第48讲：机械波——驻波、声波和多普勒效应
第48讲：机械波——驻波、声波和多普勒效应
内容：§15－6，§15－7，§15－8
1．驻波（30分钟）2．声波
3．超声波（30分钟）4．多普勒效应（40分钟）
要求：
1．明确驻波形成的条件和特点，建立半波损失的概念；
2．了解声波和超声波的特性；
3．了解多普勒效应。
重点与难点：
1．驻波；
2．多普勒效应。
作业：
问题：P84：13，14，15，17
习题：P87：19，20，23，25
预习：§16－1，§16－2
专题十四机械运动与机械波高考真题集锦
专题十四机械运动与机械波 34. [物理－选修3－4](2013·高考新课标全国卷Ⅰ)(1)如图，a、b、c、d是均匀媒质中x 轴上的四个质点，相邻两点的间距依次为2 m、4 m和6 m．一列简谐横波以2 m/s的波速沿x轴正向传播，在t＝0时刻到达质点a处，质点a由平衡位置开始竖直向下运动，t＝3 s时a 第一次到达最高点．下列说法正确的是________(填正确答案标号)． A．在t＝6 s时刻波恰好传到质点d处 B．在t＝5 s时刻质点c恰好到达最高点 C．质点b开始振动后，其振动周期为4 s D．在4 s
多普勒效应及其应用
多普勒效应及其应用 姓名：许涛班级：应物二班学号：20143444 天津理工大学理学院 摘要:在多普勒效应中有多普勒频移产生,并且与波源和观测者的相对运动情况有关,以此为基础讨论了多普勒效应在卫星定位、医学诊断、气象探测中的应用。 关键词:多普勒效应;定位;测速。 引言： 在日常生活中,人们都有这样的经验,火车汽笛的音调,在火车接近观察者时比其远离观察者时高.此现象就是多普勒效应.它是由奥地利物理学家多普勒于1842年首先发现的.多普勒效应是波动过程的共同特征.光波(电磁波)也有多普勒效应,并于1938年得到证实.此效应在卫星定位、医学诊断、气象探测等许多领域有着广泛的应用。 多普勒效应及其表达式 由于波源和接收器(或观察者)的相对运动,使观测到的频率与波源的实际频率出现差别.这种现象称为多普勒效应。 机械波多普勒效应的普遍公式 设波源S发出的波在媒质中的传播速度为v、频率为fS,接受器R接收到的频率为fR,以媒质为参考系,波源与接收器相对于媒质的运动速度分别为uS和uR,uS和uR与波源和接收器连线的夹角分别为θS和θR,如图1所示.此时可以推导得到 fR= v+uRcosθR /v-uScosθS fS. (1) 此式为波源和接收器沿任意方向彼此接近时的多普勒效应公式.如果波源和接收器沿任意方向彼此远离时如图2所示,同理可推导出 fR=v-uRcosθR /v+uScosθS fS. (2) (1)、(2)两式就是机械波多普勒效应的普遍公式,由两式我们可以得到诸如S 和R在同一直线上运动时多普勒效应各公式的表示形式.由此可以看出多普勒效应不但与波源S和接收器R的运动速度有关,而且还与S和R的相对位置有关。 1.2 光波(电磁波)多普勒效应的普遍公式 因为光波(电磁波)的传播不依赖弹性介质,它与机械波需要靠媒质而传播有所不同,所以公式 (1)和(2)对光波(电磁波)不再适用.但是从理论上我们可以推证出光波的多普勒效应公式.若光源发出光波的频率记作f0,观测者测得该光的频率为f,通过计算可得: f=f0√（1-β) /1-βcosθ. (3) 其中,β= v c ,c为真空中的光度,v为光源相对于观测者的运动速度,θ为光源
高中物理机械运动机械波部分知识点及习题修订版
高中物理机械运动机械波部分知识点及习题修 订版 IBMT standardization office【IBMT5AB-IBMT08-IBMT2C-ZZT18】
机械运动与机械波 Ⅰ.基础巩固 一、机械振动 1、机械振动：物体（或物体的一部分）在某一中心位置两侧做的往复运动． 振动的特点:①存在某一中心位置;②往复运动,这是判断物体运动是否是机械振动的条件. 产生振动的条件:①振动物体受到回复力作用;②阻尼足够小; 2、回复力：振动物体所受到的总是指向平衡位置的合外力． ①回复力时刻指向平衡位置;②回复力是按效果命名的, 可由任意性质的力提供．可以是 几个力的合力也可以是一个力的分力; ③合外力：指振动方向上的合外力，而不一定是 物体受到的合外力．④在平衡位置处：回复力为零，而物体所受合外力不一定为零．如 单摆运动，当小球在最低点处，回复力为零，而物体所受的合外力不为零． 3、平衡位置：是振动物体受回复力等于零的位置；也是振动停止后，振动物体所在位 置；平衡位置通常在振动轨迹的中点。“平衡位置”不等于“平衡状态”。平衡位置是 指回复力为零的位置，物体在该位置所受的合外力不一定为零。（如单摆摆到最低点 时，沿振动方向的合力为零，但在指向悬点方向上的合力却不等于零，所以并不处于平 衡状态） 二、简谐振动及其描述物理量 1、振动描述的物理量
（1）位移：由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段． ①是矢量，其最大值等于振幅； ②始点是平衡位置，所以跟回复力方向永远相反； ③位移随时间的变化图线就是振动图象． （2）振幅：离开平衡位置的最大距离． ①是标量；②表示振动的强弱； （3）周期和频率：完成一次全变化所用的时间为周期T，每秒钟完成全变化的次数为频率f． ①二者都表示振动的快慢； ②二者互为倒数；T=1/f； ③当T和f由振动系统本身的性质决定时（非受迫振动），则叫固有频率与固有周期是定值，固有周期和固有频率与物体所处的状态无关． 2、简谐振动：物体所受的回复力跟位移大小成正比时，物体的振动是简偕振动． ①受力特征：回复力F=—KX。 ②运动特征：加速度a=一kx／m，方向与位移方向相反，总指向平衡位置。简谐运动是一种变加速运动，在平衡位置时，速度最大，加速度为零；在最大位移处，速度为零，加速度最大。
波的多普勒效应
波的多普勒效应 （应化2，闻庚辰，学号：130911225） 摘要：在生活中，我们常常遇到波源与观测者发生相对运动的情形，如站在铁路旁听着高速行驶的列车拉着响笛飞驰而过，此时你会感觉到响笛音调的明显变化，这就是人们常说的多普勒效应。本文从多普勒效应的基本原理出发，结合声波中的具体实例，介绍了多普勒效应在天文学、医学和公共交通方面的应用。最后，发散地想了原理变化后的一些现象，简要说了冲击波、马赫锥的相关内容。 关键词：波，多普勒效应，生活，现象，物理，应用。 一、多普勒效应基本原理 首先，先来让我们以声波为例具体分析一下多普勒效应的三种情况。物理量的定义：设波源为S，观察者相对介质的运动速度是v0，波源相对介质的运动速度是vs，声波在介质中的传播速度为u，波源的频率、波的频率、观察者收到的频率分别是,,B 二、多普勒效应的简单理解 如果把声波视为有规律间隔发射的脉冲，可以想象若你每走一步，便发射了一个脉冲，那么在你之前的每一个脉冲都比你站立不动时更接近你自己。而在你后面的声源则比原来不动时远了一步。或者说，在你之前的脉冲频率比平常变高，而在你之后的脉冲频率比平常变低了。 三、多普勒效应的应用 （一）、天文学 我们应该知道，宇宙中的天体是有它们特有的光谱的。科学家爱德文〃哈勃通过研究光谱，使用多普勒效应得出宇宙正在膨胀的结论：他发现远离银河系的天体发射的光线频率变低，即移向光谱的红端，称为红移，天体离开银河系的速度越快红移越大，这说明这些天体在远离银河系。反之，如果天体正移向银河系，则光线会发生蓝移。 （二）、医学 我们知道血管内血流速度和血液流量，它对心血管的疾病诊断具有一定的价值，特别是对
多普勒效应及其应用1
多普勒效应及其应用 中文摘要：本文介绍了多普勒效应的发展过程和理论解释，通过具体例子重点讲述了声波和光波的多普勒效应, 并且介绍了多普勒效应在各领域中的应用及多普勒效应的应用原理。说明了多普勒效应在生活中的普遍性以及研究多普勒效应的重要性 主题词:多普勒效应; 原理，应用 正文: 引言：在日常生活中，我们有过这样的经验，在铁路旁听行驶中火车的汽笛声，当火车鸣笛而来时，人们会听到汽笛声的音调变高．相反，当火车鸣笛而去时，人们则听到汽笛声的音调变低．像这样由于波源或观察者相对于介质有相对运动时，观察者所接收到的波频率有所变化的现象就叫做多普勒效应．这种现象是奥地利物理学家多普勒（1803～1853）于1842年首先发现的，因此以他的名字命名．多普勒效应的正式提出是1842年在布拉格举行的皇家波西米亚学会科学分会会议上的论文《论天体中双星和其他一些星体的彩色光》。该论文的主要结论是： （1）如果一个物体发光，在沿观察者的视线方向以可与光速相比拟的速度趋近我们，或后退，那么这一运动必然导致光的颜色和强度的变化。 （2）如果在另一方面一个发光物体静止不动。而代之以观察者直接朝向或者背离物体非常快速的运动，那么所有的这些频率变化都会随之发生。 （3）如果这一“趋向”和“背离”不是按照上述假定的那样，沿着原来视线的方向，而是与视线成一夹角的方向，那么除了颜色和光强的变化，星体的方向也要变化，这样一星体同时会在位置上发生明显变化。[1] 论文首次发表出来因为没有足够的实验数据和理论依据，因此被很多人质疑和批评。1845年在荷兰进行的火车笛声实验验证了多普勒效应的正确性，多普勒效应才开始得到广泛重视并应用于实际。多普勒效益的第一次应用始于战争服务，第一次世界大战末期，军用飞机开始出现，英国由于国土面积小在遭遇空袭预警能力很弱，饱受了来自空中的洗劫。第二次世界大战前期，英国物理学家罗伯特·沃森-瓦特根据多普勒效应的原理研制出了最早期的雷达，在英国的东海岸建立了对空雷达警戒网，该雷达墙天线有100米高，能测到160千米以外的敌机，依靠这个雷达墙，英国总能及时准确的测出德国飞机的架数、航向、速度和抵达英国本土的时间，牢牢把握住了战争主动权，有效的降低了德国空军的杀伤力，在这场英国保卫战中扮演着不可替代的决定性的作用。 多普勒效应的原理 波在波源移向观察者时接收频率变高，而在波源远离观察者时接收频率变低。当观察者移动时也能得到同样的结论。 假设原有波源的波长为λ，波速为c，观察者移动速度为v：当观察者走近波源时观察到的波源频率为（c+v）/λ，如果观察者远离波源，则观察到的波源频率为（c-v）/λ 声波中的原理 设声源的频率为v，声波在媒质中的速度为V，波长λ=V/v。声波在媒质中传播的速度与波源是否运动无关，故总是以决定于媒质特性的速度V来传
机械振动和机械波知识点总结教学教材
机械振动和机械波 一、知识结构 二、重点知识回顾 1机械振动 （一）机械振动 物体（质点）在某一中心位置两侧所做的往复运动就叫做机械振动，物体能够围绕着平衡位置做往复运动，必然受到使它能够回到平衡位置的力即回复力。回复力是以效果命名的力，它可以是一个力或一个力的分力，也可以是几个力的合力。 产生振动的必要条件是：a、物体离开平衡位置后要受到回复力作用。b、阻力足够小。 （二）简谐振动 1. 定义：物体在跟位移成正比，并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动叫简谐振动。简谐振动是最简单，最基本的振动。研究简谐振动物体的位置，常常建立以中心位置（平衡位置）为原点的坐标系，把物体的位移定义为物体偏离开坐标原点的位移。因此简谐振动也可说是物体在跟位移大小成正比，方向跟位移相反的回复力作用下的振动，即F=－k x，其中“－”号表示力方向跟位移方向相反。 2. 简谐振动的条件：物体必须受到大小跟离开平衡位置的位移成正比，方向跟位移方向相反的回复力作用。 3. 简谐振动是一种机械运动，有关机械运动的概念和规律都适用，简谐振动的特点在于它是一种周期性运动，它的位移、回复力、速度、加速度以及动能和势能（重力势能和弹性势能）都随时间做周期性变化。 （三）描述振动的物理量，简谐振动是一种周期性运动，描述系统的整体的振动情况常引入下面几个物理量。
1. 振幅：振幅是振动物体离开平衡位置的最大距离，常用字母“A”表示，它是标量，为正值，振幅是表示振动强弱的物理量，振幅的大小表示了振动系统总机械能的大小，简谐振动在振动过程中，动能和势能相互转化而总机械能守恒。 2. 周期和频率，周期是振子完成一次全振动的时间，频率是一秒钟内振子完成全振动的次数。振动的周期T跟频率f之间是倒数关系，即T=1/f。振动的周期和频率都是描述振动快慢的物理量，简谐振动的周期和频率是由振动物体本身性质决定的，与振幅无关，所以又叫固有周期和固有频率。 （四）单摆：摆角小于5°的单摆是典型的简谐振动。 细线的一端固定在悬点，另一端拴一个小球，忽略线的伸缩和质量，球的直径远小于悬线长度的装置叫单摆。单摆做简谐振动的条件是：最大摆角小于5°，单摆的回复力F是重力在 圆弧切线方向的分力。单摆的周期公式是T=。由公式可知单摆做简谐振动的固有周期与振幅，摆球质量无关，只与L和g有关，其中L是摆长，是悬点到摆球球心的距离。g是单摆所在处的重力加速度，在有加速度的系统中（如悬挂在升降机中的单摆）其g应为等效加速度。 （五）振动图象。 简谐振动的图象是振子振动的位移随时间变化的函数图象。所建坐标系中横轴表示时间，纵轴表示位移。图象是正弦或余弦函数图象，它直观地反映出简谐振动的位移随时间作周期性变化的规律。要把质点的振动过程和振动图象联系起来，从图象可以得到振子在不同时刻或不同位置时位移、速度、加速度，回复力等的变化情况。 （六）机械振动的应用——受迫振动和共振现象的分析 （1）物体在周期性的外力（策动力）作用下的振动叫做受迫振动，受迫振动的频率在振动稳定后总是等于外界策动力的频率，与物体的固有频率无关。 （2）在受迫振动中，策动力的频率与物体的固有频率相等时，振幅最大，这种现象叫共振，声音的共振现象叫做共鸣。 2机械波中的应用问题 1. 理解机械波的形成及其概念。 （1）机械波产生的必要条件是：<1>有振动的波源；<2>有传播振动的媒质。 （2）机械波的特点：后一质点重复前一质点的运动，各质点的周期、频率及起振方向都与波源相同。 （3）机械波运动的特点：机械波是一种运动形式的传播，振动的能量被传递，但参与振动的质点仍在原平衡位置附近振动并没有随波迁移。 （4）描述机械波的物理量关系：v T f ==? λ λ 注：各质点的振动与波源相同，波的频率和周期就是振源的频率和周期，与传播波的介质无关，波速取决于质点被带动的“难易”，由媒质的性质决定。 2. 会用图像法分析机械振动和机械波。 振动图像，例：波的图像，例： 振动图像与波的图像的区别横坐标表示质点的振动时间横坐标表示介质中各质点的平衡位置 表征单个质点振动的位移随时间变 化的规律 表征大量质点在同一时刻相对于平衡位 置的位移 相邻的两个振动状态始终相同的质 点间的距离表示振动质点的振动周 期。例：T s =4 相邻的两个振动始终同向的质点间的距 离表示波长。例：λ=8m
相对论多普勒效应
第五章相对论 ★非相对论多普勒效应(回顾) 1842.(奥)多普勒 波源S 与接收器(如人耳等)有相对运动,从而接收器接收到的频率有变化的现象---多普勒效应1. 波源S 静止(u S =0，人动u 人≠0) ①人朝向S 运动 人耳在Δt 内收到(u ＋u 人) Δt /λ个波长 v u u u u u t t v 人人耳内收波长数 +=+=ΔΔ=λ ②人远离S ) ( 0自证人 耳v u u u v ?= §5.5 相对论多普勒效应 如火车进站声频高;火车出站声频低。λ λu v u =0 声波频率， 声波长，设：声波速人耳 S λ 介质 波对人耳速度 波对人耳速度
第五章相对论 2.观察者静止(u 人=0)，波源S 动(u S ≠0)①波源S 朝向人运动: 由图知:波长压缩了即： 00 0 v u u u v u v u u T u u u v S S S ?= ?=?=′=∴λλ耳②波源S 远离人:) ( 0自证耳v u u u v S += 介质 ? ??S u r S ?人耳 T u S T u S ?=′λλu S T λ T u S ?=′λλu S =0的第二波 3.一般情况： cos cos 0v u u u u v S α β m 人±=耳规律：波源动?波长变; 接收器动?接收完整波长数变. 波对人耳速度波对人耳速度 可见：当波源或观察者在二者联线垂直方向(α=β=π/2)上运动时， 无多普勒效应。(见本教材《力学》p237)
第五章相对论 ★相对论多普勒效应 光波传播不需介质, 这与机械波声波完全不同;由光速不变原理，无论是光源向接收器运动,还是接收器向光源波运动，对接收器来说光速都是c 。? ?T u S ?因此,可仿声波源朝向接收器情形如图接收器(不动)→S:光源(运动)→S':光波周期T' =T 0,ν'= ν0光波周期T ,频率ν相对论?, 12 β?′=T T c u S =βλ= λ-u S T=cT-u S T =(c-u S )T 缩 T u S ?=λλ 缩 接收频率为：0 11)(νββ λν?+==?==L T u c c c S 缩 ※光源与接收器在连线上 S u r S ?x 接收器 无介质
多普勒效应次声波和超声波教案
多普勒效应次声波和超 声波教案 SANY GROUP system office room 【SANYUA16H-
第5讲多普勒效应次声波和超声波 多普勒效应 当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的频率和波源发出的频率有了差别，这种现象叫多普勒效应。两者相互接近时，接收到的频率升高；两者相互远离时，接收到的频率降低。在铁路附近人们会听到急驶而来的火车的鸣笛声音调高昂；火车驰去时，鸣笛声音调变得低沉，就是一例。这种现象是在1842年由奥地利物理学家多普勒加以解释的。 波源与观察者的相对运动有三种情况：一种是波源静止在媒质中，观察者相对于媒质运动；第二种是观察着静止于媒质中，波源相对于媒质运动；第三种情况是波源与观察者都相对于媒质运动 观测者接收到的频率可用下式求出： 。 式中是媒质中的波速，v是观察者相对于媒质的速度（当观察者也向波源运动时，v取 正值；当观察者远离波源运动时，v取负值。），u是波源相对于媒质的速度（当波源向观察者运动时，u取正值；当波源远离观察者运动时，u取负值。 教师在线 例1．一列正在鸣笛的火车，高速通过某火车站站台的过程中，该火车站站台中部的工作人员听到笛声的频率（） A、变大 B、变小 C、先变大后变小 D、先变小后变大 例2．交通警察静立于公路旁，手中的测速仪发出频率为f0=2500Hz的声波，一辆汽车以72km/h的速度迎面驶来，试求测速仪所接收到的反射波的频率。 同步训练 1．我们骑自行车在公路旁向东走，一辆警车一边发出警报声，一边飞速地从东迎面驶来又飞速向西离去，这一过程中，我们听到的警报声的变化将是（）A．音调先高后低 B．音调先低后高 C．音调没有明显变化 D．频率先高后低2．如图10－48表示产生机械波的波源O做匀速运动的情况,图中的圆表示波峰
机械振动和机械波知识点总结
机械振动和机械波 、知识结构 二、重点知识回顾 1机械振动 （一）机械振动 物体（质点）在某一中心位置两侧所做的往复运动就叫做机械振动，物体能够围绕着平衡位 置做往复运动，必然受到使它能够回到平衡位置的力即回复力。回复力是以效果命名的力， 它可以是一个力或一个力的分力，也可以是几个力的合力。 产生振动的必要条件是： a 物体离开平衡位置后要受到回复力作用。 b 、阻力足够小。 （二）简谐振动 1. 定义：物体在跟位移成正比，并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动叫简谐振动。 简谐振动是最简单，最基本的振动。研究简谐振动物体的位置，常常建立以中心位置（平衡 位置）为原点的坐标系，把物体的位移定义为物体偏离开坐标原点的位移。因此简谐振动也 可说是物体在跟位移大小成正比， 方向跟位移相反的回复力作用下的振动， 即F= — kx ,其中 “一”号表示力方向跟位移方向相反。 2. 简谐振动的条件：物体必须受到大小跟离开平衡位置的位移成正比， 方向跟位移方向相反 的回复力作用。 3. 简谐振动是一种机械运动，有关机械运动的概念和规律都适用， 简谐振动的特点在于它是 一种周期性运动， 它的位移、回复力、速度、加速度以及动能和势能（重力势能和弹性势能） 都随时间做周期性变化。 （三）描述振动的物理量，简谐振动是一种周期性运动，描述系统的整体的振动情况常引入 面几个物理量。 1. 振幅：振幅是振动物体离开平衡位置的最大距离，常用字母“ A ”表示，它是标量，为正 值，振幅是表示振动强弱的物理量，振幅的大小表示了振动系统总机械能的大小，简谐振动 在振动过程中，动 机械振动；：!振动在媒质中传递
12.5 多普勒效应 习题
12.5 多普勒效应 1．当观测者和波源之间有________________时，观测者测得的频率与波源频率________的现象叫多普勒效应． 2．当波源与观测者相对静止时，观测到的频率________波源振动的频率；当波源与观测者相向运动时，观测到的频率________波源的频率；当波源与观测者相互远离时，观测到的频率________波源的频率． 3．多普勒效应在科学技术中有广泛的应用，可以利用多普勒效应测________速度，测星球靠近或远离我们的速度，测________速度． 4．关于多普勒效应，下列说法中正确的是( ) A．当波源与观测者有相对运动时，才会发生多普勒效应 B．当波源与观测者运动的速度相同时，不会发生多普勒效应 C．只有机械波才能发生多普勒效应 D．只要波源运动，就一定会发生多普勒效应 5．下列说法中不正确的是( ) A．发生多普勒效应时波源的频率保持不变 B．要发生多普勒效应，波源和观测者间必须有相对运动 C．只有声波会发生多普勒效应 D．机械波、电磁波和光波都会发生多普勒效应 6．当火车进站鸣笛时，我们在车站听到的音调( ) A．变低 B．不变 C．变高 D．不知声速和火车车速，不能判断 概念规律练 知识点一对多普勒效应的理解 1．下列说法中正确的是( ) A．发生多普勒效应时，波源的频率变化了 B．发生多普勒效应时，观测者接收到的频率发生了变化 C．多普勒效应是在波源与观测者之间有相对运动时产生的 D．多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒首先发现的 2．如图1，由波源S发出的波某一时刻在介质平面中的情形，实线为波峰，虚线为波谷，设波源频率为20 Hz，且不运动，而观测者在1 s内由A运动到B，观测者接收到多少个完全波？设波速为340 m/s，则要让观测者完全接收不到波，他每秒要运动多少米？ 图1
物理机械波知识点总结
物理机械波知识点总结 导读：高中物理选修3-4机械波重要知识点 描述机械波的物理量——波长、波速和频率(周期)的关系 ⑴波长λ：两个相邻的、在振动过程中对平衡位置的位移总是相等的质点间的距离叫波长。振动在一个周期内在介质中传播的距离等于波长。 ⑵频率f：波的频率由波源决定，在任何介质中频率保持不变。 ⑶波速v：单位时间内振动向外传播的距离。波速的大小由介质决定。 波的干涉和衍射 衍射：波绕过障碍物或小孔继续传播的现象。产生显著衍射的条件是障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多。 干涉：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，使某些区域振动减弱，并且振动加强和振动减弱区域相互间隔的现象。产生稳定干涉现象的条件是：两列波的频率相同，相差恒定。 稳定的干涉现象中，振动加强区和减弱区的空间位置是不变的，加强区的振幅等于两列波振幅之和，减弱区振幅等于两列波振幅之差。 判断加强与减弱区域的方法一般有两种：一是画峰谷波形图，峰峰或谷谷相遇增强，峰谷相遇减弱。二是相干波源振动相同时，某点到二波源程波差是波长整数倍时振动增强，是半波长奇数倍时振动减弱。干涉和衍射是波所特有的现象。
高中物理选修3-4重要知识点 相对论的时空观 经典物理学的时空观(牛顿物理学的绝对时空观)：时间和空间是脱离物质而存在的，是绝对的，空间与时间之间没有任何联系。 相对论的时空观(爱因斯坦相对论的相对时空观)：空间和时间都与物质的运动状态有关。 相对论的时空观更具有普遍性，但是经典物理学作为相对论的特例，在宏观低速运动时仍将发挥作用。 时间和空间的相对性(时长尺短) 1.同时的相对性：指两个事件，在一个惯性系中观察是同时的，但在另外一个惯性系中观察却不再是同时的。 2.长度的相对性：指相对于观察者运动的物体，在其运动方向的长度，总是小于物体静止时的长度。而在垂直于运动方向上，其长度保持不变。 高中物理机械振动和机械波知识点 1.简谐运动 (1)定义:物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总是指向平衡位置的回复力的作用下的振动，叫做简谐运动. (2)简谐运动的特征:回复力F=-kx，加速度a=-kx/m，方向与位移方向相反，总指向平衡位置. 简谐运动是一种变加速运动，在平衡位置时，速度最大，加速度
机械波知识点
第一节机械振动 物体（或物体的一部分）在某一中心位置两侧所做的往复运动，就叫做机械振动，简称为振动． 第二节简谐运动 一、简指运动 1．简谐运动的定义及回复力表达式 （1）物体在跟位移大小成正比，并且总是指向平衡位置的力作用下的振动，叫做简谐运动． （2）回复力是按力的作用效果命名的力，在振动中，总是指向平衡位置、其作用是使物体返回平衡位置的力，叫回复力． （3）作简谐运动的物体所受的回复力F大小与物体偏离平衡位置的位移X成正比，方向相反，即F=－kx．K是回复力常数． 1．简谐运动的位移、速度、加速度 (1)位移：从平衡位置指向振子所在位置的有向线段，是矢量．方向为从平衡位置指向振子所在位置．大小为平衡位置到该位置的距离．位移的表示方法是：以平衡位置为坐标原点，以振动所在的直线为坐标轴，规定正方向，则某一时刻振子(偏离平衡位置)的位移用该时刻振子所在的位置坐标来表示． 振子在两“端点”位移最大,在平衡位置时位移为零。振子通过平衡位置，位移改变方向． (2)速度：在所建立的坐标轴上，速度的正负号表示振子运动方向与坐标轴的正方向相同或相反．速度和位移是彼此独立的物理量．如振动物体通过同一个位置，其位移矢量的方向是一定的，而其速度方向却有两种可能：指向或背离平衡位置．振子在两“端点”速度为零，在平衡位置时速度最大，振子在两“端点”速度改变方向． (3)加速度：做简谐运动物体的加速度．加速度的大小跟位移成正比且方向相反．振子在两“端点”加速度最大，通过平衡位置时加速度为零，此时加速度改变方向．
1．固有周期和固有频率 “固有”的含义是“振动系统本身所具有，由振动系统本身的性质所决定”，跟外部因素无关．对一弹簧振子，当它自由振动时，周期只取决于振子的质量和弹簧的劲度系数，而与振动的振幅无关．而振幅的大小，除跟弹簧振子有关之外，还跟使它起振时外力对振子做功的多少有关．因此，振幅就不是“固有”的． 2．简谐运动的对称性 做简谐运动的物体，运动过程中各物理量关于平衡位置对称，以水平弹簧振子为例，物体通过关于平衡位置对称的两点，加速度大小相等、速率相等、动能、势能相等．对称性还表现在过程量的相等上，如从某点到达最大位置和从最大位置再回到这一点所需要的时间相等．质点从某点向平衡位置运动时到达平衡位置的时间，和它从平衡位置再运动到这一点的对称点所用的时间相等． 3．求振动物体路程的方法 求振动物体在一段时间内通过路程的依据是: (1)振动物体在一个周期内的路程一定为四个振幅． (2)振动物体在半个周期内的路程一定为两个振幅． (3)振动物体在T／4内的路程可能等于一个振幅，可能大于一个振幅，还可能小于一个振幅．只有当T／4的初时刻，振动物体在平衡位置或最大位移处，T／4内的路程才等于一个振幅． 计算路程的方法是：先判断所求的时间内有几个周期，再依据上述规律求路程． 3．振动中各物理量的变化 回复力和加速度均跟位移成正比，势能也随位移的增大而增大；速率、动能、动量的大小随位移的增大而减小，随位移的减小而增大．回复力和加速度的方向总跟位移方向相反．而速度、动量的方向可能跟位移方向相同，也可能相反．二、简谐运动图象 1`、振动图象及其物理意义
多普勒效应次声波和超声波教案
当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的频率和波源发出的频率有了差别，这种现象叫多普勒效应。两者相互接近时，接收到的频率升高；两者相互远离时，接收到的频率降低。在铁路附近人们会听到急驶而来的火车的鸣笛声音调高昂；火车驰去时，鸣笛声音调变得低沉，就是一例。这种现象是在1842年由奥地利物理学家多普勒加以解释的。 波源与观察者的相对运动有三种情况：一种是波源静止在媒质中，观察者相对于媒质运动；第二种是观察着静止于媒质中，波源相对于媒质运动；第三种情况是波源与观察者都相对于媒质运动 观测者接收到的频率 可用下式求出： 。 式中 是媒质中的波速，v 是观察者相对于媒质的速度（当观察者也向波源运动时，v 取正值；当观察者远离波源运动时，v 取负值。），u 是波源相对于媒质的速度（当波源向观察者运动时，u 取正值；当波源远离观察者运动时，u 取负值。 教师在线 例1．一列正在鸣笛的火车，高速通过某火车站站台的过程中，该火车站站台中部的工作人员听到笛声的频率（ ） A 、变大 B 、变小 C 、先变大后变小 D 、先变小后变大 例2．交通警察静立于公路旁，手中的测速仪发出频率为f 0=2500Hz 的声波，一辆汽车以72km/h 的速度迎面驶来，试求测速仪所接收到的反射波的频率。 同步训练 1．我们骑自行车在公路旁向东走，一辆警车一边发出警报声，一边飞速地从东迎面驶来又飞速向西离去，这一过程中，我们听到的警报声的变化将是（ ） A ．音调先高后低 B ．音调先低后高 C ．音调没有明显变化 D ．频率先高后低 2．如图10－48表示产生机械波的波源O 做匀速运动的情况,图中的圆表示波峰 （1）该图表示的是（ ） A ．干涉现象 B ．衍射现象 C ．反射现象 D ．多普勒效应 （2）波源正在移向（ ） 点 点 点 点 （3）观察到波的频率最低点是（ ） 点 点 点 点 3．关于多普勒效应，下列说法中正确的是（ ） A ．当波源与观察者相对运动时，才会发生多普勒效应 B ．当波源与观察者相对静止时，才会发生多普勒效应 C ．只有机械波能发生多普勒效应 D ．不仅机械波，电磁波和光波也会发生多普勒效应 4．有一测速雷达，发射电磁波频率为f 1，想用它来测量一迎面开来的汽车的车速，设该雷达接收到的从汽车反射回来的反射波频率为f 2，则（ ） A. f 1>f 2 B. f 1=f 2 C. f 1 机械振动与机械波 一、知识结构 二、重点知识回顾 1机械振动 (一)机械振动 物体(质点)在某一中心位置两侧所做得往复运动就叫做机械振动,物体能够围绕着平衡位置做往复运动，必然受到使它能够回到平衡位置得力即回复力。回复力就是以效果命名得力，它可以就是一个力或一个力得分力,也可以就是几个力得合力。 产生振动得必要条件就是：a、物体离开平衡位置后要受到回复力作用。b、阻力足够小。 (二)简谐振动 1、定义:物体在跟位移成正比,并且总就是指向平衡位置得回复力作用下得振动叫简谐振动。简谐振动就是最简单，最基本得振动。研究简谐振动物体得位置，常常建立以中心位置(平衡位置)为原点得坐标系,把物体得位移定义为物体偏离开坐标原点得位移。因此简谐振动也可说就是物体在跟位移大小成正比,方向跟位移相反得回复力作用下得振动,即F=－kｘ,其中“－”号表示力方向跟位移方向相反。 ２、简谐振动得条件:物体必须受到大小跟离开平衡位置得位移成正比,方向跟位移方向相反得回复力作用。 ３、简谐振动就是一种机械运动，有关机械运动得概念与规律都适用，简谐振动得特点在于它就是一种周期性运动，它得位移、回复力、速度、加速度以及动能与势能（重力势能与弹性势能)都随时间做周期性变化。 (三)描述振动得物理量,简谐振动就是一种周期性运动，描述系统得整体得振动情况常引入下面几个物理量。 1、振幅:振幅就是振动物体离开平衡位置得最大距离,常用字母“A”表示,它就是标量,为正值，振幅就是表示振动强弱得物理量,振幅得大小表示了振动系统总机械能得大小，简谐振动在振动过程中,动能与势能相互转化而总机械能守恒。 2、周期与频率,周期就是振子完成一次全振动得时间,频率就是一秒钟内振子完成全振动得次数。振动得周期T跟频率f之间就是倒数关系,即T=１/f。振动得周期与频率都就是描述振动快慢得物理量,简谐振动得周期与频率就是由振动物体本身性质决定得,与振幅无关,所以又叫固有周期与固有频率。 (四）单摆:摆角小于5°得单摆就是典型得简谐振动。 细线得一端固定在悬点，另一端拴一个小球,忽略线得伸缩与质量，球得直径远小于悬线长度得装置叫单摆。单摆做简谐振动得条件就是：最大摆角小于5°,单摆得回复力Ｆ就是重力在圆弧切线方向得分力。单摆得周期公式就是T＝。由公式可知单摆做简谐振动得固有周期与振幅,摆球质量无关,只与Ｌ与g有关,其中Ｌ就是摆长,就是悬点到摆球球心得距离。g就是单摆所在处得重力加速度，在有加速度得系统中(如悬挂在升降机中得单摆)其g应为等效加速度。 (五)振动图象。 简谐振动得图象就是振子振动得位移随时间变化得函数图象。所建坐标系中横轴表示时间，纵轴表示位移。图象就是正弦或余弦函数图象,它直观地反映出简谐振动得位移随时间作周期性变化得规律。要把质点得振动过程与振动图象联系起来,从图象可以得到振子在不同时刻或不同位置时位移、速度、加速度,回复力等得变化情况。 (六) 机械振动得应用——受迫振动与共振现象得分析 (1)物体在周期性得外力（策动力）作用下得振动叫做受迫振动，受迫振动得频率在振动稳定后总就是等于外界策动力得频率,与物体得固有频率无关。 （2)在受迫振动中,策动力得频率与物体得固有频率相等时,振幅最大,这种现象叫共振,声音得共振现象叫做共鸣。 ２机械波中得应用问题 1、理解机械波得形成及其概念。 (1)机械波产生得必要条件就是:<1>有振动得波源;<2>有传播振动得媒质。 (2)机械波得特点:后一质点重复前一质点得运动，各质点得周期、频率及起振方向都与波源相同。 (３）机械波运动得特点:机械波就是一种运动形式得传播,振动得能量被传递,但参与振动得质点仍在原平衡位置附近振动并没有随波迁移。 (4)描述机械波得物理量关系: 注：各质点得振动与波源相同,波得频率与周期就就是振源得频率与周期，与传播波得介质无关,波速取决于质点被带动得“难易”,由媒质得性质决定。 . . 波的形式传播波的图象 认识机械波及其形成条件，理解机械波的概念，实质及特点，以及与机械振动的关系； 理解波的图像的含义，知道波的图像的横、纵坐标各表示的物理量.能在简谐波的图像中指出波长和质点振动的振幅，会画出某时刻波的图像 一、机械波 ⑴机械振动在介质中的传播形成机械波. ⑵机械波产生的条件：①波源，②介质. 二、机械波的分类 ⑴)横波：质点振动方向与波的传播方向垂直的波叫横波.横波有波峰和波谷. ⑵纵波：质点振动方向与波的传播方向在同一直线上的波叫纵波.纵波有疏部和密部. 三、机械波的特点 (1)机械波传播的是振动形式和能量，质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波迁移. ⑵介质中各质点的振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同 ⑶离波源近的质点带动离波源远的质点依次振动 ⑷所有质点开始振动的方向与波源开始振动的方向相同。 四、波长、波速和频率的关系 ⑴波长：两个相邻的且在振动过程中对平衡位置的位移总是相等的质点间的距离叫波长. 振动在一个周期里在介质中传播的距离等于一个波长，对于横波：相邻的两个波峰或相邻的两个波谷之间的距离等于一个波长.对于纵波：相邻的两个密部中央或相邻的两个疏部中央之间的距离等于一个波长. ⑵波速：波的传播速率叫波速.机械波的传播速率只与介质有关，在同一种均匀介质中，波速是一个定值，与波源无关. ⑶频率：波的频率始终等于波源的振动频率. ⑷波长、波速和频率的关系：v=λf=λ/T 五、波动图像 波动图象是表示在波的传播方向上，介质中各个质点在同一时刻相对平衡位置的位移，当波源做简谐运动时，它在介质中形成简谐波，其波动图象为正弦或余弦曲线. 六、由波的图象可获取的信息 ⑴该时刻各质点的位移. ⑵质点振动的振幅A． ⑶波长. ⑷若知道波的传播方向，可判断各质点的运动方向.如图7-32-1所示，设波向 右传播，则1、4质 点沿-y方向运动；2、 3质点沿+y方向运 动. ⑸若知道该时 刻某质点的运动方 向，可判断波的传播 方向.如图7-32-1中若质点4向上运动，则可判定该波向左传播. ⑹若知波速v的大小。可求频率f或周期T，即f=1/T=v/λ. ⑺若知f或T，可求波速v，即v=λf=λ/T ⑻若知波速v的大小和方向，可画出后一时刻的波形图，波在均匀介质中做匀速运动，Δt时间后各质点的运动形式，沿波的传播方向平移Δx=vΔ t 有关机械波的内容近年经常在选择题中出现，尤其是波的图象以及波的多值解问题常常被考生忽略。 【例1】关于机械波，下列说法中正确的是( ) A．质点振动方向总是垂直于波的传播方向 B．简谐波沿长绳传播时，绳上相距半个波长的两质点的振动位移总是相同 C．任一振动质点每经过一个周期沿波的传播方向移动一个波长 D．在相隔一个周期的两个时刻，同一介质点的位移、速度和加速度总相同 【解析】波有纵波和横波两种，由于横波的质点振动方向总是与波的传播方向垂直，而纵波的质点振动方向与波的传播方向平行，所以选项A是错误的。 由于相距半个波长的两质点振动的位移大小相等，方向相反，所以选项B是错误的。 机械振动，并不沿着传播方向移动，所以选项C是错误的。 相隔一个周期的两个时刻，同一介质质点的振动状态总是相同的，所以选项D正确. 图7-32-1 多普勒效应的验证与声速的测定 一，实验目的 掌握利用超声的多普勒效应测量声速的原理与方法。 二，实验原理 根据声波的多普勒效应公式，当声源与接收器之间有相对运动时，接收器接收到的频率f 为: 01122(cos )(cos ) f u v f u v +α= -α （1） 式子中， 0f 为声源发射频率，u 声速，1v 为接收器的运动速度，1α为声源与接收器连线与接收器运动方向之间的夹角，2v 为生源的运动速度，2α为声源与接收器连线与声源运动方向之间的夹角。 若声源保持不动，运动物体上的接收器沿着声源与接收器连线方向以速度v 运动，则从 （1）式可得接收器收到的频率应该为： 0(1)v f f u =+ （2） 当接收器向着声源运动时，v 取正，反之取负。 若0f 保持不变，以光电门测量物体的运动速度，并由仪器对接收器收到的频率自动计数，根据（2）式，作f-v 关系图可直观验证多普勒效应。由实验点做直线，其斜率应该为0/k f u =，由此可以计算出声速0/u f k =。 三，实验内容 验证多普勒效应并测量声速 在多普勒效应的实验仪上，根据仪器菜单提示，使运动的小车以不同的速度通过光电门，仪器自动记录小车的运动速度与接受频率。接收的数据如下 f/Hz v/m/s f 0=39650Hz 39697 0.4 39694 0.38 39729 0.67 39709 0.51 39700 0.42 39709 0.5 39723 0.63 39728 0.67 39701 0.43 39734 0.72 室温为26.5C ? 用origin8.0处理数据如下，并画出f-v 图像。 声00/u f k =速：00/u f k ==39650/115.58m/s=343.03m/s 同时声速0u 也可以由1/20331(1/273)(/)u t m s =+算出，t 表示室温。 代入具体数值： 0u ’=331（1+26.5/273）1/2=346.69m/s 四，误差分析 （1）相对误差为： η= 346.69?343.03346.69 ×100%=1.05% （2）由于光电门是测量平均速度的，所以在实验过程中应该尽量保持小车的速度大，以减少误差。 （3）由于超声波的波长很短，以至于它在空气中近似地以直线传播，所以小车上的压电换能装置应该与固定在轨道末端的超声发射装置尽量保持在一条直线上。相对来说，红外线的波长在光的波长中算长的了，所以它的传播路径并不是局限在直线上，所以小车上的红外发射装置与开始端的红外接收装置在必须在一条直线上的要求并不是很严格。 39700 39720 39740 f (H z ) V (m/s) 多普勒效应的应用 摘要：所谓多普勒效应就是，当声音，光和无线电波等振动源与观测者以相对速度V相对运动时，观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率有所不同。因为这一现象是奥地利科学家多普勒最早发现的，所以称之为多普勒效应。在日常生活中，人们都有这样的经验，火车汽笛的音调在火车接近观察者时比其远离观察者时高此现象就是多普勒效应。它是由奥地利物理学家多普勒于1842年首先发现的。多普勒效应是波动过程的共同特征。光波也有多普勒效应。此效应在卫星定位、医学诊断、气象探测等许多领域有着广泛的应用。 The so-called doppler effect is When sound is light and radio waves such as vibration source and the observer to the relative velocity v relative motion Observers received from the frequency of the vibration frequency and vibration source of the different Because this phenomenon is the earliest discovered Austrian scientist doppler So called the doppler effect In daily life People have such experience The tones of the train whistle when the train approaching observer is higher than its far away from the observer this phenomenon is called the doppler effect It is by the Austrian physicist doppler first found in 1842 The doppler effect is a common characteristic of wave process Light waves have the doppler effect This effect in the satellite positioning medical diagnosis of meteorological observation and many other fields has been widely used 关键词：多普勒效应、声波、光波、电磁波 Doppler effect Acoustic waves are electromagnetic waves 正文： 一、声波的多普勒效应及运用 当一列呜笛的火车经过某观察者时，他会发现火车汽笛音调由高变低。这是因为声调的高低是由观察者耳膜振动频率的不同决定的，如果频率高，听起来声调就高，反之听起来声调就低，这就是声波的多普勒效应。当火车以恒定速度驶近观察者时，汽笛发出的声波在空气中的传播结果是波长缩短。因此，在一定时间间隔内进入人耳的声波频率就增加了，这就是观察感受到声调变高的原因；相反，当火车驶向远方时，声波的波长变大、频率变低，因此听起来就显得低沉。 定量分析可得观测到的波的频率f'=(v+u)f/(v-w)，式中w为波源相对于介质的运动速度、u为观察者相对于介质的速度、v表示波在静止介质中的传播速度、f表示波源的固有频率。当观察者朝波源运动时，u取正；当观察者背离波源运动时，u取负。当波源朝观察者运动时，w取负；当波源背离观察者动时，w取正。从上式易知，当观察者与声源相互靠近时，f'>f；当观察者与声源相互远离时f'机械振动和机械波知识点总结
机械波习题及答案 (2)
多普勒效应与声速的测定
多普勒效应的应用