2022年第一节机械波的产生和传播 .pdf

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1、多练出技巧巧思出硕果第一次课：2 学时1 题目： 9.1 机械波的产生和传播 9.2 平面简谐波的波动方程简谐振动的特征量 9.3 波的能量能流密度2 目的：1 掌握平面简谐波的波动方程及其物理意义，理解波形图。掌握平面简谐波的特征量。掌握由已知质点的简谐振动方程建立波动方程的方法。2 理解谐波的能流和能流密度的概念。一、引入课题：振动在空间的传播过程叫做波动，波动是一种重要的运动形式。波现象广泛存在于自然界中，投石于静水中，水面兴波；击物发声，激起声波；光波引起视觉；无线电波及其电视工作。近代物理告诉我们，微观粒子乃至任何物质都具有波动性， 这种波叫物质波。 这些波虽然本质上不相同， 但很多

2、基本规律是一样的。 由于机械波最富于直观性， 我们通过学习机械波来掌握波的基本规律。本章讨论：机械波 (Mechanical wave) 的特征和有关规律，具体为，(1)波动的基本概念；(2)与波的传播特性有关的原理、现象和规律；(3)与波的叠加特性有关的原理、现象和规律。二、讲授新课：9.1 机械波的产生和传播一、机械波产生的条件精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 6 页多练出技巧巧思出硕果机械波：机械振动在弹性介质中的传播。1.波源：引起波动的初始振动的物体介质：能够传播这种机械振动的弹性介质注意： （1）波动只是振动状

3、态的传播，介质中的各质点并不随波前进，各质点只是在各自的平衡位置附近振动；（2）振动状态的传播速度称为波速；（3）波速和质点的振动速度是两个概念。简谐波：若媒质中的所有质元均按一定的相位传播规律做简谐振动，此种波称为简谐波 (simple harmonic wave) 。以下我们主要讨论简谐波。2 波是振动状态的传播以弹性绳上的横波为例，由图可见： 048121620t = 0t = T/4t = T/2 t = 3T/4t = T弹性绳上的横波精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 6 页多练出技巧巧思出硕果由图可见：(1)媒

4、质中各质元都只在自己的平衡位置附近振动，并未“随波逐流 ” 。波的传播不是媒质质元的传播。(2)“上游”的质元依次带动“下游”的质元振动(依靠质元间的弹性力 )。(3)某时刻某质元的振动状态将在较晚时刻于“下游”某处出现，这就是“波是振动状态的传播”的含义。(4)有些质元的振动状态相同，它们称作同相点。相邻的同相点间的距离叫做波长(wave- length)，它们的相位差是 2 。3 波是相位的传播由于振动状态是由相位决定的， “振动状态的传播”也可说成是 “相位的传播”，即某时刻某点的相位将在较晚时刻重现于“下游”某处。于是沿波的传播方向，各质元的相位依次落后。图中 b 点比 a点的相位落后

5、即 a点在 t 时刻的相位 (或振动状态 )经 t 的时间传给了与它相距为x 的 b 点，或b点在 t + t 时刻的相位 (或振动状态 )与 a点在 t 时刻的情况相同 (x/ t 即波的传播速度 )。二、横波与纵波横波：质点振动方向与波的传播方向相垂直的波。横波仅在固体中传播。特征：具有交替出现的波峰和波谷。质点振动方向与波的传播方向相垂直。纵波：质点振动方向与波的传播方向互相平行的波。纵波可在固体、 液体和气体中传播。abxxu传播方向b 点和 a 点的相位比较2x精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 6 页多练出技巧巧

6、思出硕果特征：具有交替出现的密部和疏部。质点振动方向与波的传播方向一致。三、波面波前和波线1.波面：由振动相位相同的各点连成的面称为波面。2.波前：在某一时刻，由波源最初振动状态传达到各点所连成的曲面称为波前。3.波线：波的传播方向称为波线。说明： （1）在某一时刻，波面的数目有许多个，而波前只有一个，波前是最前面的那个波面。（2）在各向同性介质中，波线是和波面垂直的。四、波形曲线（波形图）1 波形曲线 (Yx 曲线) 波形曲线 (wave form curve) 是 Yx 关系曲线)，Y质元的位移x质元平衡位置的坐标Y-x 曲线反映某时刻 t 各质元位移在空间的分布情况。(t 时刻用照相机为

7、所有质元拍的团体相) 波的传播在外貌上表现为波形的传播。不同时刻对应有不同的波形曲线。每过一* 球 面 波平 面 波波前波面波线oxut波形曲线精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 6 页多练出技巧巧思出硕果个周期 (质元全振动一次 )，波形向前传播一个波长的距离。在波形曲线上必须标明时刻t 和波的传播方向。 波形曲线不仅能反映横波也能反映纵波的位移情况。2.注意区别波形曲线和振动曲线波形曲线：x 曲线振动曲线：t 曲线，反映某一质元的位移随 t 的变化。3 要求：应掌握，(1)由某时刻的波形曲线画出另一时刻的波形曲线；(2)

8、由某时刻的波形曲线确定某些质元的振动趋势画出这些质元的振动曲线；(3)由某质元的振动曲线画出某时刻的波形曲线。重要原则：不管是在波形曲线还是振动曲线上，同一质元在同一时刻的振动位移应相同 (可用此原则检验所画曲线是否正确)。练习：1.已知 t = 0 时刻的波形曲线如下图，(1)画出 t +(T/4)， t +(T/2)，t +(3T/4) 各时刻的波形曲线。(2)在题图上用小箭头示出a、b、c、d 各质元的振动趋势，并分别画出它们的振动曲线。2.已知 x=0 处质元的振动曲线如图，画出t = 0 时刻的波形曲线 (设波沿 +x 方向传播 )。五、波的特征量1.波长波动传播时，在同一波线上两个

9、相邻的相位差为2的质点之间的距离，称为波长，用 表示。oxut = 0 abcd(a) 练习题用图oTtx = 0(b) 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 6 页多练出技巧巧思出硕果2. 周期 T：波前进一个波长的距离所需要的时间。3. 频率：周期的倒数，即单位时间内波动所传播的完整波的数目。4. 波速 v：波动过程中，某一振动状态（即振动相位）单位时间内所传播的距离（相速） 。注意：周期或频率决定于波源的振动。波速决定于媒质的性质。O yAAux1 TuTuTu精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 6 页