5.起振方向:介质中每个质点开始振动的方向都和振源开始振动的方向相同。
4.介质质点的运动是简谐运动(是一种变加速运动):任何一个介质质点在一个周期内经过的路程都是4A,在半个周期内经过的路程都是2A,但在四分之一个周期内经过的路程就不一定是A了。
3.波的传播是匀速的:在一个周期内,波形匀速向前推进一个波长。n个周期波形向前推进了n个波长(n可以是任意正数)。因此在计算中,既可以使用v=λf,也可以使用v=s/t,后者往往更方便。
2.波的图象的画法:波的图象中,波的图形、波的传播方向、某一介质质点的瞬时速度方向,这三者中已知任意两者,可以判定另一个。(口诀为“上坡下,下坡上” )
目的要求
复习振动图象和波的图象、声波的有关知识。
知识要点
1.振动图象和波的图象:振动图象和波的图象从图形上看好象没有什么区别,但实际上它们有本质的区别。
⑴物理意义不同:振动图象表示同一质点在不同时刻的位移;波的图象表示介质中的各个质点在同一时刻的位移。
⑵图象的横坐标的单位不同:振动图象的横坐标表示时间;波的图象的横坐标表示距离。
⑶从振动图象上可以读出振幅和周期;从波的图象上可以读出振幅和波长。
3.机械波的反射、折射、干涉、衍射
一切波都能发生反射、折射、干涉、衍射。特别是干涉、衍射,是波特有的性质。
⑴干涉:产生干涉的必要条件是,两列波源的频率必须相同。
需要说明的是:以上是发生干涉的必要条件,而不是充分条件。要发生干涉还要求两列波的振动方向相同(要上下振动就都是上下振动,要左右振动就都是左右振动),还要求相差恒定。我们经常列举的干涉都是相差为零的,也就是同向的。如果两个波源是振动是反向的,那么在干涉区域内振动加强和减弱的位置就正好颠倒过来了。
干涉区域内某点是振动最强点还是振动最弱点的充要条件:
①最强:该点到两个波源的路程之差是波长的整数倍,即δ=nλ
②最弱:该点到两个波源的路程之差是半波长的奇数倍,即
根据以上分析,在稳定的干涉区域内,振动加强点始终加强;振动减弱点始终减弱。至于“波峰和波峰叠加得到振动加强点”,“波谷和波谷叠加也得到振动加强点”,“波峰和波谷叠加得到振动减弱点”这些都只是充分条件,不是必要条件。
⑵衍射:发生明显衍射的条件是,障碍物或孔的尺寸和波长可以相比或比波长小。
⑶波的独立传播原理和叠加原理。
①独立传播原理:几列波相遇时,能够保持各自的运动状态继续传播,不互相影响。
②叠加原理:介质质点的位移、速度、加速度都等于几列波单独转播时引起的位移、速度、加速度的矢量和。
波的独立传播原理和叠加原理并不矛盾。前者是描述波的性质:同时在同一介质中传播的几列波都是独立的。比如一个乐队中各种乐器发出的声波可以在空气中同时向外传播,我们仍然能分清其中各种乐器发出的不同声波。后者是描述介质质点的运动情况:每个介质质点的运动是各列波在该点引起的运动的矢量和。这好比老师给学生留作业:各个老师要留的作业与其他老师无关,是独立的;但每个学生要做的作业却是所有老师留的作业的总和。
例题分析
例1:如图所示,S1、S2是两个相干波源,它们振动同步且振幅相同。实线和虚线分别表示在某一时刻它们所发出的波的波峰和波谷。关于图中所标的a、b、c、d四点,下列说法中正确的有
A.该时刻a质点振动最弱,b、c质点振动最强,d质点振动既不是最强也不是最弱
B.该时刻a质点振动最弱,b、c、d质点振动都最强
C.a质点的振动始终是最弱的, b、c、d质点的振动始终是最强的
D.再过T/4后的时刻a、b、c三个质点都将处于各自的平衡位置,因此振动最弱
解:该时刻a质点振动最弱,b、c质点振动最强,这不难理解。但是d既不是波峰和波峰叠加,又不是波谷和波谷叠加,如何判定其振动强弱?这就要用到充要条件:“到两波源的路程之差是波长的整数倍”时振动最强,从图中可以看出,d是S1、S2连线的中垂线上的一点,到S1、S2的距离相等,所以必然为振动最强点。
描述振动强弱的物理量是振幅,而振幅不是位移。每个质点在振动过程中的位移是在不断改变的,但振幅是保持不变的,所以振动最强的点无论处于波峰还是波谷,振动始终是最强的。
本题答案应选B、C
例2:如图中实线和虚线所示,振幅、周期、起振方向都相同的两列正弦波(都只有一个完整波形)沿同一条直线向相反方向传播,在相遇阶段(一个周期内),试画出每隔T/4后的波形图。并分析相遇后T/2时刻叠加区域内各质点的运动情况。
解:根据波的独立传播原理和叠加原理可作出每隔T/4后的波形图如①②③④所示。
相遇后T/2时刻叠加区域内abcde各质点的位移都是零,但速度各不相同,其中a、c、e三质点速度最大,方向如图所示,而b、d两质点速度为零。这说明在叠加区域内,a、c、e三质点的振动是最强的,b、d两质点振动是最弱的。
2.机械波的传播
⑴在同一种均匀介质中机械波的传播是匀速的。波速、波长和频率之间满足公式:v=λf。
⑵介质质点的运动是在各自的平衡位置附近的简谐运动,是变加速运动,介质质点并不随波迁移。
⑶机械波转播的是振动形式、能量和信息。
⑷机械波的频率由波源决定,而传播速度由介质决定。
目的要求
复习机械波的概念,波的反射、折射、干涉、衍射。
知识要点
1.分类:机械波可分为横波和纵波两种。
⑴质点振动方向和波的传播方向垂直的叫横波,如:绳上波、水面波等。
⑵质点振动方向和波的传播方向平行的叫纵波,如:弹簧上的疏密波、声波等。
2.共振
当驱动力的频率跟物体的固有频率相等时,受迫振动的振幅最大,这种现象叫共振。
要求会用共振解释现象,知道什么情况下要利用共振,什么情况下要防止共振。
⑴利用共振的有:共振筛、转速计、微波炉、打夯机、跳板跳水、打秋千……
⑵防止共振的有:机床底座、航海、军队过桥、高层建筑、火车车厢……
例题分析
例:把一个筛子用四根弹簧支起来,筛子上装一个电动偏心轮,它每转一周,给筛子一个驱动力,这就做成了一个共振筛。不开电动机让这个筛子自由振动时,完成20次全振动用15s;在某电压下,电动偏心轮的转速是88r/min。已知增大电动偏心轮的电压可以使其转速提高,而增加筛子的总质量可以增大筛子的固有周期。为使共振筛的振幅增大,以下做法正确的是
A.降低输入电压 B.提高输入电压
C.增加筛子质量 D.减小筛子质量
解:筛子的固有频率为f固=4/3Hz,而当时的驱动力频率为f驱=88/60Hz,即f固< f驱。为了达到振幅增大,应该减小这两个频率差,所以应该增大固有频率或减小驱动力频率。本题应选AD。
目的要求
复习受迫振动与共振的有关知识。
知识要点
1.受迫振动
物体在驱动力(既周期性外力)作用下的振动叫受迫振动。
⑴物体做受迫振动的频率等于驱动力的频率,与物体的固有频率无关。
⑵物体做受迫振动的振幅由驱动力频率和物体的固有频率共同决定:两者越接近,受迫振动的振幅越大,两者相差越大受迫振动的振幅越小。
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