高二扶中资料(机械波)

第二章、机械波共8页第1页第二章机械波一、机械波1、机械波：机械振动在介质中的传播，形成机械波。2、机械波的产生条件：①波源：引起介质振动的质点或物体②介质：传播机械振动的物质3、机械波形成的原因：是介质内部各质点间存在着相互作用的弹力，各质点依次被带动。4、机械波的特点和实质①机械波的传播特点a．前面的质点领先，后面的质点紧跟；b．介质中各质点只在各自平衡位置附近做机械振动，并不沿波的方向发生迁移；c．波中各质点振动的频率都相同；d．振动是波动的形成原因，波动是振动的传播；e．在均匀介质中波是匀速传播的。②机械波的实质a．传递振动这种运动形式（或信息）；b．传递能量的一种方式。5、机械波的基本类型：①横波：质点的振动方向跟波的传播方向垂直的波，叫做横波。表现形式：其中凸起部分的最高点叫波峰，凹下部分的最低点叫波谷。横波表现为凹凸相间的波形。②纵波：质点的振动方向跟波的传播方向在同一直线上的波，叫做纵波。表现形式其中质点分布较稀的部分叫疏部，质点分布较密的部分叫密部。纵波表现为疏密相间的波形。二、波的图象1、波的图象的建立①横坐标轴和纵坐标轴的含意义横坐标x表示在波的传播方向上各个质点的平衡位置；纵坐标y表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移。从形式上区分振动图象和波动图象，就看横坐标。②图象的建立：在xOy坐标平面上，画出各个质点的平衡位置x与各个质点偏离平衡位置的位移y的各个点(x，y)，并把这些点连成曲线，就得到某一时刻的波的图象。2、波的图象的特点①横波的图象特点横波的图象的形状和波在传播过程中介质中各质点某时刻的分布形状相似。波形中的波峰也就是图象中的位移正向最大值，波谷即为图象中位移负向最大值。波形中通过平衡位置的质点在图象中也恰处于平衡位置。在横波的情况下，振动质点在某一时刻所在的位置连成的一条曲线，就是波的图象，能直观地表示出波形。波的图象有时也称波形图或波形曲线。②纵波的图象特点在纵波中，如果规定位移的方向与波的传播方向一致时取正值，位移的方向与波的传播方向相反时取负值，同样可以作出纵波的图象。纵波的图象与纵波的“形状”并无相同之处。3、波的图象的物理意义波的图象表示在波的传播过程中各个质点在同一时刻偏离各自平衡位置的位移，或表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的情况。4、振动图象与波动图象的比较振动图象波的图象研究对象单个振动质点连续介质坐标含义用横坐标表示时间t，纵坐标表示振动物体相对平衡位置的位移。用横坐标表示各质点的平衡位置，纵坐标表示某一时刻各质点偏离各自平衡位置的位移。研究内容质点在振动过程中，位移随时间的变化某一时刻介质中各质点的空间分布物理意义表示单个质点振动位移随时间的变化规律，能表示振动质点在一段时间内运动情况。表示大量质点在同一时刻偏离平衡位置的位移，能直观地表示一列波在时刻t的波形。图线运动特点质点做简谐运动波形匀速传播，各质点做简谐运动反映信息直接得出质点在任意时刻的位移能得到振动的振幅能得到振动的周期能直接得出各质点在时刻t的位移能得到波的振幅能得到波的波长图线变化已画出的部分不随时间而变，随时间变化图线按原规律延伸。所选时刻不同，图线不同xtOTyxOλv第一章、机械振动共8页第2页5、简谐波①简谐波波源做简谐运动时，介质中的各个质点随着做简谐运动，所形成的波就是简谐波。②简谐波的特点简谐波的图象──波形曲线是正弦(或余弦曲线)。简谐波是一种最简单、最基本的波。三、波的图像的应用方法1、确定质点的振动方向根据“前面的质点领先，后面的质点紧跟”这一原则，结合波的传播方向与波形，可判断各质点在某时刻的振动方向。如右图所示，a、b两点相比较，a点是前面的质点，b点是后面的质点。图示时刻a点的正向位移比b点的正向位移大，可知b点向上振动。找出a点前面的质点，同理可知a点也向上振动。总结：①波峰、波谷点瞬时静止，波峰点下一时刻向下振动，波谷点下一时刻向上振动；②在波峰与波谷间质点的振动方向一致，在波峰(或波谷)的两侧质点的振动方向相反。③某一时刻的波形、波的传播方向与质点的振动方向称之为波的三要素，三者之间相互制约。④判断方法：“逆向上下坡”、“三角形法则”等。2、确定波形的变化(1)质点振动法依据在波的传播过程中质点上下振动而不随波迁移的特点，在正弦(或余弦)波中找出波峰(或波谷)及邻近的平衡位置，根据质点的振动方向，让它们同时振动到所求时刻，然后根据波的连续性和周期性，即可画出所求的波形图线。(2)波形平移法将某一时刻的波的图象沿波的传播方向移动一段距离Δx＝v·Δt，就得到t＋Δt时刻的波形图象。将波形沿着波的传播方向的反方向移动一段距离Δx＝v·Δt，就可以得到t－Δt时刻的波形图。若Δt＞T，根据波的周期性，只需平移Δx＝v(Δt－nT)即可。波形平移后，根据波的连续性和周期性，将缺少的部分补上或将多余的部分去掉。四、波长、频率、波速1、波长：在波动中，对平衡位置的位移总是相等的两个相邻质点间的距离，叫做波长。波长的物理实质是相距一个（或整数个）波长的两个质点的振动位移在任何时刻都相等，而且振动速度的大小和方向也相同，它们的振动步调一致。波长反映了波的空间周期性。2、频率：在波动中，各个质点的振动周期(或频率)是相同的，它们都等于波源的振动周期(或频率)，这个周期(或频率)也叫做波的周期(或频率)。波的频率（或周期）仅由波源决定，与介质无关。波的周期和频率反映了波的时间周期性。3、波速（1）波速：振动在介质中传播的速度，叫做波速。（2）公式v＝ΔxΔt＝λTv＝λf4、波速、波长和频率的关系①波速由介质本身的性质决定，同种机械波在同种介质中的传播速度相同（波速与波的类型有关）。②波的频率仅由波源决定，与介质无关。同一列波在不同的介质中传播时波速可以不同，波长可以不同，但波从一种介质进入另种介质时频率不变。○3波长由波速和波的频率（或周期）决定λ=fv=vT机械波在一个周期的时间里传播的距离等于一个波长。yxOvabyxOvtt＋T/4yxOvtt＋T/4ΔxyxOvtt－T/4Δx第二章、机械波共8页第3页例题分析：1、一简谐横波的波源的振动周期为1s，振幅为1cm，波速为1m／s，若振源质点从平衡位置开始向上振动，且从振源质点开始振动计时，当t＝0.5s时（）A．距振源41λ处的质点的位移处于最大值B．距振源41λ处的质点的速度处于最大值C．距振源21λ处的质点的位移处于最大值D．距振源21λ处的质点的速度处于最大值2一列波沿水平方向传播，某时刻的波形如图所示，则图中a、b、c、d四点在此时刻具有相同运动方向的是()A．a和cB．b和cC．a和dD．b和d3、一列波由一种介质进入另一种介质中继续传播，则()A．传播方向一定改变B．其频率不变C．如波速增大，频率也会增大D．如波长变小，频率也会变小4、如图所示，实线是一列简谐波在某一时刻的波形曲线，经0.5s后，其波形如图中虚线所示，设该波的周期T大于0.5s。a．如果波是向左传播的，波速是多大？波的周期是多大？b．如果波是向右传播的，波速是多大？波的周期又是多大？5、1999年9月台湾南投地区发生了里氏7．4级大地震，已知地震中的纵彼和横波在地表附近的传播速度为9．1km／s和3．7km／s，在某地的观测站中，记录了南投地震的纵波和横渡到达该地的时间差5．4S．（1）求这个观测站距南投的距离．（2）观测站首先观察到的是上下振动还是左右晃动？6、如图所示，一列机械波沿直线ab向右传播ab＝2m，a、b两点的振动情况如图，下列说法正确的是()A．波速可能是243m/sB．波长可能是83mC．波速可能大于23m/sD．波长可能大于83m7、地震震动以波的形式传播，地震波有纵波和横波之分。（1）图中是某一地震波的传播图，其振幅为A，波长为λ，某一时刻某质点的坐标为（λ，0）经1/4周期该质点的坐标是多少？该波是纵波还是横波。A．纵波（45λ，0）B．横波（λ，－A）C．纵波（λ，A）D．横波（45λ，A）（2）若a、b两处与c地分别相距300km和200km。当C处地下15km处发生地震，则A．C处居民会感到先上下颠簸，后水平摇动B．地震波是横波C．地震波传到a地时，方向均垂直地面D．a、b两处烈度可能不同8、如图所示，a、b是一列横波上的两个质点，它们在X轴上的距离s=30m，波沿x轴正方向传播，当a振动到最高点时b恰好经过平衡位置，经过3s，波传播了30m，并且a经过平衡位置，b恰好到达最高点，那么．A．这列波的速度一定是10m／sB．这列波的周期可能是0．8sC．这列波的周期可能是3sD．这列波的波长可能是24m9、一列波在媒质中向某一方向传播，图所示的为此波在某一时刻的波形图，并且此时振动还只发生在M、N之间．此列波的周期为T，Q质点速度方向在波形图中是向下的，下列判断正确的是（）A．波源是M，由波源起振开始计时，P质点已经振动的时间为T；B．波源是N，由波源起振开始计时，P点已经振动的时间为3T／4C．波源是N，由波源起振开始计时，P点已经振动的时间为T／4。D．波源是M，由波源起振开始计时，P点已经振动的时间为T／4y/cmx/cmO2448123abxt/sOab24abcd第一章、机械振动共8页第4页10、如图所示，O为上下振动的波源，振动频率为100Hz，它P所产生的横波同时向左、向在传播．波速为80m／s，M、N两质点距波源的距离分别为OM＝17．4m，ON＝16．2m，当波源通过平衡位置向上振动时，M、N两质点的位置分别为（）A．M点在波峰，N点在波谷；B．M、N两点均在波峰C．N点在波峰，M点在波谷；D．M、N两点均在波谷11、图是某时刻一列横波在空间传播的波形图线。已知波是沿x轴正方向传播，波速为4m/s，试计算并画出经过此时之后1.25s的空间波形图。12、如图所示，在xOy平面内有一沿x轴正方向传播的简谐振动横波，波速为1m/s，振幅为4cm，频率为2.5Hz，在t=0时刻，P点位于其平衡位置上方最大位移处，则距P点为0.2m的Q点A、在0.1s时的位移是4cm;B、在0.1s时的速度最大;C、在0.1s时的速度向下;D、在0到0.1s的时间内路程是4cm;13、一列简谐横波沿x轴传播，周期为T，t=0时刻的波形如图所示.此时平衡位置位于x=3m处的质点正在向上运动，若a、b两质点平衡位置的坐标分别为xa=2.5m，xb=5.5m，则A.当a质点处在波峰时，b质点恰在波谷B.t=T/4时，a质点正在向y轴负方向运动C.t=3T/4时，b质点正在向y轴负方向运动D.在某一时刻，a、b两质点的位移和速度可能相同14、一列简谐横波沿x轴正方向传播，振幅为A。t=0时，平衡位置在x=0处的质元位于y=0处，且向y轴负方向运动；此时，平衡位置在x=0.15m处的质元位于y=A处．该波的波长可能等于A．0.60mB．0.20mC．0.12mD．0.086m15、下列关于简谐振动和简谐机械波的说法正确的是（）A.弹簧振子的周期与振幅有关B.横波在介质中的传播速度由介质本身的性质决定C.在波传播方向上的某个质点的振动速度就是波的传播速度D.单位时间内经过媒质中一点的完全波的个数就是这列简谐波的频率16、一列简谐横波向右传播，波速为v。沿波传播方向上有相距为L的P、Q两质点（P在左，Q在右）。某时刻P、Q两质点都处于平衡位置，且P、Q间仅有一个波峰，经过时间t，Q质点第一次运动到波谷。求t的可能值（用v、L表示）。17、如图所示，在平面xy内有一沿水平轴x正向传播的简谐横波，波速为3.0m/s，频率为2.5Hz，振幅为8.0×10-2m.已知t=0时刻P点质元的位移为y=4.0×10-2m，速度沿y轴正向.Q点在P点右方9.0×10-1m处，对于QA.在t=0时，位移为y=-4.0×10-2mB.在t=0时，速度沿yC.在t=0.1s时，位移为y=-4.0×10-2mD.在t=0.1s时，速度沿y18、如图所示，S为振源，其振动频率f=100Hz，所产生的简谐横波向右传播，波速v=80m/s，P、Q为波的传播途