新教材高中物理第三章机械波2波的描述课件新人教版选择性必修第一册

1、2波的描述第三章机械波学习目标1知道什么是波的图像，能在简谐波的图像中读出质点振动的振幅、波长、周期等物理量2能根据某一时刻波的图像和波的传播方向，画出下一时刻和前一时刻的波的图像，并能指出图像中各个质点在该时刻的振动方向3知道波传播的周期(频率)与质点振动周期(频率)的关系4理解波长、波速和周期之间的关系，会运用公式vf解答问题学法指导1通过类比机械振动图像可以用来描述简谐振动，类推出机械波的图像则可以用来描述机械波的运动规律2通过描述物体运动的物理量有时间、位移、速度等，而机械波也是物体运动形式之一，类推出描述波的特征的物理量：频率(周期)、波长、波速3通过本节的学习，培养逻辑推理的抽象思

2、维，懂得遇到问题时利用已有的知识进行推理、类比、猜想，提升发现问题、解决问题的能力知识导图预习导学 | 新知领悟1波的图像的作法(1)建立坐标系：以横坐标x表示在波的传播方向上各质点的_，纵坐标y表示某一时刻各质点偏离平衡位置的_(2)选取正方向：规定位移的方向_为正值，_为负值(3)描点：把该时刻各质点的_画在坐标系里(4)连线：用_将各点连接起来就得到了这一时刻波的图像波的图像平衡位置位移向上向下位置平滑曲线2横波图像的物理意义波形图像直观地表示介质中的各个质点在某一时刻的_3横波图像的特点简谐波的波形为_曲线位移正弦1为什么不同时刻波的图像的形状不同？【答案】在波的传播过程中，各质点都在

3、各自的平衡位置附近振动，不同时刻质点的位移不同，故不同时刻波的图像不同2波中各质点做简谐运动，是一种变加速运动，是否说明波的传播也是变加速运动？【答案】不能虽然质点做变加速运动，但是在均匀介质中波是匀速传播的如图所示为一波形图，波沿x轴负方向传播，就标明的质点而言，速度为正、加速度为负的质点是_【答案】S【解析】各质点的速度方向由带动法判断，只有R、S两质点速度向上；加速度的方向由位移正负决定，P、S两质点位移为正，加速度方向为负，只有S点符合题中两个条件1由波的图像可获取的信息一列波在某时刻的波形图像如图所示，能从这列波的图像中了解到波的情况主要有以下几点：振动图像与波形图的对比(1)可以直

4、接看出在该时刻各质点的_图线上各点的纵坐标表示的是各点在该时刻的位移如图线上的M点的位移是_(2)可以直接看出波在介质中传播的过程中各质点的_，即波的图像上纵坐标最大值的绝对值，图中的振幅A_.(3)可以判断出沿传播方向上各质点在该时刻的_方向位移2 cm振幅A4 cm运动2振动图像与波动图像的比较各个时刻各个质点比较项目振动图像波动图像相同点及联系图像形状_曲线可获得的信息质点振动的_，_、_的方向关联质点的振动是组成波动的基本要素正弦振幅位移加速度1怎样从图像上区分振动图像和波动图像？【答案】振动图像的横坐标轴是时间，波动图像的横坐标轴是传播距离2振动图像和波动图像的物理意义有什么不同？【

5、答案】振动图像表示某一质点在各个时刻的位移变化情况，波动图像表示某一时刻各个质点的位移(多选)根据如图所列的两图形，分别判断它们属于何种图像，并确定甲图中A质点，乙图中B时刻，两质点的运动方向()A甲是振动图像，乙是波的图像B甲是波的图像，乙是振动图像C两质点均向上运动D两质点均向下运动【答案】BD【解析】由两图像的横坐标可看出甲是波的图像，乙是振动图像，故B正确，A错误；由甲的传播方向可看出A质点此刻应向下运动， 由乙图可判定B时刻质点也向下运动，故C错误，D正确1波长(1)定义：在波的传播方向上，_总是相同的两个_质点间的距离，通常用表示(2)特征：在横波中，两个_或两个_之间的距离等于波

6、长在纵波中，两个_或两个_之间的距离等于波长波长、频率和波速振动相位相邻相邻波峰相邻波谷相邻疏部相邻密部2周期、频率(1)规律：在波动中，各个质点的振动周期或频率是_，它们都等于_的振动周期或频率(2)决定因素：波的周期或频率由_的周期或频率决定(3)时空的对应性：在一个周期的时间内，振动在介质中传播的距离等于_相同的波源波源一个波长倒数传播f介质不同波速频率1某时刻，两个相邻的、位移相等的质点间的距离等于波长吗？【答案】不一定某时刻两质点位移相等，间距却不一定等于波长2波的传播速度取决于什么？不同频率的横波在同一种介质中的传播速度是否相同？【答案】波的传播速度取决于介质，同一种介质中频率不同

7、的机械波传播速度相同(多选)三条在同一水平面上相互平行的弹性绳，在左端同一地点同时开始振动，经过一定时间后出现如图所示的情况，MN是距起始点相同距离的一条界线，则()AB波的波长最大BA波的振动频率最大CA、B、C三列波的传播速度相等DC与A、B的材料一定不同【答案】ABD【解析】由图可知，B波的波长最大，A、B的传播速度相等，C波的传播速度最小，由于机械波的传播速度由介质决定，所以C与A、B的材料一定不同；在相同时间内，A波的波源做全振动的次数最多，因此A波的振动频率最大，故A、B、D正确，C错误多维课堂 | 素养初培一列简谐波在某一时刻的图像如图所示对波的图像的理解问题(1)波的图像是什么

8、形状的曲线？(2)由图像可读出什么？【答案】(1)波的图像是正弦曲线(2)由图像可读出：该时刻各质点的位移；各质点振动的振幅；机械波的波长1质点运动的“定格”波的图像是某一时刻介质中各个质点运动情况的“定格”可以将波的图像比喻为某一时刻对所有质点拍摄的“集体照”2图像形式简谐波的图像是正(余)弦曲线，是最简单的一种波，各个质点振动的振幅都相等探究总结3波的图像的周期性质点的振动位移做周期性变化，则波的图像也做周期性变化经过一个周期，波的图像复原一次4波的传播方向的双向性如果只知道波沿x轴传播，则有可能沿x轴正向传播，也有可能沿x轴负向传播，具有双向性5由波的图像可获得的信息(1)从波的图像上可

9、直接读出介质质点振动的振幅(2)可确定任一质点在该时刻的位移的大小和方向(3)根据加速度方向与位移方向的关系，可确定任一质点在该时刻的加速度方向(4)若已知波的传播方向，可确定各质点在该时刻的振动方向(速度方向)，速度大小的变化趋势等，反之亦然素养点评：本探究通过对波的图像的理解，培养“科学思维”素养【答案】AC变式1(多选)如图所示，下列说法中正确的是()A此列波的振幅是0.1 mBx15 cm处质点的位移是0.1 mC若A的速度沿y轴正方向，则B的速度亦沿y轴正方向DA的加速度沿y轴的负方向，而B、C的加速度沿y轴的正方向【答案】ACD【解析】从波动图像上可以直接读出振幅是0.1 m，x1

10、5 cm处质点的位移是0.1 m，故A正确，B错误；若波沿x轴正方向传播，此时A、B两质点的速度都沿y轴正方向，故C正确；根据加速度与位移的关系可判断D正确对波的图像的三点说明1在某一时刻各质点的位移不同，但各质点的振幅是相同的2每一质点的振动规律相同，只是后一质点比前一质点振动得晚3某时刻波的图像与经过一段时间后波的图像十分相似，不同的是波的图像沿波的传播方向又延伸了一段距离而已.一列波的图像如图甲，其中某一质点的振动图像如图乙振动图像和波的图像的比较问题(1)如何区分波的图像与振动图像？(2)两种图像纵坐标的最大值相同吗？【答案】(1)从横轴来区分两个图像：振动图像的横轴表示时间，波的图像

11、的横轴表示质点的平衡位置(2)相同，均为质点振动的振幅波动图像与振动图像的比较探究总结比较振动图像波动图像研究对象单个振动质点沿波传播方向的所有质点研究内容一质点的位移随时间的变化规律某时刻所有质点的空间分布规律比较振动图像波动图像图像信息(1)质点振动周期(2)质点振幅(3)某一质点在各时刻的位移(4)各时刻速度、加速度的方向(1)波长、振幅(2)任意一质点在该时刻的位移(3)任意一质点在该时刻的加速度方向(4)传播方向、振动方向的互判图像变化随时间推移，图像延续，但已有形状不变随时间推移，波形沿传播方向平移一段完整曲线占横坐标的距离表示一个周期表示一个波长特别提醒：(1)波的图像与振动图像

12、外形上很相似，辨别它们的关键点是看图像的横坐标是时间t还是位移x.(2)简谐波中的所有质点都做简谐运动，它们的振幅、周期均相同素养点评：本探究通过对波动图像与振动图像的比较，培养“科学思维”素养【答案】D变式2(2020年张家口第四中学检测)振源A带动细绳振动，某时刻形成的横波波形如图所示，在波传播到细绳上一点P时开始计时，则下列图像中能表示P点振动图像的是()【答案】C【解析】由波的传播特点，前边的质点带动后面的质点，后面的质点重复前面的质点振动，由题图可知振源A初始是从平衡位置向下振动的，所以t0时刻，质点P应由平衡位置开始向下运动，故C正确判断振动与波动关系应注意的两点1在利用带动法由波

13、传播方向确定质点振动方向时，参考点与被判点一定要在同一“斜坡”上2在利用微平移法的时候，重在“微”字，t一定要短，x一定要小一个高个子人和一个矮个子人并肩行走(如图)对波长、波速、频率的理解问题(1)哪个人的双腿前后交替更为迅速？(2)如果拿这两个人与两列波做类比，波长、频率、波速分别可以比做什么？【答案】(1)矮个子的人(2)波长、频率、波速可类比为：人每一步跨的距离、双腿交替的频率、前进的速度探究总结(3)波的空间周期性相隔距离为一个波长的整数倍的两质点，振动情况完全相同，即离开平衡位置的位移“总是”相等，振动速度大小和方向也“总是”相同，因而波长显示了波的空间周期性相隔距离为半波长的奇数

14、倍的两质点的振动情况完全相反，即在任何时刻它们的位移大小相等、方向相反，速度也是大小相等、方向相反，会同时一个质点在波峰、一个质点在波谷或同时从相反方向经过平衡位置(4)寻找波长的简易方法在横波中，两个相邻波峰(或两个相邻波谷)之间的距离等于波长，如图(a)所示；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，如图(b)所示特别提醒：(1)我们听到种类繁多的声音有高低和强弱之分，声调的高低由声波的频率决定，即取决于不同发声体的振动频率声音的强弱由声波的能量决定，体现为介质中质点振动的强弱各种声音在空气中传播速度约为340 m/s.(2)波从一种介质进入另外一种介质，波源没变，波的频

15、率不会发生变化；介质的变化导致了波速和波长的改变素养点评：本探究通过对波长、波速、频率的理解，培养“科学思维”素养对波长、波速、频率的理解精练3(2021届吉林八校联考)一列简谐横波沿x轴正向传播，传到M点时波形如图所示，再经0.6 s，N点开始振动，则该波的振幅A和频率f为()AA1 mf5 HzBA1 mf2.5 HzCA0.5 mf5 HzDA0.5 mf2.5 Hz【答案】D变式3(2020年辽宁实验中学期中)如图所示，位于介质和分界面上的波源S，产生两列分别沿x轴负方向与正方向传播的机械波若在两种介质中波的频率及传播速度分别为f1、f2和v1、v2，则()Af12f2，v1v2Bf1

16、f2，v10.5v2Cf1f2，v12v2Df10.5f2，v1v2【答案】C波动问题的多解性精练4(多选)(2021届黑龙江鹤岗一中月考)一列简谐横波在某时刻的图线如图中实线所示，经0.2 s 后波形如图中虚线所示，则()A该波的最小波速为15 m/sB该波的周期可能为0.32 sC该波的周期不可能小于0.2 sD若波速为25 m/s，波一定向x方向传播【答案】AB变式4(多选)一列简谐波在某一时刻的波形如图中实线所示，经过一段时间，波形变成如图中虚线所示，已知波速大小为1 cm/s，则这段时间可能是()A1 s B2 sC3 s D4 s【答案】AC1波的周期性造成多解(1)时间周期性：时

17、间间隔t与周期T的关系不明确(2)空间周期性：波传播距离x与波长的关系不明确2传播方向的双向性造成多解(1)传播方向双向性：波的传播方向不确定(2)振动方向双向性：质点振动方向不确定3解决波动问题应注意的问题由于波动问题的多解性，在解题时一定要考虑其所有的可能性：质点达到最大位移处，则有正向和负向最大位移两种可能质点由平衡位置开始振动，则有起振方向向上、向下(或向左、向右)的两种可能只给出波速不指明波的传播方向，应考虑沿两个方向传播的可能只给出两个时刻的波形，则有多次重复出现的可能解决此类问题时，往往采用从特殊到一般的思维方法，即找到一个周期内满足条件的特例，在此基础上，如知时间关系，则加nT

18、；如知位移关系，则加n.核心素养微专题波的传播方向和质点运动方向的判断方法已知质点的运动方向来判断波的传播方向或已知波的传播方向来判断质点的运动方向时，判断依据的基本规律是横波的形成与传播的特点，常用方法有：2同侧法在波的图像上的某一点，沿竖直方向画出一个箭头表示质点运动方向，并设想在同一点沿水平方向画出一个箭头表示波的传播方向，那么这两个箭头总是在曲线的同侧(如图2所示)【考题延伸】(多选)一列横波沿绳子传播，某时刻绳子形成如图所示的形状，对此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点，下列说法正确的是()A它们的振幅相同B若波向右传播，此时质点B、C、D向下振动，质点A、E、F向上振动C若波向左

19、传播，此时质点A、E、F向上振动，质点B、C、D向下振动D若波向右传播，从此时算起，质点B比C先回到平衡位置【答案】ACD【解析】波中各质点均做受迫振动，不考虑能量损耗，各质点振幅相同，A正确；利用“上下坡法”可判B错误，C正确；若波向右传播，由于此时B和C两点都向上运动，C比B后到达最大位移处，C回到平衡位置也比B迟，故D正确素养点评：本题通过考查波的传播方向和质点运动方向的判断方法，培养学生的“科学思维”素养课堂小练 | 素养达成1关于振动图像和波的图像，以下说法正确的是()A波的图像反映出很多质点在不同时刻的位移B通过波的图像可以找出任一质点在任一时刻的位移C从振动图像可以找出很多质点在任一时刻的位移D两种图像的纵坐标都表示质点