2.1機械振動的傳播

1、2.1 機械波的形成和傳播,第二章 機械波,溫故知新:,提問：什么是機械振動？什么是簡諧運動？,機械振動：物體在平衡位置附近的往復運動 簡諧運動：物體在跟位移大小成正比，并且總是指向平衡位置的力的作用下的振動,提問：向平靜水中,投石子會看到什么現(xiàn)象？,以石子擊水點為中心，振動（波浪）遠離中心向四周傳播，直到很遠.,提問：繩子一端固定，手拿另一端水平拉直，上下抖動看到什么現(xiàn)象？,看到一列凸凹相間的波形（振動形式）向繩子的另一端傳去,一、機械波的形成和傳播,活動,如圖2-1-2所示，準備一根長約10m的軟繩并放置在水平面上，將繩上的兩點涂上不同顏色的標記.固定一端，用手握住繩的另一端，拉直軟繩.,

2、1.如果手不做左右振動，繩子處于什么狀態(tài)？ 2.手向左抖動一次和向右抖動一次，你看到什么現(xiàn)象？ 3.手連續(xù)左右抖動，你看到了什么現(xiàn)象？畫出在某一時刻軟繩形狀的草圖. 4.軟繩一端的振動是怎樣傳到繩的另一端的？繩上有標記的兩點怎樣運動？隨波前進嗎？ 5.手以不同頻率和不同幅度連續(xù)左右抖動，繩子的形狀有什么區(qū)別？,聲波,水波,彈簧縱波,繩波,光波,電磁波,地震波,生活中無處不在的波,請點擊手,看教材P22-23：,為什么繩上各點都能動起來呢？凹凸相間的波是怎樣形成的呢？,設想:把繩分成很多小段,每一個小段可以看做一個質(zhì)點,質(zhì)點之間有相互作用力,一切機械波都是振動狀態(tài)在某些物體中的傳播. 對繩一端的

3、抖動依次引起了繩中各段的振動，振動在繩中的傳播形成了繩波；對水面一處的擾動由近及遠引起了水面各部分的振動，此振動在水中的傳播形成了水波；擊鼓時，對鼓皮的擾動引起了周圍空氣的振動，此振動在空氣中的傳播形成了聲波.,由于相鄰質(zhì)點間存在著相互作用，當繩中某一質(zhì)點發(fā)生振動（振源）時，就會帶動相鄰的質(zhì)點，使它上下振動。這個質(zhì)點又帶動更遠一些的質(zhì)點振動起來，從而使繩子上的質(zhì)點都跟著振動起來。繩端這種上下振動的狀態(tài)就沿繩子傳了出去，從整體上看就是一些凹凸相間的波形。,繩、水、空氣等能夠傳播振動的物質(zhì)，叫做介質(zhì). 機械振動在介質(zhì)中的傳播稱為機械波. 振動狀態(tài)傳播的方向就是波的傳播方向. 引起開始振動的裝置通常

4、叫做波源.,從繩波中可以看到，軟繩上有標記的兩質(zhì)點只在各自的平衡位置附近上下振動，并沒有隨波的傳播而向前移動. 因此機械波是機械振動這一運動形式（包括波源的振動信息）的傳播，介質(zhì)本身并沒有沿著波的方向發(fā)生遷移. 當振動在繩中傳播時，各質(zhì)點由于上下運動而具有動能；同時由于形變，又具有彈性勢能，這樣隨著振動的傳播，波源的能量就被波傳遞出去，所以機械波的傳播也是機械能的傳播. 波是傳遞能量的一種形式.,2.產(chǎn)生條件：同時存在振源和介質(zhì)，兩者缺一不可,波源保持持續(xù)振動的物體或質(zhì)點（內(nèi)因）,1.定義：機械振動在介質(zhì)中的傳播，形成機械波,機械振動是產(chǎn)生機械波的必要條件.,介質(zhì)借以傳播波的物質(zhì)（外因）,機械

5、波不能在真空中傳播.,3.機械波的規(guī)律（特點）,（1）介質(zhì)中各個質(zhì)點不是同時起振的，離振源近的質(zhì)點先起振。（步調(diào)不一致） 前面的質(zhì)點帶動后面的質(zhì)點振動，后面的質(zhì)點重復前面的質(zhì)點的振動，并且后面的質(zhì)點的振動依次滯后前面的質(zhì)點.,（2）介質(zhì)中質(zhì)點在各自的平衡位置附近做機械振動，質(zhì)點本身并不隨波遷移.,（3）傳播過程中各質(zhì)點的振動都是受迫振動，驅(qū)動力來源于振源。介質(zhì)中各個質(zhì)點的起振方向、周期、頻率、振幅和波源相同. （具有周期性）,（5）機械波在同種介質(zhì)中是勻速傳播的.,（6）振源振動一個周期，波向前傳一個完整波形.,（7）振源停止振動，波可以繼續(xù)向前傳播.,（4）波向前傳播的是振動形式、能量和信息

6、.,二、橫波與縱波,按介質(zhì)中質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向的關系不同，常將波分為橫波和縱波.,觀察思考,1.觀察橫波演示器所演示的橫波的發(fā)生情況圖2-1-4（a）.記下你的觀察結果.,若介質(zhì)中質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向垂直，這種波稱為橫波.例如在繩上傳播的波就是橫波（圖2-1-5）. 從橫波演示實驗中可知橫波是一個凹凸相間的波，凸起來的最高處叫波峰，凹下去的最低處叫波谷.當波源的振動通過介質(zhì)傳播出去后，就形成了一個具有波峰和波谷的完整波形.由于相鄰質(zhì)點不斷地連續(xù)上、下振動，波峰和波谷的形狀不斷向前推進.,2.觀察縱波演示器所演示的縱波的發(fā)生情況圖2-1-4（b）.記下你的觀察結果.,若介質(zhì)中質(zhì)

7、點的振動方向和波的傳播方向平行，這種波稱為縱波.例如推拉彈簧的一端，就可在彈簧上形成縱波（圖2-1-6）. 在空氣中傳播的聲波也是縱波（圖2-1-7）.,從縱波演示實驗中可知縱波是介質(zhì)密集和稀疏相間的波.介質(zhì)中質(zhì)點分布密集的部分叫做密部，質(zhì)點分布稀疏的部分叫做疏部.這種質(zhì)點分布的疏密狀態(tài)隨著時間而沿波的前進方向傳播出去. 不管是橫波還是縱波，如果傳播的振動是簡諧運動，這種波就叫做簡諧波.,橫波和縱波,1.橫波：質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直的波，其中凸起部分的最高點叫波峰，凹下部分的最低點叫波谷.,2.縱波：質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向平行的波；其中質(zhì)點分布較稀的部分叫疏部，質(zhì)點分布較密的部

8、分叫密部.,觀察：波峰和波谷 密部和疏部,波峰,橫波和縱波,橫波,縱波,橫波只能在固體中傳播，不能在液體、氣體中傳播.,縱波可以在固體、液體、氣體中傳播.,1.聲波是縱波. 2.地震波既有橫波（沿地面一直延伸到很遠的地方）又有縱波（直接到達地面）. 3.水波是比較復雜的機械波，其中既有橫波，又有縱波.,波的分類,水波離開了它產(chǎn)生的地方,而那里的水并不離開,就象風在田野里掀起的麥浪.我們看到,麥浪滾滾地在田野里奔去,但是麥子卻仍舊留在原來的地方. 達 . 芬奇,單個質(zhì)點所表現(xiàn)出的 周期性運動,大量質(zhì)點共同表現(xiàn)出的周期性運動,質(zhì)點受到指向平衡位置的回復力作用,介質(zhì)中相鄰質(zhì)點間存在相互作用的彈力,振

9、動是波動的起因,波動是振動的傳播,1區(qū)別 振動是一個質(zhì)點的往復運動，而波動是介質(zhì)中 許多質(zhì)點的集體運動 2聯(lián)系 （1）都是周期性的運動：波動周期等于質(zhì)點的振動周期 （2）從構成介質(zhì)的某一質(zhì)點來看，所呈現(xiàn)的現(xiàn)象是振動，從介質(zhì)的整體來看，所呈現(xiàn)的現(xiàn)象是波動 （3）振動是形成波動的必要條件，但有振動不一定存在波動 （4）波動是振動形式（信息和能量）的傳播過程,波動與振動,科普知識,1.超聲波：是頻率高于20000赫茲的聲波，它方向性好，穿透能力強，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠，可用于測距、測速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等。在醫(yī)學、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上有很多的應用。超聲波因其頻率下限大約等于

10、人的聽覺上限而得名。,2.次聲波：頻率小于20Hz的聲波叫做次聲波。次聲波不容易衰減，不易被水和空氣吸收。而次聲波的波長往往很長，因此能繞開某些大型障礙物發(fā)生衍射。某些頻率的次聲波由于和人體器官的振動頻率相近，容易和人體器官產(chǎn)生共振，對人體有很強的傷害性，可致人死亡。它的應用有以下幾個方面： 1研究自然次聲的特性和產(chǎn)生機制，預測自然災害性事件。2通過測定人和其他生物的某些器官發(fā)出的微弱次聲的特性，可以了解人體或其他生物相應器官的活動情況。3.通過測定自然或人工產(chǎn)生的次聲在大氣中傳播的特性，可探測某些大規(guī)模氣象過程的性質(zhì)和規(guī)律。4.次聲在軍事上的應用，利用次聲的強穿透性制造出能穿透坦克、裝甲車的

11、武器 。,科普知識,精講細練,例1.日常生活中，發(fā)現(xiàn)球掉入池塘里，能否通過往池塘丟入石塊，借助石塊激起的水波把球沖到岸邊？,解析：不能向水中投入石塊，水面受到石塊的撞擊開始振動，形成水波向四周傳去但是，實際上水波向四周傳播而水只是上下振動并不向外遷移，所以球也僅僅是上下振動而不會向岸邊運動,水波很容易被認為是一種橫波，實際上并非如此。在平衡的情況下，水的表面是水平的。水面發(fā)生擾動時，使水面恢復水平的回復力有兩個，一個是重力，另一個是表面張力。 水波中，對水面質(zhì)點提供的回復力在波長很小時，表面張力的作用是主要的，這種波叫做表面張力波。 對于波長很長很長的波，表面張力的作用可以忽略，波動主要是重力

12、作用的結果，這種波叫做重力波。 由于水的不可壓縮性，波峰中的水必然是從附近的波谷中流出來的。因此，水波中的每個質(zhì)點的運動都是由縱向運動和橫向運動合成的。,科普知識,例2.下列說法不正確的有（） A.聲波在空氣中傳播時是縱波，在水中傳播時是橫波 B.波不但傳遞能量，還能傳遞信息 C.質(zhì)點振動的方向總是垂直于波傳播的方向 D.一切機械波的傳播均需要介質(zhì),AC,例3.區(qū)分橫波和縱波的依據(jù)是（ ） A.質(zhì)點沿水平方向還是豎直方向振動 B.波沿水平方向還是豎直方向傳播 C.質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向是相互垂直 還是在一條直線上 D.波傳播距離的遠近,C,海水受海風的作用和氣壓變化等影響，促使它離開原來

13、的平衡位置，而發(fā)生向上、向下、向前和向后方向運動。這就形成了海上的波浪。波浪是一種有規(guī)律的周期性的起伏運動。 當波浪涌上岸邊時，由于海水深度愈來愈淺，下層水的上下運動受到了阻礙，受物體慣性的作用，海水的波浪一浪疊一浪，越涌越多，一浪高過一浪。與此同時，隨著水深的變淺，下層水的運動，所受阻力越來越大，以至于到最后，它的運動速度慢于上層的運動速度，受慣性作用，波浪最高處向前傾倒，摔到海灘上，成為飛濺的浪花 。,科普知識,“無風不起浪”和“無風三尺浪”的說法都沒有錯，事實海上有風沒風都會出現(xiàn)波浪。 通常所說的海浪，是指海洋中由風產(chǎn)生的波浪。包括風浪、涌浪和近岸波。無風的海面也會出現(xiàn)涌浪和近岸波，這大

14、概就是人們所說“無風三尺浪”的證據(jù)，但實際上它們是由別處的風引起的海浪傳播來的。廣義上的海浪，還包括天體引力、海底地震、火山爆發(fā)、塌陷滑坡、大氣壓力變化和海水密度分布不均等外力和內(nèi)力作用下，形成的海嘯、風暴潮和海洋內(nèi)波等。它們都會引起海水的巨大波動，這是真正意義上的無風也起浪。,科普知識,海浪的主要類型： 風浪，指的是在風的直接作用下產(chǎn)生的水面波動。 涌浪，指的是風停后或風速風向突變區(qū)域內(nèi)存在下來的波浪和傳出風區(qū)的波浪。 近岸浪，指的是由外海的風浪或涌浪傳到海岸附近，受地形作用而改變波動性質(zhì)的海浪。,科普知識,例4.沿繩傳播的一列機械波，當波源突然停止振動時( ) A.繩上各質(zhì)點同時停止振動，橫波立即消失 B.繩上各質(zhì)點同時停止振動，縱波立即消失 C.離波源較近的各質(zhì)點先停止振動，較遠的各質(zhì)點稍后停止振動 D.離波源較遠的各質(zhì)點先停止振動，較近的各質(zhì)點稍后停止振動,C,例5.關于機械波和機械振動的下列說法，正確的是（ ） A有機械振動，就一定產(chǎn)生機械波 B有機械波，則一定有機械振動 C機械波就是質(zhì)點在