3.3.2机械波的传播现象 课件-2026-2027学年高二上学期物理粤教版选择性必修第一册

高二—粤教版—物理—第三单元 机械波的传播现象（2） 同学们好，我是广州市执信…，本节课我们学习机械波…第二课时 上节课我们介绍了机械波的衍射、反射和折射现象。请说出以下模拟视频中有哪种现象。 反射 衍射 上节课我们介绍了机械波的衍射、反射和折射现象。看以下模拟视频，请说出视频中有哪种波的传播现象。 可以发现中间黄色的线段，是一段挡板，入射波在挡板上发生了反射，同时，入射波也在挡板边缘发生了衍射。有小部分机械波传播到了挡板后部。在第一课时中，我们仅讨论了一个入射波的情况，但自然届中的多个机械波经常同时出现。当它们相遇时会发生什么呢？ 两列水波相遇后，其传播状态是否相互影响呢？是否会像两个小球碰撞一样，运动状态发生改变呢？ 例如两个水波相遇后，其传播状态是否相互影响呢？可能有些同学开始了猜想，感觉波会和两个小球碰撞一样，改变运动状态。波的相遇和小球一样吗？ 带着这个疑问，我们看一个实验 一、机械波的叠加 一、机械波的叠加 我们发现，两列波在彼此相遇以后，仍像相遇前那样，各自保持原有的波形继续前行;两列波在相遇叠加时每列波都是独立地保持自己原有的特性,如同在各自的传播路径中并没有遇到其他波一样. 从实验中我们发现，两列波在彼此相遇以后，仍像相遇前那样，各自保持原有的波形继续前行;两列波在相遇叠加时每列波都是独立地保持自己原有的特性,如同在各自的传播路径中并没有遇到其他波一样. 下方图片显示出红色圆代表的波和蓝色圆代表的波继续保持圆形波面，没有改变形状。 一、机械波的叠加 两列波相遇时，质点的位移怎么确定呢？ 两列波相遇时，相遇范围内质点的位移怎么精确确定呢？我们来看一个一维的情况，可以更清晰的显示单个质点的位移。 一、机械波的叠加 相遇区域中各点的位移，就是这两列波引起的位移的合成 我们发现，相遇区中各点的位移，就是这两列波引起的位移的合成。动态过程如图所示。 用水波示意如下，两列波相向而行，左边的波振动的振幅是h1，右边的波振动的振幅是h2，则它们相遇后某瞬间，可以合成出h1+h2的振幅。 一、机械波的叠加 相遇区域中各点的位移，就是这两列波引起的位移的合成 选出相遇时的任一瞬间，再选择任一个质点，它的位移就=，其中y1是左边红色波在此的位移，y2是右边蓝色波在此的位移 一、机械波的叠加 波的叠加原理 相遇前：两列波按照自己的特性独自传播（独立性）； 相遇时：相遇区域中各质点的位移是这两列波引起的位移的合成； 相遇后：两列波仍按照原有的特性独自传播（仿佛之前没有与其他波相遇一样，不受影响） 注意：一般来说，几列波在空间叠加时的情形是很复杂的.以下只讨论一种最简单而又最重要的情形，即振动频率相同、振动方向相同、相位差恒定的两列波的相遇情形. 我们可将波的叠加原理可总结如下： 相遇前：两列波按照自己的特性独自传播（可称为波传播的独立性）； 相遇时：相遇区域中各质点的位移是这两列波引起的位移的合成； 相遇后：两列波仍按照原有的特性独自传播（仿佛之前没有与其他波相遇一样，不受影响） 以上描述虽然是对2列波而言的，但多列波叠加时，也满足同样的原理。 但是一般来说，几列波在空间叠加时的情形是很复杂的.以下只讨论一种最简单而又最重要的情形，即振动频率相同、振动方向相同、相位差恒定的两列波的相遇情形. 例.两个不等幅的脉冲波在均匀介质中以同一速率1m/s沿同一直线相向传播，t＝0时刻的波形如图所示，图中小方格的边长为1m．请画出t=1s、2s、3s时的波形图。 我们尝试用波的叠加原理写一个例题.两个不等幅的脉冲波在均匀介质中同一速率1m/s沿同一直线相向传播，t＝0时刻的波形如图所示，图中小方格的边长为1m．请画出t=1s、2s、3s时的波形图。我们按照时间顺序来画图，考虑t=1s时刻。 例.两个不等幅的脉冲波在均匀介质中均同一速率v=1m/s沿同一直线相向传播，t＝0时刻的波形如图所示，图中小方格的边长为1m．请画出t=1s、2s、3s时的波形图。 因为机械波的传播表现为波形的平移，则先将两波型按各自的速度方向平移x=v*t=1m，第二步确定重合部分质点的位移。数学上我们有：两个一次函数的和仍然是一次函数，则重合区各自的波形都是直线，合成后的波形也是直线。#我们可以用重合区域的边界点确定直线，图中黑色线段就是重合区的波形。 例.两个不等幅的脉冲波在均匀介质中均同一速率1m/s沿同一直线相向传播，t＝0时刻的波形如图所示，图中小方格的边长为1m．请画出t=1s、2s、3s时的波形图。 最后把未重合区用各边的波形补齐 例.两个不等幅的脉冲波在均匀介质中均同一速率1m/s沿同一直线相向传播，t＝0时刻的波形如图所示，图中小方格的边长为1m．请画出t=1s、2s、3s时的波形图。 就得到了最终的真实波形 例.两个不等幅的脉冲波在均匀介质中均同一速率1m/s沿同一直线相向传播，t＝0时刻的波形如图所示，图中小方格的边长为1m．请画出t=1s、2s、3s时的波形图。 T=2s画法流程相同。将两波再各自平移1m，这次重合部分的质点位移更难确定了。因为有多组两直线波形相加的情况。只要任意一个波形折了一下，此位置就是一个需要特别分析的结点。事实上，只要找到黑色节点处质点的位移后，依次连接各个结点就可得到真实波形了。图中黑色线段就是重合区的波形。 例.两个不等幅的脉冲波在均匀介质中均同一速率1m/s沿同一直线相向传播，t＝0时刻的波形如图所示，图中小方格的边长为1m．请画出t=1s、2s、3s时的波形图。 T=2s的波形也画完了 例.两个不等幅的脉冲波在均匀介质中均同一速率1m/s沿同一直线相向传播，t＝0时刻的波形如图所示，图中小方格的边长为1m．请画出t=1s、2s、3s时的波形图。 T=3s，同理可叠加 例.两个不等幅的脉冲波在均匀介质中均同一速率1m/s沿同一直线相向传播，t＝0时刻的波形如图所示，图中小方格的边长为1m．请画出t=1s、2s、3s时的波形图。 最后得到真实波形。大家学会了吗？希望同学们在课后试一试。 一、机械波的叠加 主动降噪耳机：通过降噪系统产生与外界噪音相等的反相声波，将噪音中和 分组讨论 掌握了波的叠加后，我们来看一看有哪些应用。其实在生活中，我们都默认了波的独立传播特性。#图中是某节课上同学们分组讨论的情景，在全班分组讨论时，是不是只能允许一个同学说话呢？显然不是的，班上同时有很多个同学在发声，但声音并没有相互抵消，它们独立传播，所以各个小组才能各自讨论。在生产中，如果我们特别设计，倒也可以消除声音。对应的产品就是主动降噪耳机#，主动降噪功能就是通过降噪系统产生与外界噪音相等的反相声波，将噪音中和，从而实现降噪的效果。假如我们想在嘈杂的环境中，享受自己的音乐，就可以打开主动降噪功能。有些工作必须暴露在巨大的噪声中，降噪耳机就必不可少了。#例如航母甲板上的工作人员，身边的飞机连续起降，如果不中合噪音，人听力系统一定会受损。 观察与思考 振动频率相同、振动方向相同、相位差为零的两列波的相遇 这个视频展示了两列振动频率相同、振动方向相同、相位差为零的波的叠加情景。为了展现干净的水波，视频中的人来到了一片平静的湖面，他手持两个塑料球，并精确的控制了它们振动的形式。 我们可以看到，两列波在水面叠加出了非常优美的图样。 观察与思考 出现了稳定的相对平静区域和剧烈振动区域；这两个区域在水面上的位置是固定的，且互相隔开 弱 强 强 强 弱 弱 截图可以帮助我们观察。水面出现了稳定的相对平静区域和剧烈振动区域;这两个区域在水面上的位置是固定的，且互相隔开。红线画出了振动减弱或消失区，振动加强区也有文字标示。我们应该如何理解这种现象呢？ 二、机械波的干涉 对于频率相同的两列波，在相遇的区域水面上会出现稳定的相对平静的区域和剧烈振动的区域。这两个区域在水面上的位置是固定的，且互相隔开。这种现象称为波的干涉 注意： ①相干条件是两列波振动频率相同、振动方向相同、相位差恒定 ②干涉是波特有的现象. 请看另一个实验室演示视频。实验表明对于频率相同的两列波，在相遇的区域水面上会出现稳定的相对平静的区域和剧烈振动的区域。这两个区域在水面上的位置是固定的，且互相隔开。这种现象称为波的干涉。有两点需要注意：①两列波可发生干涉的条件称为相干条件，它需要是两列波振动频率相同、振动方向相同、相位差恒定②干涉是波特有的现象. 二、机械波的干涉 图中用两组同心圆表示从波源传播开来的波面。 实线波峰； 虚线波谷. 波峰与波峰(实线与实线)相遇，振动加强 波谷与波谷(虚线与虚线)相遇，振动加强 波谷和波峰相遇，则振动相消 定性的解释是不够的，我们还要深入研究哪些区域振动加强，哪些区域振动减弱。图中用两组同心圆表示从波源传播开来的波面。相邻的实线与虚线之间相差半个波长，相邻的实线与实线、虚线与虚线相差一个波长。 根据波的叠加原理，如果在某一时刻波峰与波峰(实线与实线)相遇，振动加强;半个周期后，两列波的波谷同时到达此点，波谷与波谷( 虚线与虚线)相遇，振动同样得到加强;再过半个周期，又是波峰与波峰相遇，振动得到加强、如果第一列波的波谷和第二列波的波峰相遇，则振动相消 二、机械波的干涉 振动加强 向外传播 不妨简化上图，我们只考虑每个波源向外发出的两个波面，一个波面是波峰，用实线表达；另一个波面是波谷，用虚线表达。我们也只关注一个质点的振动情况。假设某时刻这个质点恰好在两波峰面的交点上，则它振动加强。 二、机械波的干涉 振动加强 向外传播 现在我们让时间前进半个周期，则波谷面将传播至原波峰处，此时质点就处于两波谷面的交点上，振动也加强。所以这个质点的振动始终加强。但同学们要注意，这并不是说此质点的位移恒定不变，质点仍然会简谐振动。振动加强的意思是振幅更大 二、机械波的干涉 在频率相同的波相遇的区域，某些地方的振动始终加强，某些地方的振动始终减弱，波产生干涉会形成一种加强和减弱相间的图样，这样的图样叫作波的干涉图样. 我们发现在频率相同的波相遇的区域，某些地方的振动始终加强，某些地方的振动始终减弱，波产生干涉会形成一种加强和减弱相间的图样，这样的图样叫作波的干涉图样. 二、机械波的干涉 定量分析加强点、减弱点位置 问题1：A点到波源S1和S2的距离分别是多少个波长？它们的距离差是多少？ 问题2：B点到波源S1和S2的距离分别是多少个半波长？它们的距离差是多少？ 答：， ， 答：， ， 下面我们来定量分析加强点、减弱点位置，请思考下面两个问题，问题1：A点处于振动加强的区域，它到波源S1和S2的距离分别是多少个波长？它们的距离差是多少？通过数图中的同心圆环个数，我们得出，A点到s1的距离是3.5lambda，到s2距离是2.5lambda，它们的距离差为1个lambda 问题2：B点处于振动减弱区域，它到波源S1和S2的距离分别是多少个半波长？它们的距离差是多少？通过数图中的同心圆环个数，我们得出，B点到s1的距离是3.5lambda，到s2距离是5lambda，它们的距离差为1.5个lambda 多取一些振动加强点和振动减弱点后，我们可以找到一个规律 二、机械波的干涉 分析表明： 两列波振动频率相同、振动方向相同、相位差为零时 若 ，则振动加强 若 ，则振动减弱 当两列波振动振动频率相同、振动方向相同、相位差为零时。 若delta L=n*lambda，则振动加强，也就是说，质点与两波源的距离差为整数个波长时，振动加强。 若delta L=（2n+1）*lambda，则振动减弱。综合两公式，可以说质点与两波源的距离差为偶数个半波长时，振动加强；距离差为奇数个半波长时，振动减弱。 机械波干涉时，有稳定的加强区和减弱区，如果我们精心摆放一些相干波源，就能让空间中某个方向的人，接收到某些特定的声音了。 二、机械波的干涉 定向声波驱散器 依据这一想法，我们有定向声波驱散器，用于驱散特定位置的犯罪分子，而不会影响到群众听力。也可以精细设计音响阵列使声音集中在人群中，让大家都能听见播放的内容。 二、机械波的干涉 更贴近生活的干涉现象也有许多，例如我们可以从图中琴弦的振动发现，几乎是弦的中间在振动，而两头不振动，#弹吉他的情况类似，我们在吉他弦上也能找到类似干涉图样的情况，即有些区域振动强烈，但有些区域几乎不振动。 二、机械波的干涉 两列沿相反方向传播的振幅相同、频率相同的波叠加时形成的波叫做驻波。其中的一个波一般是另一个波的反射波。 振动加强 振动相消 本页的动图可以更好的突出这一特征，给定红蓝两列波，它们叠加之后，#有的点振动相消，有的点振动加强。事实上，两列沿相反方向传播的振幅相同、频率相同的波叠加时形成的波叫做驻波，感兴趣的同学可以课后了解。对比相干条件可知道，这就是干涉的一种简单情况。 练习.(多选)图表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇．图中实线表示波峰，虚线表示波谷，a、c、e共线，b、d、f共线，下列说法正确的是(　　) A．a、c两点的振动加强，b、d两点的振动减弱 B．e、f两点的振动介于加强点和减弱点之间 C．经适当的时间后，加强点和减弱点的位置互换 D．经半个周期后，原来位于波峰的点将位于波谷，原来位于波谷的点将位于波峰 分析：波的干涉示意图表示某一时刻两列相干波叠加的情况，形成干涉图样的所有介质质点都在不停地振动着，其位移的大小和方向都在不停地变化着．但要注意，对稳定的干涉，振动加强和减弱的区域的空间位置是不变的．a点是波谷和波谷相遇的点，c点是波峰和波峰相遇的点，都是振动加强的点，而b、d两点都是波峰和波谷相遇的点，都是振动减弱的点，A正确；e点位于加强点的连线上，也为加强点，f点位于减弱点的连线上，也为减弱点，B错误；相干波源叠加产生的干涉是稳定的，不会随时间变化，C错误；因形成干涉图样的介质质点也在不停地做周期性振动，故经半个周期步调相反，D正确． AD 练习.如图所示，S1、S2是两个步调完全相同的相干波源，其中实线表示波峰，虚线表示波谷．若两列波的振幅均保持5 cm不变，关于图中所标的a、b、c、d四点，下列说法中正确的是(　　) A．d点始终保持静止不动 B．图示时刻c点的位移为零 C．b点振动始终加强，c点振动始终减弱 D．图示时刻，b、c两点的竖直高度差为10 cm E．a点振动介于加强点和减弱点之间 分析：d点是波峰与波谷相遇，振动减弱，振幅为零，故保持静止，故A正确；b点是波峰与波峰相遇，c点是波谷与波谷相遇，它们均属于振动加强点，由于振幅是5 cm，则b点相对平衡位置高10 cm，而c点是波谷与波谷相遇，则c点相对平衡位置低10 cm，所以b、c两点的竖直高度差为20 cm，故B、C、D错误；a点位于加强点的连线上，仍为加强点，E错误． A 小结 机械波的传播现象（2） 一、机械波的叠加 （1）独自传播 （2）相遇区域，位移合成 二、机械波的干涉 （1）相干条件 （2）加强、减弱点位置 最后我们小结一下，本节课我们学习了机械波的传播现象第二课时。共有2个内容。一、机械波的叠加。其中又有两个部分，（1）两列波在相遇前和相遇后都是独自传播的；在相遇时，相遇区域内，质点的位移是这两列波引起的位移的合成； 第二大点、机械波的干涉，其中也有2个小要点，（1）两列波能发生干涉的相干条件：我们需要它们频率相同、振动方向相同且相位恒定。（2）两列波干涉时，质点与两波源的距离差为偶数个半波长时，振动加强；距离差为奇数个半波长时，振动减弱。本节课到此结束，走！ 谢谢观看！ Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 $