大學(xué)物理波的形成和傳播

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

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

3、3）定各點(diǎn)的a、x方向,,向“先進(jìn)”看齊,3.介質(zhì)中的各質(zhì)點(diǎn)依照什么規(guī)律振動(dòng)？,（1）離振源近的質(zhì)點(diǎn)先起振，再帶動(dòng)后面質(zhì)點(diǎn)以相同形式振動(dòng),（2）,先,帶,后,向“先進(jìn)”看齊,（2）每點(diǎn)起振方向一定相同（剛開(kāi)始的振動(dòng)）,4.波傳播的是什么？,（1）振動(dòng)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(dòng)形式，各質(zhì)點(diǎn)就依次做什么振動(dòng),結(jié)論：振源的振動(dòng)周期=各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期=波的傳播周期,,,橫波的特點(diǎn)：,

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

5、特點(diǎn),聲波是縱波,地震波既有橫波又有縱波,彈簧波是縱波,波長(zhǎng)λ的說(shuō)法,在波動(dòng)中，振動(dòng)相位總是相同的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離,對(duì)橫波：相鄰兩波峰（或波谷）間的距離對(duì)縱波：相鄰兩密部（或疏部）間的距離,6.重要的對(duì)應(yīng)關(guān)系,（1） T波=T介質(zhì)=T振源,（2）經(jīng)△t=nT時(shí)間， 點(diǎn)發(fā)生n次全振動(dòng)， 波前進(jìn)n個(gè)波長(zhǎng)距離,波動(dòng)與振動(dòng)的聯(lián)系和區(qū)別,,(1)聯(lián)系振動(dòng)是波動(dòng)的原因，波動(dòng)是振動(dòng)的結(jié)果； 有波動(dòng)必然有振動(dòng)，有振動(dòng)不一

6、定有波動(dòng)波動(dòng)的性質(zhì)、頻率和振幅與振源相同,,,(2)區(qū)別研究對(duì)象不同—振動(dòng)是單個(gè)質(zhì)點(diǎn)在平衡位置附近的往復(fù)運(yùn)動(dòng) 波動(dòng)是介質(zhì)中大量質(zhì)點(diǎn)依次的集體振動(dòng)力的來(lái)源不同—振動(dòng)的回復(fù)力,由物體所受各種性質(zhì)的力提供 而引起波動(dòng)的力, 總是介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)間的彈力運(yùn)動(dòng)性質(zhì)不同—各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng), 是變加速運(yùn)動(dòng)

7、 而波動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng),傳播距離與時(shí)間正比,理解以下概念,關(guān)于振動(dòng)和波，以下說(shuō)法正確的是A. 有振動(dòng)就一定有波B. 有波就一定有振動(dòng)C. 波是質(zhì)點(diǎn)由近及遠(yuǎn)的移動(dòng)過(guò)程D. 波是振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播過(guò)程E. 波是傳遞波源振動(dòng)能量的一種方式F. 波源停止振動(dòng)則波也立即停止傳播G. 波傳播過(guò)程中，相鄰質(zhì)點(diǎn)必有相互作用力H. 波中的各點(diǎn)振動(dòng)情況完全相同在振源發(fā)生2次全振動(dòng)的過(guò)

8、程中，波前進(jìn)了2個(gè)波長(zhǎng)J. 振動(dòng)方向和傳播方向相同的波是縱波K. 對(duì)橫波，波峰和波谷間距離為半個(gè)波長(zhǎng),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(shí)刻的波形圖，對(duì)A、B、C、D、E、F六個(gè)質(zhì)點(diǎn)A. 它們的振幅相同B. 質(zhì)點(diǎn)D和質(zhì)點(diǎn)F的速度方向相同C. 質(zhì)點(diǎn)A和質(zhì)點(diǎn)C的速度方向相同D. 從此刻算起，質(zhì)點(diǎn)B比質(zhì)點(diǎn)C先回到平衡位置,向“先進(jìn)”看齊,AD,例：如圖波剛傳播到P點(diǎn)時(shí)，P點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向如何？,注意兩類問(wèn)題,

9、（1）波正在形成過(guò)程中（部分質(zhì)點(diǎn)在振動(dòng)，而另一部分還沒(méi)有起振）（2）波已經(jīng)形成（所有質(zhì)點(diǎn)都在振動(dòng)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(dòng)質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻的位置圖．,2．波的圖象也稱波形圖或波形曲線．,3．簡(jiǎn)諧波,（1）簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)在介質(zhì)中傳播形成簡(jiǎn)諧波.,（2）簡(jiǎn)諧波的圖象是正弦曲線（或余弦曲線）.,（3）簡(jiǎn)諧波是一種最基本、最簡(jiǎn)單的波.,y：振動(dòng)方向的位移,x：傳播方向各質(zhì)點(diǎn) 的平衡位置,重點(diǎn)解決問(wèn)題

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

11、 距離的各波形相同,重點(diǎn)解決問(wèn)題二：振動(dòng)圖象與波的圖象 比較,確定質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向,,,形象記憶,,,,,圖線變化,物理意義,圖線,,,研究?jī)?nèi)容,,,研究對(duì)象,波動(dòng)圖象,振動(dòng)圖象,,,,,,,,,,,單一振動(dòng)質(zhì)點(diǎn),沿波傳播方向的所有質(zhì)點(diǎn),一質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間的變化規(guī)律,某時(shí)刻所有質(zhì)點(diǎn)的空間分布規(guī)律,表示各質(zhì)點(diǎn)在某時(shí)刻的位移,一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在各時(shí)刻的位移,隨時(shí)間推移圖象延伸，但已有的圖象形狀不變,隨時(shí)間推移圖象沿傳播方向平移,比喻為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的

12、“錄象帶”,比喻為無(wú)數(shù)質(zhì)點(diǎn)某一時(shí)刻拍攝的“照片”,根據(jù)下一時(shí)刻的位移來(lái)判斷,根據(jù)“質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)原理”來(lái)判斷,,,,,,,,解決問(wèn)題三：波速V、波長(zhǎng)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(zhǎng)λ 由介質(zhì)與波源決

13、定： 即由V 和f 共同決定,求波長(zhǎng)是多少？,,3.5λ=14 cm,λ= 4 cm,λ= 12 cm,解決問(wèn)題四：已知兩時(shí)刻的波形進(jìn)行分析計(jì)算,一列橫波在x軸上傳播著，在t1=0,t2=0.5s時(shí)的波形曲線如圖實(shí)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(duì)時(shí)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(diǎn)還未起振）,類√P29.7 P32.11:一列簡(jiǎn)諧波在t=0時(shí)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(shí)P點(diǎn)第3次出現(xiàn)波峰，則Q點(diǎn)出現(xiàn)第一次波峰的時(shí)間是 s,靈活運(yùn)用“點(diǎn)振”或“波移”法,雙向波問(wèn)題,類√P29.8:已知S為振源，波的頻率為f =15Hz，波速v=12m/s，P點(diǎn)距S為19.6m，Q點(diǎn)距S為15.8m，過(guò)一會(huì),P、Q均在振動(dòng)。當(dāng)S向上通

15、過(guò)平衡位置時(shí)，P與Q的位置及振動(dòng)方向是？,（對(duì)時(shí)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(dòng)圖象與振動(dòng)圖象聯(lián)系類題,類√P28.10：（1）圖甲為t=0.8s時(shí)的波形圖，圖乙為波中某質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)圖象，則波的傳播方向是？（2）圖甲為t=10.3s時(shí)的波形圖，圖乙為波中某質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)圖象，則波的傳播方向是？,“去整留零”,y,,,V,解波動(dòng)圖象與振動(dòng)圖象聯(lián)系類題

16、,一列波沿x軸負(fù)方向傳播，圖甲為t=1s時(shí)的波形圖，圖乙為質(zhì)元振動(dòng)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(dòng)圖象與振動(dòng)圖象聯(lián)系類題,圖甲所示為一列簡(jiǎn)諧波t=20s時(shí)的波形圖，圖乙為P點(diǎn)振動(dòng)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(lái)靜止的張緊的彈性繩中，有相距1.2m的A、B兩點(diǎn)，一列簡(jiǎn)諧橫波沿繩傳著，當(dāng)波剛到其中一點(diǎn)時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，已知在4s內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)A完成8次全振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)B完成10次全振動(dòng)，

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(diǎn)的振動(dòng),波向左傳，波速10m/s，求Q點(diǎn)從圖示起最短經(jīng)過(guò)多少時(shí)間在波峰？,常用移波法,,,,V,0.05s,一列簡(jiǎn)諧橫波t=0時(shí)波形如圖所示，波沿x軸傳播，介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)b的平衡位置在x=3m處，在t1=0.7s時(shí)，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(shí)刻直線上相距為d的M、N兩點(diǎn)處在平衡位置，若M、N之間僅有一個(gè)波峰，若經(jīng)過(guò)時(shí)間t，N質(zhì)點(diǎn)恰好到第一次達(dá)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(duì)的多選題,觀察,波傳播特征,(1)介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)都是在各自的中心位置附近振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)并不隨波遷移。,(2)后一質(zhì)點(diǎn)落后、重復(fù)前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng) 。,(3)各質(zhì)點(diǎn)的起振方向都與振源的起振方向相同。,(4)各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期和波源的振動(dòng)周期相同。(為什么？）,(5)波

19、是傳遞振動(dòng)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(diǎn)的振動(dòng)是變速的，波的傳播是勻速的。,觀察,各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向有什么關(guān)系？,,,波的分類及特點(diǎn),橫波的特點(diǎn)：,縱波的特點(diǎn)：,波峰 波谷,疏部 密部,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

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

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

22、波下列說(shuō)法正確的是：Ａ.質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向總是垂直于波傳播的方向Ｂ.波在傳播的過(guò)程中，沿波的傳播方向上的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)依次做受迫振動(dòng)Ｃ.物體做機(jī)械振動(dòng)，一定產(chǎn)生機(jī)械波Ｄ.如果振源停止振動(dòng)，在介質(zhì)中傳播的振動(dòng)也立即停止。,【例2】關(guān)于振動(dòng)和波的關(guān)系，下列說(shuō)法正確的是（ ）A．有機(jī)械波必有振動(dòng)B．有機(jī)械振動(dòng)必有波C．離波源遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)較慢D．波源停止振動(dòng)時(shí)，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(diǎn)振動(dòng)的方向和波傳播的遠(yuǎn)近C．質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的方向和波傳播的方向D．質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的快慢,【例4】下列說(shuō)法不正確的有[ ]A．聲波在空氣中傳播時(shí)是縱波，在水中傳播時(shí)是橫波B．波不但傳遞能量，還能傳遞信息C．質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)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(shí)刻繩子形成如圖所示的形狀，對(duì)此時(shí)繩上A、B、C、D、E、F六個(gè)質(zhì)點(diǎn)（ ）A．它們的振幅