【步步高】2014-2015學(xué)年高中物理-2.2-機(jī)械波的案例分析課件-滬科版選修3-4

1、,,第2章 機(jī)械波,2.2 機(jī)械波的案例分析,1.能用s＝vt處理波的傳播問(wèn)題.2.理解振動(dòng)圖像和波的圖像的特點(diǎn)，會(huì)根據(jù)振動(dòng)圖像和波的圖像提供的相關(guān)信息分析有關(guān)問(wèn)題.3.知道波的圖像中，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向互相判斷的方法.4.理解波的周期性和雙向性特點(diǎn).,學(xué)習(xí)目標(biāo)定位,,,,,知識(shí)儲(chǔ)備區(qū),知識(shí)鏈接,1.各個(gè)質(zhì)點(diǎn) 位移 波長(zhǎng) 振幅2.(1)λf (2)①介質(zhì) ②波源 ③不變 發(fā)

2、生變化,,,,知識(shí)儲(chǔ)備區(qū),3.勻速 s＝vt4.帶動(dòng) 微平移5.空間 時(shí)間,新知呈現(xiàn),,,,學(xué)習(xí)探究區(qū),一、應(yīng)用s＝vt處理波的傳播類(lèi)問(wèn)題,二、波的圖像和振動(dòng)圖像的綜合問(wèn)題,三、波的傳播方向和質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向的關(guān)系,四、波在傳播過(guò)程中的周期性和雙向性,一、應(yīng)用s＝vt處理波的傳播類(lèi)問(wèn)題,波速由介質(zhì)的性質(zhì)決定，與波的頻率、質(zhì)點(diǎn)的振幅無(wú)關(guān)，在同一種均勻介質(zhì)中波速為一確定值.波速是振動(dòng)形式勻速傳播出去的速度，可以用s＝vt來(lái)

3、處理有關(guān)波的傳播類(lèi)問(wèn)題.,例1　如圖1所示，一列沿x軸正方向傳播的簡(jiǎn)諧橫波，波速大小為0.6 m/s，P點(diǎn)的橫坐標(biāo)為96 cm，從圖中狀態(tài)開(kāi)始計(jì)時(shí)，求：,圖1,(1)經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間，P質(zhì)點(diǎn)開(kāi)始振動(dòng)，振動(dòng)時(shí)方向如何？,解析　開(kāi)始計(jì)時(shí)時(shí)，這列波的最前端的質(zhì)點(diǎn)的橫坐標(biāo)是24 cm，根據(jù)波的傳播方向，可知這一點(diǎn)沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，因此在波前進(jìn)方向的每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)開(kāi)始振動(dòng)的方向都是沿y軸負(fù)方向，故P點(diǎn)開(kāi)始振動(dòng)時(shí)的方向是沿y軸負(fù)方向，P質(zhì)點(diǎn)開(kāi)始振動(dòng)的時(shí)間

4、是t＝ s ＝1.2 s.,答案　1.2 s　沿y軸負(fù)方向,(2)經(jīng)過(guò)多少時(shí)間，P質(zhì)點(diǎn)第一次到達(dá)波峰？,解析　P質(zhì)點(diǎn)第一次到達(dá)波峰的時(shí)間，其實(shí)是6 cm處的波峰這一波形傳到P點(diǎn)所需要的時(shí)間，則t′＝ s＝1.5 s.答案　1.5 s,二、波的圖像和振動(dòng)圖像的綜合問(wèn)題,若問(wèn)題中同時(shí)出現(xiàn)波的圖像和振動(dòng)圖像，除了要深刻理解它們各自的特點(diǎn)外，還應(yīng)注意

5、以下幾方面：(1)波的圖像與振動(dòng)圖像外形上很相似，辨別它們時(shí)要看圖像的橫坐標(biāo)是時(shí)間t還是位移x.(2)簡(jiǎn)諧波中的所有質(zhì)點(diǎn)都做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，它們的振幅、周期均相同.,(3)求解兩種圖像結(jié)合問(wèn)題的技巧是要從一種圖像中找到某一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)信息，再根據(jù)該質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)信息、題設(shè)條件和相應(yīng)的物理規(guī)律推知另一種圖像及相關(guān)情況.,例2　如圖2甲為一列簡(jiǎn)諧橫波在某一時(shí)刻的波形圖，圖乙為質(zhì)點(diǎn)P以此時(shí)刻為計(jì)時(shí)起點(diǎn)的振動(dòng)圖像.從該時(shí)刻起(　　),圖2,A.經(jīng)過(guò)0.

6、35 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)Q距平衡位置的距離小于質(zhì)點(diǎn)P距 平衡位置的距離B.經(jīng)過(guò)0.25 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)Q的加速度大于質(zhì)點(diǎn)P的加速度C.經(jīng)過(guò)0.15 s時(shí)，波沿x軸的正方向傳播了3 mD.經(jīng)過(guò)0.1 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)Q的運(yùn)動(dòng)方向沿y軸正方向,解析　由振動(dòng)圖像可判定t＝0時(shí)刻時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P向下振動(dòng)，則機(jī)械波向右傳播.經(jīng)0.35 s，即經(jīng)1 T 時(shí)，P點(diǎn)在波峰，故Q距平衡位置的距離小于P到平衡位置的距離，A對(duì)；經(jīng)0.25 s，即經(jīng)1 T時(shí)，P在波

7、谷，Q的加速度小于P的加速度，B錯(cuò)；,波速v＝ m/s＝20 m/s，所以經(jīng)0.15 s波沿x軸的正方向傳播的距離s＝vΔt＝20×0.15 m＝3 m，C對(duì)；Q點(diǎn)在圖示時(shí)刻向上振動(dòng)，即沿y軸正方向，經(jīng)半個(gè)周期，其運(yùn)動(dòng)方向沿y軸負(fù)方向，D錯(cuò).答案　AC,返回,三、波的傳播方向和質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向的關(guān)系,已知質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向，判斷波的傳播方向或與之相反的問(wèn)題，其判斷的基本規(guī)律是橫波的形成與傳播的特點(diǎn)，常用以下

8、兩種方法進(jìn)行分析：(1)帶動(dòng)法：先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)鄰近的后振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，在質(zhì)點(diǎn)a靠近振源一方附近的圖像上另找一點(diǎn)a′點(diǎn).若a′點(diǎn)在a點(diǎn)上方，則a向上運(yùn)動(dòng)，若a′點(diǎn)在a點(diǎn)下方，,則a向下運(yùn)動(dòng)(如圖3所示).反之，可由質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向判斷波的傳播方向.,圖3,(2)微平移法：若假設(shè)波沿某方向傳播，將圖像沿波的傳播方向移動(dòng)一段距離Δx(Δx< )，然后觀察題中所述質(zhì)點(diǎn)位置變化是否符合實(shí)際振動(dòng)情況，從而確定波的傳播方向.反之，可由質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)

9、方向判斷波的傳播方向.,例3　一列橫波在某時(shí)刻的波形如圖4所示.若此時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)a的振動(dòng)方向向下，則波向什么方向傳播？,圖4,解析　方法一：用帶動(dòng)法取和a點(diǎn)相鄰的兩個(gè)點(diǎn)b、c(如圖)，若a點(diǎn)此時(shí)刻向下振動(dòng)，則b點(diǎn)應(yīng)是帶動(dòng)a點(diǎn)振動(dòng)的，c點(diǎn)應(yīng)是在a點(diǎn)帶動(dòng)下振動(dòng)的，所以b點(diǎn)先振動(dòng)，其次是a、c兩點(diǎn).因此，波是向左傳播的.,方法二：用微平移法如圖波形向左微平移，才會(huì)使a質(zhì)點(diǎn)向下振動(dòng)，故波向左傳播.,答案　向左傳播,返回,四、波在傳播過(guò)程中的周期

10、性和雙向性,1.波的周期性是指波在空間上的周期性和時(shí)間上的周期性.(1)空間周期性：沿波的傳播方向上，相隔n(n為自然數(shù))個(gè)波長(zhǎng)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的步調(diào)是完全相同的.(2)時(shí)間周期性：機(jī)械波在一個(gè)周期內(nèi)的不同時(shí)刻，圖像的形狀是不同的，但在相隔時(shí)間為周期的整數(shù)倍的不同時(shí)刻，波形圖像是完全相同的.,2.波傳播的雙向性：波在傳播過(guò)程中可能沿x軸正方向傳播，也可能沿x軸負(fù)方向傳播.由于波傳播具有周期性和雙向性，故容易出現(xiàn)多解問(wèn)題.,例4　一列橫波

11、在x軸上傳播，t1＝0和t2＝0.005 s時(shí)的波形如圖5所示中的實(shí)線和虛線所示.,圖5,(1)設(shè)周期大于(t2－t1)，求波速.,解析　當(dāng)波傳播的時(shí)間小于周期時(shí)，則波沿傳播方向前進(jìn)的距離小于一個(gè)波長(zhǎng)；當(dāng)波傳播的時(shí)間大于周期時(shí)，則波沿傳播方向前進(jìn)的距離大于一個(gè)波長(zhǎng).這時(shí)從波形的變化上看出的傳播距離加上n個(gè)波長(zhǎng)才是波實(shí)際傳播的距離.,因Δt＝t2－t1<T，所以波傳播的距離可以直接由圖讀出.若波向右傳播，則在0.005 s內(nèi)傳播了

12、2 m，故波速為v＝ ＝400 m/s.若波向左傳播，則在0.005 s內(nèi)傳播了6 m，故波速為v＝ ＝1 200 m/s.,答案　波向右傳播時(shí)v＝400 m/s；波向左傳播時(shí)，v＝1 200 m/s,(2)設(shè)周期小于(t2－t1)，并且波速為6 000 m/s.求波的傳播方向.,解析 因Δt＝t2－t1>T，所以波傳播的距離大于一個(gè)波長(zhǎng)，在0.005 s內(nèi)傳播的距離為Δx＝vΔ

13、t＝6 000×0.005 m＝30 m.因此，可得波的傳播方向沿x軸的負(fù)方向.答案　x軸負(fù)方向,返回,課堂要點(diǎn)小結(jié),返回,機(jī)械波的案例分析,s＝vt的應(yīng)用,波的圖像和振動(dòng)圖像的綜合問(wèn)題,波的傳播方向和質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向的關(guān)系,帶動(dòng)法微平移法,波傳播的周期性和雙向性(造成多解),周期性,空間周期性時(shí)間周期性,雙向性,,,,,,,,自我檢測(cè)區(qū),1,2,3,a.波長(zhǎng)為1.2 mb.波源起振方向沿y軸正方向c.波速大

14、小為0.4 m/sd.質(zhì)點(diǎn)A的動(dòng)能在t＝4 s時(shí)最大,1,2,3,1.(2014·山東·38(1))一列簡(jiǎn)諧橫波沿直線傳播.以波源O由平衡位置開(kāi)始振動(dòng)為計(jì)時(shí)零點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)A的振動(dòng)圖像如圖6所示，已知O、A的平衡位置相距0.9 m，以下判斷正確的是 .(雙選，填正確答案標(biāo)號(hào)),圖6,ab,1,2,3,2.一列簡(jiǎn)諧橫波沿直線由A向B傳播，A、B相距0.45 m，如圖7所示是A處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像.當(dāng)A處質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到

15、波峰位置時(shí)，B處質(zhì)點(diǎn)剛好到達(dá)平衡位置且向y軸正方向運(yùn)動(dòng)，這列波的波速可能是(　　)A.4.5 m/s B.3.0 m/sC.1.5 m/s D.0.7 m/s,圖7,1,2,3,解析　從題圖中可知周期T為0.4 s.由題可知質(zhì)點(diǎn)A、B間最簡(jiǎn)單波形如圖所示，,A、B間距和波長(zhǎng)的關(guān)系為x＝(n＋ )λ，再由公式v＝ 得v＝ (n＝0,1,2，…)，代入數(shù)據(jù)可知波速v可能為4.5 m/s，選項(xiàng)A正確

16、.,答案　A,1,2,3,3.如圖8(a)是一列簡(jiǎn)諧橫波在t＝0.2 s時(shí)的波形圖，其中O是波源，圖(b)是波上某一點(diǎn)P的振動(dòng)圖像.,圖8,1,2,3,(1)該波的波長(zhǎng)為 m，周期為 s，波速為 m/s.,解析　由圖(a)知波長(zhǎng)λ＝4 m，由圖(b)知周期T＝0.2 s，所以波速v＝ ＝20 m/s.,4,0.2,20,1,2,3,(2)說(shuō)明P質(zhì)點(diǎn)的位置.,解析　由圖(b)知0.2 s時(shí)P

17、質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)平衡位置正向上運(yùn)動(dòng)，且它已振動(dòng)了一個(gè)周期，所以它應(yīng)是圖(a)中的波源O，其橫坐標(biāo)x＝0.,答案 波源O所在位置，橫坐標(biāo)x＝0,1,2,3,(3)畫(huà)出t＝0.4 s和t＝0.55 s的波形圖.,解析　t＝0.4 s時(shí)，從圖(a)得Δt1＝0.2 s＝T，波形正好向右平移了一個(gè)波長(zhǎng)，因此0～4 m之間的波形與t＝0.2 s時(shí)波形相同，此時(shí)波形如圖中實(shí)線所示.,1,2,3,t＝0.55 s時(shí)，從圖(a)得Δt2＝0.35 s＝1