波速的关系波的图像波的图像波动问题的归类及解题方法波动问题的归类及解题方法波的叠加，干涉和衍射波的叠加，干涉和衍射多普勒效应，次声波和超声波多普勒效应，次声波和超声波请简要回忆本章学过哪些内容？第2页，本讲稿共14页一、波的形成条件、传播机理、种类一、波的形成条件、传播机理、种类1什么是机械波：什么是机械波：2机械波形成的条件：机械波形成的条件：（1）波源：）波源：（2）介质：）介质：3波的形成机理：波的形成机理：介质中的各质点存在介质中的各质点存在 ，当介质中某一质点发生振动时（振源），会当介质中某一质点发生振动时（振源），会 ，并依次，并依次引起引起 ，于是振动逐渐，于是振动逐渐 。机械振动在介质中的传播。机械振动在介质中的传播。相互作用的弹力相互作用的弹力引起相邻的质点通过弹力发生振动引起相邻的质点通过弹力发生振动更远的质点发生振动更远的质点发生振动由振源向周围空间传播开去由振源向周围空间传播开去第3页，本讲稿共14页4特点：特点：1）介质中质点间是）介质中质点间是 的关系：的关系：的点的点 带动带动 的点依次振动（由近及远）；的点依次振动（由近及远）；2）振动传递到哪一点，哪一点就）振动传递到哪一点，哪一点就 ，并重复并重复 的振动情况。各点振动的周期和频率与的振动情况。各点振动的周期和频率与 相同相同 3）介质中的质点不随波）介质中的质点不随波 。4）波传播的是振动的）波传播的是振动的 。5波的种类：波的种类：质点的振动方向与波的传播方向垂直。质点的振动方向与波的传播方向垂直。横波：横波：纵波：纵波：质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上。质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上。依次带动依次带动离波源近离波源近离波源远离波源远开始振动开始振动前一点前一点振源振源迁移迁移形式、能量、信息形式、能量、信息第4页，本讲稿共14页6振动与波的关系：振动与波的关系：振动振动机械波机械波研究对象研究对象现象现象产生条件产生条件联系联系一个质点一个质点介质中振动的介质中振动的各个质点各个质点一个质点沿直线或弧一个质点沿直线或弧线做周期性运动线做周期性运动很多质点都在做振动，很多质点都在做振动，只是依次开始只是依次开始受回复力，阻力小受回复力，阻力小振源、介质振源、介质都是周期性运动；构成介质的每个质点，在都是周期性运动；构成介质的每个质点，在波传播过程中都做周期、振幅相同的振动，波传播过程中都做周期、振幅相同的振动，从整体看，所呈现的现象是波动。从整体看，所呈现的现象是波动。第5页，本讲稿共14页二、描述波动的物理量：二、描述波动的物理量：波波 长：长：在波动中，在波动中，的两个的两个相邻质点间的距离，叫波长。相邻质点间的距离，叫波长。周期和频率：周期和频率：在波动中，各个质点的振动周期或频率是相在波动中，各个质点的振动周期或频率是相同的，这个周期或频率也叫波的周期或频率。同的，这个周期或频率也叫波的周期或频率。由由 决定。波进入另一介质时频率决定。波进入另一介质时频率 。波波 速：速：波在介质中传播的速度。由波在介质中传播的速度。由 决定。决定。波进入另一介质时波速波进入另一介质时波速 。1波长、频率、波速波长、频率、波速2波的传播规律：波的传播规律：波在均匀介质中波在均匀介质中 传播，传播，x=v t(1)波源每振动一个周期波源每振动一个周期T，波沿传播方向传播一个波长，波沿传播方向传播一个波长=vT(2)在波的传播方向上，相距在波的传播方向上，相距 x=n 的两质点，振动情况的两质点，振动情况 ，(n+1/2)的两质点，振动情况的两质点，振动情况 。对平衡位置的位移总是相等对平衡位置的位移总是相等波源波源不变不变介质本身的性质介质本身的性质改变改变匀速匀速完全相同完全相同完全相反完全相反第6页，本讲稿共14页三、波的图像三、波的图像1意义意义：横坐标：横坐标x表示表示 ，纵坐标纵坐标y表示表示 ，2形状形状：简谐波的图像是：简谐波的图像是 曲线。不同时刻形状不同。曲线。不同时刻形状不同。X/cmX/cm0 01 12 23 34 45 5Y/cmY/cm1010-10-10t时刻时刻t+T/4时刻时刻Vt+T/8时刻时刻在波的传播方向上各质点的平衡位置在波的传播方向上各质点的平衡位置某一时刻某一时刻(t)各质点偏离平衡位置的位移各质点偏离平衡位置的位移正弦或余弦正弦或余弦第7页，本讲稿共14页3波的图像的应用波的图像的应用t时刻的波形时刻的波形t时刻质点振动的方向时刻质点振动的方向波的传播方向t时刻的波形时刻的波形t+t时刻的波形时刻的波形波的传播方向振动图像振动图像某某t时刻的波的图像时刻的波的图像波的传播方向第8页，本讲稿共14页4波的图像与振动图像的区别波的图像与振动图像的区别振动图像振动图像波的图像波的图像意义意义各时刻各时刻振动的振动的一个质点一个质点的位移的位移的大小和方向的大小和方向某时刻某时刻介质中介质中各个质点各个质点的位移的位移的大小和方向的大小和方向坐标坐标纵轴纵轴-位移，横轴位移，横轴-时间时间纵轴纵轴-位移，横轴位移，横轴-介质中质点介质中质点的平衡位置，振动传播的距离的平衡位置，振动传播的距离时间时间变化变化影响影响随时间的延长而继续延伸，原随时间的延长而继续延伸，原来的曲线，形状和位置不变来的曲线，形状和位置不变波形是某时刻介质中各质点所波形是某时刻介质中各质点所处的不同位置所连成的曲线，处的不同位置所连成的曲线，时间变化，质点的位置变化，时间变化，质点的位置变化，形成新的波形，沿横轴向波速形成新的波形，沿横轴向波速方向平移。方向平移。振动振动方向方向按照图像的延伸方向判断按照图像的延伸方向判断根据波速方向判断（逆着波速根据波速方向判断（逆着波速方向按图像的延伸方向判断）方向按图像的延伸方向判断）第9页，本讲稿共14页带动法：带动法：沿波的传播方向上，后面的质点总是重复前面质点沿波的传播方向上，后面的质点总是重复前面质点的运动情况，如其前方质点在其上方，后面质点将的运动情况，如其前方质点在其上方，后面质点将会向上运动，且在波的传播方向上，任何质点开始会向上运动，且在波的传播方向上，任何质点开始振动时的振动方向总会重复波源质点的振动方向振动时的振动方向总会重复波源质点的振动方向。微平移法微平移法：设想波经过一小段时间设想波经过一小段时间t,波形必定沿波的传播波形必定沿波的传播方向移动一小段位移方向移动一小段位移s,得到一个新的图像，看得到一个新的图像，看图像上对应于同一横坐标图像上对应于同一横坐标x的质点的纵坐标的变的质点的纵坐标的变化情况，就可判断质点的振动方向。化情况，就可判断质点的振动方向。第10页，本讲稿共14页四、波的干涉射和衍射四、波的干涉射和衍射1波的叠加：波的叠加：在两列波重叠的区域内，介质中的质点同时参与在两列波重叠的区域内，介质中的质点同时参与两种振动，其振动的位移等于两列波分别引起的两种振动，其振动的位移等于两列波分别引起的位移的矢量和。（本质：位移的合成）位移的矢量和。（本质：位移的合成）2波的干涉：波的干涉：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔的现象叫波的干涉。的区域互相间隔的现象叫波的干涉。振动加强的条件：振动加强的条件：x=n（n=1,2,3,）振动减弱的条件：振动减弱的条件：x=（2n+1）/2（n=1,2,3,）3波的衍射：波的衍射：波在传播过程中遇到障碍物，能过绕过障碍物波在传播过程中遇到障碍物，能过绕过障碍物的现象叫波的衍射。的现象叫波的衍射。发生明显衍射的条件是：障碍物或孔的尺寸比发生明显衍射的条件是：障碍物或孔的尺寸比波长小，或跟波长差不多。波长小，或跟波长差不多。第11页，本讲稿共14页五、声波五、声波1声波是声波是 。2能够引起人耳感觉的声波频率范围是：能够引起人耳感觉的声波频率范围是：。3能够把回声和原声区别开来的最小时间间隔为能够把回声和原声区别开来的最小时间间隔为 。4声波也能产生反射，干涉和衍射声波也能产生反射，干涉和衍射。纵波纵波2020 000赫兹赫兹0.1秒秒第12页，本讲稿共14页六、多普勒效应、超声波、次生波六、多普勒效应、超声波、次生波1什么是多普勒效应？什么是多普勒效应？由于波源和观察者之间有由于波源和观察者之间有相对运动相对运动，使观察者，使观察者感到频率发感到频率发生变化生变化的现象。的现象。3现象解释：现象解释：在波源和观察者之间有相对运动时，波源的频率并没有发在波源和观察者之间有相对运动时，波源的频率并没有发生变化，而是观察着接收到的频率发生了变化，生变化，而是观察着接收到的频率发生了变化，若二者接若二者接近，观察者在单位时间内接收到的完全波的个数增多，接近，观察者在单位时间内接收到的完全波的个数增多，接收到的频率增大；若二者远离，观察者在单位时间内接收收到的频率增大；若二者远离，观察者在单位时间内接收到的完全波的个数减少，接收到的频率减小到的完全波的个数减少，接收到的频率减小。2现象：现象：二者二者靠近靠近时：频率时：频率增加增加二者二者远离远离时：频率时：频率减少减少波的干涉、衍射和多普勒效应是波特有的现象第13页，本讲稿共14页3超声波和次生波的特性及应用超声波和次生波的特性及应用次声波：频率低于20Hz的声波。产生：地震、台风、核爆炸、火箭起飞应用：探知核武器实验、导弹发射、预报海啸、台风超声波：频率高于20 000Hz的声波特性：直线传播定向发射，穿透能力强使液体内部产生强大冲击力利用超生反射第14页，本讲稿共14页