高中物理 第2章 机械波 2.2 机械波的描述同步备课课件 沪科版选修34.ppt

第2章 2 2机械波的描述 学习目标1 知道什么是波的图像 知道纵 横坐标各表示什么物理量 2 能区别振动图像和波的图像 3 知道波长的含义 能从波的图像中求出波长 4 知道波的周期和频率 会用公式v f解答实际的波动问题 内容索引 自主预习梳理 重点知识探究 当堂达标检测 自主预习梳理 1 波的图像 1 简谐波 如果波的图像是 这样的波叫正弦波 也叫简谐波 2 波形图的物理意义 表示介质中在偏离平衡位置的位移情况 2 波长 在波动中 对平衡位置的的两个质点间的距离 正弦曲线 各个质点 某时刻 位移总是相等 相邻 3 波的周期 或频率 在波动中 各质点的振动周期 或频率 是的 它们都等于的振动周期 或频率 这个周期 或频率 就叫做波的周期 或频率 4 波速 1 定义 机械波在介质中 2 波长 频率和波速的关系 v 相同 波源 传播的速度 f 重点知识探究 一 用图像描述机械波 取一条较长的软绳 一同学用手握住一端拉平后上下抖动 另一同学手持数码相机按下快门 想象一下 照片上绳子的像有什么特点 答案 答案照片上绳子的像类似正弦曲线 1 波的图像的作法 1 建立坐标系 用横坐标x表示在波的传播方向上各个质点的平衡位置 用纵坐标y表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移 2 正方向的选取 选取质点振动的某一个方向为y轴正方向 x轴一般选取向右为正 3 描点 把某一时刻所有质点的位移画在坐标系里 4 连线 用一条平滑的线把 3 中的各点连接起来就是这个时刻的波的图像 2 简谐波 正弦波 1 概念 波的图像是正弦曲线的波 如图1所示 2 质点的运动 各质点都做简谐运动 3 物理意义描述的是某一时刻介质中各个质点偏离平衡位置的位移情况 4 由图像可获取的信息 1 该时刻各质点的位移 2 介质中各质点的振幅 图1 解析a b c三个质点都做简谐运动 在质量一定的情况下 加速度的大小与位移成正比 方向与位移方向相反 故知b点的加速度最大 质点加速度的大小与波的传播方向无关 例1如图2所示是一列沿x轴正方向传播的横波某时刻的波形图 则 1 波形图上a b c三点的加速度哪个最大 加速度的大小与波的传播方向是否有关 解析 答案 图2 答案b点无关 2 a b c三个质点下一时刻做什么运动 解析 答案 答案a点向下做加速运动 b点向上做加速运动c点向上做减速运动 解析此时刻b质点速度为零 下一时刻一定向平衡位置做加速运动 因波沿x轴正方向传播 则下一时刻a质点向下运动 c质点向上运动 而a质点的加速度沿y轴负方向 故a质点做加速运动 c质点在平衡位置 速度最大 下一刻将做减速运动 针对训练 多选 如图3所示 画出了一列沿x轴正方向传播的简谐横波在某个时刻的波形 由图像可知a 质点b此时位移为零b 质点b此时向 y方向运动c 质点d的振幅是2cm 解析 答案 图3 d 质点a再经过通过的路程是4cm 偏离平衡位置的位移是4cm 解析由波形知 质点b在平衡位置 所以此时其位移为0 选项a正确 因波向右传播 波源在左侧 在质点b的左侧选一参考点b 由图知b 在b上方 所以质点b此时向 y方向运动 选项b错误 简谐波传播过程中 介质各质点振幅相同 所以质点d的振幅是2cm 选项c正确 再过的时间 质点a将运动到负向最大位移处 它偏离平衡位置的位移为 2cm 故选项d错误 二 振动图像和波的图像的比较 振动图像和波的图像从形状上看都是正弦曲线 你能说出它们的物理意义有什么不同吗 答案 答案振动图像表示介质中某一质点在各个时刻的位移 而波的图像表示介质中的各个质点在 某一时刻 的位移 振动图像和波的图像的比较 例2 多选 如图4甲所示的y x图像表示一列简谐波在沿x轴方向传播时的波形图 则图乙所示的y t图像表示的是a 当这列波沿x轴正方向传播时 表示a质点的振动图像b 当这列波沿x轴负方向传播时 表示a质点的振动图像c 当这列波沿x轴正方向传播时 表示b质点的振动图像d 当这列波沿x轴负方向传播时 表示b质点的振动图像 解析 答案 图4 解析如果这列波沿x轴正方向传播 a质点应向上运动 b质点应向下运动 y t图像表示的是a质点的振动图像 如果这列波沿x轴负方向传播 a质点应向下运动 b质点应向上运动 y t图像表示的是b质点的振动图像 三 用频率 波长描述机械波 声音在不同的介质中传播速度是不同的 比如 在空气中约是332m s 在水中约是1450m s 在铁中约是4900m s 波的传播速度与什么有关 描述机械波的物理量有哪些 答案 答案波的传播速度与介质有关 描述机械波的物理量有波长 频率和波速 1 波长 1 在波动中 对平衡位置的位移总是相等的两个相邻质点间的距离 2 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 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 3 相距一个 或整数个 波长的两个质点在任何时刻振动状态都相同 4 波长反映了波的空间的周期性 2 周期 t 和频率 f 1 波的周期 频率 由波源决定 波由一种介质传到另一种介质时波的周期 频率 不发生变化 2 在同一种介质中 在一个周期内波向前传播的距离等于一个波长 3 周期反映了波的时间的周期性 3 波速 1 波速与频率 波长的关系为 v f 2 波速由介质性质决定 与波的频率 波长无关 例3 多选 一列简谐横波在t 0时的波形图如图5所示 介质中x 2m处的质点p沿y轴方向做简谐运动的表达式为y 10sin 5 t cm 关于这列简谐波 下列说法正确的是a 周期为4sb 振幅为20cmc 传播方向沿x轴正向d 传播速度为10m s 解析 答案 图5 解析 5 rad s 周期为t 0 4s 由题目中波的图像得 振幅a 10cm 波长 4m 故波速为v 10m s p点在t 0时振动方向为y轴正方向 故波沿x轴正方向传播 当堂达标检测 d 从t 0 10s到t 0 25s 质点p通过的路程为30cme 质点q简谐运动的表达式为y 0 10sin10 t 国际单位制 1 图6 a 为一列简谐横波在t 0 10s时刻的波形图 p是平衡位置在x 1 0m处的质点 q是平衡位置在x 4 0m处的质点 图 b 为质点q的振动图像 下列说法正确的是 填正确答案标号 1 2 解析 答案 图6 a 在t 0 10s时 质点q向y轴正方向运动b 在t 0 25s时 质点p的加速度方向与y轴正方向相同c 从t 0 10s到t 0 25s 该波沿x轴负方向传播了6m bce 解析由y t图像可知 t 0 10s时质点q沿y轴负方向运动 选项a错误 由y t图像可知 波的振动周期t 0 2s 由y x图像可知 8m 故波速v 40m s 根据振动与波动的关系知波沿x轴负方向传播 则波在0 10s到0 25s内传播的距离 x v t 6m 选项c正确 在t 0 25s时其波形图如图所示 此时质点p的位移沿y轴负方向 而回复力 加速度方向沿y轴正方向 选项b正确 1 2 t 0 15s t 质点p在其中的t内路程为20cm 在剩下的t内包含了质点p通过最大位移的位置 故其路程小于10cm 因此在 t 0 15s内质点p通过的路程小于30cm 选项d错误 由y t图像可知质点q做简谐运动的表达式为y 0 10sint m 0 10sin10 t m 选项e正确 1 2 2 多选 对于公式v f的理解 正确的是a v f适用于一切波b 由v f知 机械波的频率f增大 则波速v也增大c v