1、第十九章 机械波知能图谱一、波的描述及图像分析知识能力解读知能解读（一）机械波1定义：机械振动在介质中的传播形成机械波。2机械波的形成离波源较近的前面的质点的振动在质点间的相互作用力下带动离波源较远的后面的质点的振动，后面质点的振动重复前面质点的振动形成机械波。3波的产生条件：（1)要有振源(波源)做机械振动；(2)要有介质，利用介质间的弹性带动周围质点发生振动，使振动在介质中传播开来。两个条件缺一不可。4分类：横波与纵波横波：质点的振动方向与波的传播方向垂直，这样的波叫做横波。横波是凸、凹（即波峰、波谷）相间的。纵波：质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上，这样的波叫做纵波。纵波是疏部与密
2、部相间的，因此纵波又称疏密波。5波的特点(1)各质点的振动周期都与波源的振动周期相同。(2)离波源越远，质点的振动越滞后。但各质点的起振方向与波源起振方向相同。(3)波传播的是振动的形式，介质中的每个质点只在自己的平衡位置附近振动，质点并不随波迁移。波是一种“集体运动”个别质点形不成波。(4)波是传递能量的一种方式。波在传播“振动”这种运动形式的同时，也将波源的能量传递出去。(5)波可以传递信息。例如：语言利用声波。知能解读（二)波的图像用横坐标表示在波的传播方向上各个质点的平衡位置，纵坐标表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移，并规定在横波中位移方向向上时为正值，位移方向向下时为负值。把各个
3、质点在某一时刻所在位置连成曲线，就得到该时刻波的图像。知能解读(三)振动图像与波的图像的比较 图像 名称对比内容振动图像波的图像研究对象一个振动质点沿波传播方向上所有振动质点形象比喻记录着一个人一段时间内活动的录像带记录着许多人某时刻动作表情的集体照片图像形式物理意义表示某质点各个时刻相对平衡位置的位移表示某时刻各个质点相对平衡位置的位移图像信息(1)质点振动周期(2)质点振幅(3)各时刻质点位移(4)各时刻质点速度和加速度方向(1)波长和振幅(2)任一质点此时刻的位移(3)任一质点此时刻加速度的方向(4)波的传播方向、振动方向的互判研究内容一质点位移随时间的变化规律某时刻所有质点的空间分布规
4、律图像的变化随着时间的推移，图像将沿着横坐标轴的正方向延伸，但原有的图像不发生变化随着时间的推移，波的图像将沿波的传播方向平移，且每经一个周期，图像又恢复原来的形状两个相邻峰值间沿横轴的间距等于质点振动的周期，显示出振动的时间周期性等于一个波长，显示出波动的空间周期性方法技巧归纳方法技巧(一)波的传播方向与质点振动方向互判方法方法指导.（1)微平移法如图所示，实线为时刻的波形图，作出微小时间过后的波形如图中虚线，由图可见时刻的质点由(或)位置经过后运动到(或)处，这样就可以判断出质点的振动方向。若已知质点的振动方向，也可推出波形的移动方向，即波的传播方向。(2)上下坡法沿着波的传播方向看，上坡
5、的点向下振动，下坡的点向上振动，即“上坡下、下坡上”。例如，图中，点向上振动，点向下振动。(3)同侧法质点的振动方向与波的传播方向在波的图像的同一侧，如图所示。方法技巧(二）由波速方向及某时刻的波形曲线出另一时刻波形图的方法方法指导，（1)平移法：先算出经时间波传播的距离，再把波形向传播方向推进即可。因为波形推进波长的整数倍距离时，波形和原来重合，所以，实际处理时通常采用“去整留零”的方法。(2)特殊点法：取相距的两个特殊点(波峰与平衡位置或波谷与平衡位置)来研究，根据两质点的振动方向，判断出两质点经时间后的位置，再过这两位置画出相应的正(余)弦波形曲线即可。易错易混辨析易错易混 质点的振动与
6、波动的关系波在传播时，传播的只是质点的振动形式和能量，质点并不随波的传播而发生迁移，每个质点只能在各自的平衡位置附近振动，不管是横波还是纵波，这一点易发生误解，其原因是没有把波的传播和质点的振动区分开。从速度这个物理量也可以说明波的传播速度在同种介质中是不变的，即波在均匀介质中匀速传播。而每个质点的速度是变化的，质点做的是变速运动。高考能力培养高考能力 考纲解读内容要求考纲解读机械波知道什么是机械波横波和纵波知道什么是横波和纵波横波的图像掌握横波的图像二、波动的周期性及的应用知识能力解读知能解读(一)描述机械波的物理量1波长波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离，叫波长，用“”表示。(
7、1)在横波中，两个相邻波峰或两个相邻波谷之间的距离等于波长。(2)在纵波中，两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离等于波长。说明(1)机械波在一个周期内传播的距离等于一个波长。(2)波长反映了波在空间的周期性。2周期和频率(1)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波的周期或频率。(2)同一列波从一种介质进入另一种介质时，波的频率不变。3波速(1)定义：波在介质中传播的速度。(2)波速的大小由介质决定，与波的频率、质点振动的振幅无关。同种类型的波在同一种均匀介质中，波速是一个定值。知能解读(二）波长、波速和频率(周期)的关系。方法技巧归纳方
8、法技巧 多解问题的解题技巧方法指导 波传播的周期性和传播方向的双向性，会引起波的传播的多解，具体表现有：(1)波形移动的距离与波长的关系不确定，必有系列解，若与有一定的约束关系，可使系列解转化为有限解或唯一解；(2)波形变化的时间与周期的关系不确定，必有系列解，关系式为，若与有一定的约束关系，可使系列解转化为有限解或唯一解；(3)波的传播方向不确定必有两种可能解；(4)两质点间的波形不确定形成多解。高考能力培养高考能力 考纲解读内容要求考纲解读波速、波长和频率(周期)的关系掌握波速、波长和频率的关系并能灵活应用三、波的反射、折射、衍射、干涉及多普勒效应知识能力解读.知能解读（一）波的反射和折射
9、1波的反射(1)定义：波在传播过程中遇到障碍物会返回来继续传播的现象，叫波的反射。(2)反射规律反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同。入射波线、法线、反射波线在同一平面内，反射角等于入射角。2波的折射(1)定义：波从一种介质进入另一种介质时，传播方向发生改变的现象，叫波的折射。(2)折射定律内容：波发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度与波在第二种介质中的速度之比。公式：。如图所示，和分别为波在介质1和介质2中的入射角和折射角，和分别为波在介质1和介质2中的波速。3叫做第二种介质对第一种介质的折射率。知能解读(二)波的衍射和干涉1波的衍射(1)定义：波可以绕过障
10、碍物继续传播，这种现象叫波的衍射。(2)发生明显衍射现象的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长小时，才能观察到明显的衍射现象。(3)一切波都能发生衍射现象，衍射现象是波特有的现象。波长较长的波容易发生明显衍射现象。2波的叠加几列波相遇时能够保持各自的运动状态继续传播，在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和。3波的干涉(1)定义：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，这种现象叫波的干涉。干涉也是波特有的现象。(2)产生稳定干涉图样的必要条件：两列波的频率必须相同。(3)干涉图
11、样及其特征干涉图样(如图)特征加强区与减弱区的位置固定不变，且二者互相间隔，加强区始终加强，减弱区始终减弱。知能图谱(三）多普勒效应1定义：由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象，叫做多普勒效应。2规律：当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率增大；当波源与观察者远离时，观察者接收到的频率减小。方法技巧归纳方法技巧 振动加强点与减弱点的两判断方法方法指导（1)条件判断法：振动频率相同、振动方向相同的两波源产生的波叠加时，加强、减弱条件如下：设某点到两波源的距离差为，那么当时为加强点；当时为减弱点。若两波源振动步调相反，则上述结论相反。(2)现象判断法：若某点总是波峰
12、与波峰(或波谷与波谷)相遇，该点为加强点；若总是波峰与波谷相遇，则为减弱点。易错易混辨析易错易混 波的干涉常见误区误区1 不同频率的两列波也能产生干涉现象走出误区 任何不同频率的两列波相遇都可以叠加，这只不过是一般的叠加现象，虽有振动加强点和振动减弱点，但这些点不是固定的，而是随时变化的，因此看不到稳定的干涉图样，也就不是波的干涉。所以，只有相同频率的波在相遇区域内才能发生干涉现象。误区2 振动加强的质点和振动减弱的质点交替出现走出误区 图中区内质点振动加强，这些质点振幅很大，振动强烈，始终如此。区内质点振动减弱，这些质点振幅很小(或为0)，振动不强烈，这两类质点是间隔出现而不是交替出现的。误区3 振动减弱质点的位移一定小于振动加强质点的位移走出误区 对于某一个振动的质点，位移是随时间变化的，但变化范围是。振动加强质点的振幅一定大于振动减弱质点的振幅，但某一时刻振动加强的质点群中有位移很大的质点，也有位移很小的质点，而振动减弱的质点群中同样有位移很大的质点和位移很小的质点。因此，该时刻振动减弱的质点群中某些位移很大的质点，位移是可以大于振动加强质点群中的某些位移很小的质点位移的。高考能力培养高考能力()考纲解读内容要求考纲解读波的干涉和衍射现象知道什么是波的干涉和衍射及条件多普勒效应知道什么是多普勒效应