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机械波的形成和传播

1、介质模型: 把介质看成是由无数个质点弹性连接而成 (质点间存示实验2: 演示实验3:
解析: 由于相邻质点间有弹力的作用,当介质中 某一质点发生振动时,就会带动周围的质点振 动起来,从而使振动向远处传播. 具体解析:
第1排,1到18各小点代表绳上的一排质点,质 点间有弹力联系. t=0时,所有质点在没有外 来扰动前都处在各自的平衡位置;其中第一个 质点由于受到外力(波源)的作用,在波源的 带动下将开始沿竖直方向做受迫振动(即将沿竖 直向上起振).设振动周期为T.
一、几个概念: 1、波源: 引起波动的振动质点(物体) 叫波源也称振源(机械振动)。 2、介质: 就是传播机械振动的媒介物。 (水、绳子、空气---固、液、 气) 3、产生机械波的条件:
〈1〉要有波源
〈2〉要有介质
两者缺一不可
4、 机械波: 机械振动在介质中的传播 过程。 注意:有机械波一定有波源(机械 振动),有波源(机械振动)不一 定有机械波 二、机械波的形成和传播:
例5、在波的传播过程中,下列有关介质中质点 的振动的说法中,正确的是( BD ) A.质点在介质中作自由振动; B.各质点的振动频率都相同; C.各质点的振动速度都相同; D.质点速度最大时,质点一定在平衡位置。 例6、下列有关横波与纵波的说法中,正确的( D ) A.沿水平方向传播的波为横波; B.沿竖直方向传播的波为纵波; C.纵波与横波不可以同时在同一介质中传播; D.凡是振动方向与波传播方向在同一条直线上 的波都是纵波。
s 160 = h = 2h 横波传到观测站需要时间 t 2 = v2 80
t = t1 - t 2 = 2h.
例2 关于振动和波动的关系,下列说法中正确 的是( A B ) A.振动是波动的成因,波动是振动的传播 B.振动是单个质点呈现的运动现象,波动是 许多质点呈现的运动现象 C.沿波的传播方向上,各质点在各自的平衡 位置附近的振动,同时随波迁移 D.波源停止振动时,波立即停止传播
解析:
例13、如图所示为一弹性绳上形成的水平向右传 播的波,试判断绳上a、b、c、d、e、f、g、 h各个质点的速度方向.
解析 :波中各质点均做受迫振动,不考虑能量 损耗,各质点的振幅相同,选项A正确.波传 播时,离波源远的质点的振动落后于离波源近 的质点的振动,并跟随着近的质点振动,D跟 随C正向上运动,F跟随E向下运动.同理,A 向下运动,C向上运动,选项B、C错误.由于 此时B和C两点都向上运动,C比B迟到最大位 移处,C回到平衡位置也比B较迟,选项D正 确.
第2排t=T/4时:表示T/4时刻各质点的位置.这 时质点1在波源的带动下已达到最大位移,即将向 下运动;质点2在质点1的带动下做受迫振动,振动 较质点1落后一些,仍向上运动;质点3在质点2的 带动下做受迫振动,振动较质点2落后一些,但仍 向上运动;此时振动刚好传播到质点4,质点4在质 点3的带动下做受迫振动即将向上运动(即将沿竖 直向上起振).
思考讨论:在上面叙述的情景中,若水面上存 在漂浮的一片树叶,则树叶将向哪里漂动?
拨动琴弦,弦的振动在周围的介质中形成 声波;
固定较长细绳的一端,用手握住另一 端做连续上下振动,你会看到绳上形成一 列波----绳波。
用手握住绳子(丝带)的一端上下抖动,就 会看到凹凸相间的波纹向绳(丝带)的另一 端传播出去,这样就形成了绳波。
第3排t=T/2时:表示T/2时刻各质点的位置.这时 质点1又回到平衡位置,并将向下运动;质点4刚 好达到向上的最大位移处,即将向下运动;此时 振动传播到质点7,质点7即将竖直向上起振.
依次类推,第4、5、6排分别表示3T/4、T、 5T/4时刻各质点的位置。
(1)、传播水波的水、传播绳波的绳、传播声 波的空气是由许多存在相互作用的小部分(可 视为质点)组成.在没有外来振动影响时,它 们静止在各自的位置——平衡位置.高中只研 究直线波的形成,平衡位置在同一直线上
例7、如图所示,是以质点P为波源的机械波沿 着一条轻绳传播到质点Q的波形图,则质点P 刚开始振动时的方向为 A ( ) A.向上 B.向下 C.向左 D.向右 解析 由于波源带动了后面的质点依次振动,且后 面的质点总是重复前面质点的振动状态,所以介质 中各质点开始振动时的方向都与波源开始振动时 的方向相同.此时波刚传播到质点Q,质点Q此时的 振动状态与波源P开始振动时的状态相同.由波的 传播特点可知,质点Q此时是向上运动的,所以波源 P刚开始振动时的方向也是向上的.
三、机械波的特点: 1、各质点都做受迫振动 2、各质点振幅相同 3、各质点振动周期(频 4、各质点振动不同步, 率)相同,且与波源的振 离波源越远,质点的振 动周期(频率)相同. 动越滞后. 5、各质点只在各自的 6、机械波是构成介质 平衡位置附近振动,并 的无数质点的一种共 不“随波逐流”、沿 同运动形式。 波迁移(例子)。 7、实质:机械波向前传播的是振动的形式与能 量(波是传播能量、运动形式、传递信息的一种 方式)。
五星红旗迎风飘扬,波在五星红旗上传播
水平弹簧振子做简谐运动,并在弹簧上产 生一列疏密相间的波沿弹簧传播开去。
远处的地震激起的地震波(地震横波、 纵波)由震源区沿地面向四周传开,会引起地 面的振动.
以上所列的水波、声波、地震波、绳波都 是机械波,光波、无线电波都是电磁波等都是 我们接触到的一种广泛存在的运动形式——波 动. 机械波是怎么形成和传播的呢?
例如:把一根长绳的一端拿住并沿竖直方向上下 抖动时,形成的绳波沿绳的水平方向在绳上传播, 而绳中各质点在竖直方向上振动,形成横渡. 例如:音叉振动时,它的叉股向左侧振动,压 缩邻近的空气,使这部分空气向左振动而挤压 左侧空气,使其变密,叉股向右侧振动时,左 侧空气随之向右振动,而使左侧邻近空气变疏 (右侧空气也同样).就这样,介质空气在水平 方向左右振动(只研究同一直线上的波),使疏 密相间的状态沿同一直线向外传播形成声 波.因此,声波中质点的振动方向和波的传播 方向在同一直线上,是纵波.
又如:把一根长弹簧的一端固定,在另一端用手 轻轻地向右一推,就使手推的这部分弹簧向右运 动而压缩邻近的弹簧,使弹簧圈变密;当向左拉 一下弹簧时,手拉的这部分弹簧圈向左运动,从 而拉动它邻近的弹簧圈,使弹簧圈又变疏.如果 不断地推拉弹簧,就会看到一系列密集部分和稀 疏部分相互间隔地依次沿弹簧向前传播,弹簧圈 的振动方向跟波的传播方向在一条直线上,形成 的也是纵波
四、波的种类: 根据波的传播方向和质点的 振动方向分类 1、横波: (1)定义: 质点的振动方向跟波的传播 方向垂直的波. (2)波形特点: 凸凹相间的波形,又叫起 伏波,有波峰和波谷。 2、纵波: 质点的振动方向跟波的传播 (1)定义: 方向在同一直线上的波. (2)波形特点: 疏密相间的波形,又叫疏密波,有密部和疏部。
3.单摆的回复力的公式?周期公式?
F回=-mgsinθ
l T 2 g
机械振动是描述单个质点的运动形式。 如果,做简谐运动的质点与周围的质点有相互 作用,那么它的振动对周围质点有什么影响呢?
向平静的水面扔一块石头,水面上会荡起 圈圈涟漪,以石头落水处为中心,起伏的波纹 向四周围延展,形成水波;
例10、在敲响古刹里的大钟时,有的同学发现, 停止对大钟的撞击后,大钟仍“余音未绝”, 分析其原因是( ) B A.大钟的回声 B.大钟在继续振动 C.人的听觉发生“暂留”的缘故 D.大钟虽停止振动,但空气仍在振动 点拨:停止撞钟后,大钟的振动不会立即消 失,因为振动能量不会凭空消失,再振动一 段时间后,由于阻尼作用,振动才逐渐消 失.故B正确.
例:声波是纵波,其中波源:声带;介质:固、液、气
地震波既有横波又有纵波.
水波既不是横波也不是纵波,叫做水纹波.
3、固体既能传播纵波又能传播横波; 液体、气体只能传播纵波。 注意: *机械振动是单个质点在其平衡位置附近做 往复运动的“个体行为” *机械波是大量的、彼此相联系的质点将波源的 机械振动在空间传播的 “群体行为”。
结论:①机械波产生的原因是由于介质内部的 各质点间存在相互作用力。(介质内部的力学 性质决定的) ②机械振动在介质中的传播形成机械波 五、波动与振动的区别与联系
1.区别 ①从运动现象上来看: 振动是一个质点或一个物体的往 复运动,而波动是介质中大量质点依次发生振动而形成的 集体运动 ②从运动原因上来看振动是由于质点离开平衡位置后受到 回复力作用而形成的,而波动是介质中的某一部分受到扰 动后发生形变产生弹力牵引相邻的质点运动。
例3下列关于机械波的说法中,正确的是( ACD) A、产生机械波必须要有两个条件,即振源和传 播介质; B、波动过程是质点由近及远的传播过程 ; C、波动过程中能量由近及远传播; D、波动过程是机械振动在介质中的传播
例4、下列说法中,正确的是:( B ) A.有机械振动就一定有机械波; B.有机械波就一定有机械振动; C.振源一停止振动,波立即停止传播; D.由于各质点都要参与振动,所以媒质要随 波发产迁移。
一、复习引入. 1、什么是机械振动和简谐运动?
答:物体(或物体的一部分)在平衡位置(中心位置)附 近所做的往复运动,叫做机械振动;物体在跟位移大小 成正比,并且总是指向平衡位置的力的作用下的振动, 叫简谐运动。
2.简谐运动图象的物理意义是什么?
答:表示振动物体离开平衡位置的位移与时间的函 数关系,即表示振动物体离开平衡位置的位移随时 间变化的规律,即表示某振动物体在各个时刻相对 平衡位置的位移。简谐运动图象也叫振动图象( x——t图象)。
(2)、当受到外来扰动时,某一质点将首先离开 它的平衡位置开始振动起来(开始振动的这一质 点称为波源).
(3)、由于质点间存在相互作用力,波源质点对 它邻近质点的作用力使其离开平衡位置开始振 动,而邻近质点对波源质点的作用力使波源质 点回到平衡位置.因此,各质点间的相互作用 力是它们振动的回复力. (4)、波源邻近质点的振动又带动它邻近质点的 振动,这样依次带动下去,后一个质点总比前 一个质点迟一些开始振动,于是振动逐渐由近 及远的传播开去,从整体上看就形成凸凹(疏 密)相间的(机械)波. 带动性、模仿性、滞后性
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