2024-2025学年新教材高中物理第3章机械波2.波的描述课件新人教版选择性必修第一册

第三章2.波的描述学习目标1.初步形成波长、频率和波速的概念。(物理观念)2.用比较法比较振动图像和波动图像的不同。(科学思维)3.探究绳波中质点振动方向与波动传播方向的关系。(科学探究)基础落实·必备知识全过关一、波的图像1.波的图像的获得方法(1)用横坐标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)把平衡时位于x1,x2,x3,…的质点的位移y1,y2,y3,…画在Oxy坐标平面内,得到一系列坐标为(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),…的点,这些点的

就是这一时刻波的图像。

2.简谐波的图像(1)如果波的图像是

曲线,这样的波叫作正弦波,也叫简谐波。

(2)介质中有正弦波传播时,介质的质点在做

。

平衡位置位移集合正弦简谐运动3.波的图像与振动图像的意义(1)波形图表示介质中的“

质点”在“

时刻”的位移。我们可以形象地说:波的图像是“照相式”的。

相对平衡位置的位移对应某一时刻质点的“集体照”位移(2)振动图像表示介质中“

质点”在“

时刻”的位移。我们可以形象地说:振动图像是“录像式”的。

对应某一过程某一个质点的位移各个某一某一各个二、波长、频率和波速1.波长(1)在波的传播方向上,振动相位总是

的两个相邻质点间的最短距离,叫作波长。

(2)在横波中,两个

波峰或两个

波谷之间的距离等于波长。(3)在纵波中,两个

密部或两个

疏部之间的距离等于波长。2.波的周期和频率

均为受迫振动在波动中,各个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,这个周期或频率也叫作波的周期或频率。

相同相邻相邻相邻相邻相同波源3.波长与周期的关系经过

周期,振动在介质中传播的距离等于一个波长。

4.波速及其特点(1)定义:波速是指波在介质中传播的速度。(2)特点:机械波在介质中的传播速度由

本身的性质决定,在不同的介质中,波速是不同的。

5.波长、周期(频率)和波速之间的关系v=

=

。

一个介质λf情境链接如图所示,波沿绳传播,可以看出绳波在空间、时间上具有周期性,我们能否用图像的方法来描述波呢?如果能,坐标轴表示什么物理量?提示

能,横坐标表示某一时刻介质中各个质点的平衡位置,纵坐标表示介质中各个质点相对于平衡位置的位移。教材拓展根据教材P68表中数据,归纳声音在气体、液体和固体中的传播速度的大致规律。提示

在0

℃时,除橡胶外,表中所列水中、固体中的声速大于气体中的声速;除软木和橡胶外,表中所列固体中的声速大于水中的声速。易错辨析(1)同一波形上各质点的振幅相等。(

)(2)波的图像表示各个时刻各个质点的位移。(

)(3)质点做简谐运动时,在介质中形成的波形为正弦曲线。(

)(4)横波中相邻两个波峰之间的距离,纵波中密部中央与相邻疏部中央之间的距离都是一个波长。(

)√×波的图像表示某一时刻各个质点的位移。

√×波长是相邻的两个振动情况始终完全相同的质点之间的距离,横波是相邻两个波峰(或波谷)之间的距离,纵波是相邻的两个密部中央(或疏部中央)之间的距离。(5)波在同一种均匀介质中匀速传播,波由一种介质进入另一种介质,频率、波速和波长都要改变。(

)×波在同一种均匀介质中匀速传播,波由一种介质进入另一种介质,频率不变,但波速和波长都要改变。重难探究·能力素养全提升探究点一波的图像导学探究机械波是机械振动在介质里的传播过程,从波源开始,随着波的传播,介质中的大量质点先后开始振动起来。虽然这些质点都在平衡位置附近重复波源的振动,但由于它们振动步调不一致,所以在某一时刻介质中各质点对平衡位置的位移各不相同。(1)在平面直角坐标系中,要画出波的图像,横、纵坐标应分别表示什么物理量?(2)波的图像表示了怎样的物理意义?提示

(1)横坐标表示在波的传播方向上各质点的平衡位置,纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移。(2)波的图像表示介质中各质点在某一时刻偏离平衡位置的位移的空间分布情况。知识归纳1.波的图像的理解(1)波的图像是某一时刻介质中各个质点的位移情况。可以将波的图像比喻为某一时刻对所有质点拍摄下的“集体照”。(2)简谐波的图像是正弦曲线,是最简单的一种波,各个质点振动的振幅、周期都相等。(3)波的图像的周期性:在波的传播方向上,各个质点的振动依次落后,因此在不同时刻,质点的位移不同,波的图像一般不同;但质点的位移做周期性变化,即经过一个或多个周期,质点又回到原来的位置,波的图像重复一次,即波的图像也做周期性变化

。2.图像的信息

如图所示,知道一列波在某时刻的波形,能从这列波的波形中了解到波的传播情况主要有以下几点:(1)直接看出在该时刻沿传播方向上各质点的位移,即图线上各点的纵坐标。图中的M点的位移是2cm。(2)直接看出各质点的振幅A,即波的图线上纵坐标最大值的绝对值,图中A=4cm。(3)判断各质点在该时刻的回复力方向和加速度方向,与位移方向相反。(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、速度大小的变化趋势等。反之亦然。典例剖析【例题1】

(多选)(2024江西南昌高二月考)一列向右传播的简谐横波在某个时刻的波形如图所示,由图像可知(

)A.质点b此时位移为0B.质点b此时速度为0C.质点d的振幅是2cmD.质点a经过半个周期通过的路程是4cm,偏离平衡位置的位移是4cmAC解析

由图像可知质点b此时位于平衡位置,故其位移为0,速度最大,A正确,B错误;简谐横波在介质中传播时,介质中各质点振幅都相同,根据图像可知振幅为2

cm,C正确;经过

,质点a运动到负向最大位移处,其通过的路程为2A,即4

cm,位移为-2

cm,D错误。对点演练1.(多选)(2024山东济南高二月考)一列向右传播的简谐横波某一时刻的波形如图所示。对于图中A、B、C、D、E、F、G、H、I九个质点,下列说法正确的是(

)A.A、C、E、F、H具有相同的位移B.A、C位移相同,H、F位移方向相反C.B、I振幅相同D.A、B振幅相同BCD解析

在波动曲线中纵坐标y表示各质点偏离平衡位置的位移,故A错误,B正确;在简谐波中各质点都做简谐运动,振幅都等于波源的振幅,故C、D正确。探究点二波的传播方向和质点振动方向的判断导学探究下图呈现的是一列波的传播方向和各质点的振动方向的关系,沿着传播方向看,能发现什么规律?提示

沿波的传播方向看,“上坡路段”上的各质点都向下振动,“下坡路段”上的各质点都向上振动。知识归纳波的传播方向与质点振动方向的互判方法

方法内容图像“带动”法先振动的质点带动邻近的后振动的质点。如在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点P',若P'在P上方,则P向上运动,若P'在P下方,则P向下运动

P向上运动

P向下运动方法内容图像“上下坡”法沿波的传播方向,“上坡”时质点向下振动,“下坡”时质点向上振动

“同侧”法波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧

“微平移”法将波形沿传播方向进行微小的平移,再由对应同一x坐标的两波形曲线上的点来判断振动方向

典例剖析【例题2】

(多选)(2024山东烟台一中高二期末)简谐横波某时刻的波形如图所示,由图可知(

)A.若质点a向下运动,则波是从左向右传播的B.若质点b向上运动,则波是从左向右传播的C.若波从右向左传播,则质点c向下运动D.若波从右向左传播,则质点d向上运动BD解析

如果质点a向下运动,则波应从右向左传播,故A错误;同理,B正确;如果波从右向左传播,由“上下坡”法可知图中a、b质点向下运动,c、d质点向上运动,故D正确,C错误。对点演练2.(多选)(2024山东青岛一中高二期末)一列简谐波在某一时刻的波形如图所示,此时刻质点F的振动方向已在图中标出。则(

)A.该波向右传播B.质点B和D的运动方向相同C.质点C比质点B先回到平衡位置D.此时质点F和H的加速度相同CD解析

由“上下坡”法可知,波只有向左传播,此时刻质点F的运动方向才向下,同理,质点D的运动方向也向下,而质点A、B、H的运动方向向上,故A、B探究点三波长、频率和波速导学探究震源的振动会以横波和纵波两种形式向外传播,两种波在地壳中的传播速度并不一样,首先到达地面的是纵波,接着横波传来,所以在震中的人们会先感到上下颠簸,然后又会感到左右摇摆。(1)地震时,在地壳中纵波的速度与横波的速度谁大?(2)同一种波的传播速度取决于什么?

要点提示

(1)纵波的速度大。(2)波的传播速度大小取决于介质。知识归纳1.波长的确定(1)根据定义确定①在波动中,振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离等于一个波长。②波在一个周期内传播的距离等于一个波长。(2)根据波的图像确定在波的图像上,两个相邻波峰(或波谷)间的距离为一个波长。(3)根据公式λ=vT来确定。2.波速和波长、频率的决定因素及关系

物理量决定因素关系周期和频率取决于波源,而与v、λ无直接关系v=λf或v=波速取决于介质的物理性质,它与T、λ无直接关系波长波长λ则只取决于v和T,只要v、T其中一个发生变化,λ值必然发生变化特别提示

每隔一个波长的距离,波形就重复出现,每隔一个周期,波形恢复原来的形状,这就是波的“空间周期性”和“时间周期性”。典例剖析【例题3】

(多选)(2024山东潍坊高二期末)原点O处有一简谐横波波源,t=0时波源开始振动,形成沿x轴正向传播的机械波,t=0.6s时的波形如图所示,此时质点P刚好开始振动,下列说法正确的是(

)A.这列波的传播速度为10m/sB.t=0.7s时质点b运动方向沿y轴正方向C.再经过0.1s质点a通过的路程小于10cmD.此时质点a与质点b运动方向相反ACD对点演练3.(多选)(2024江苏南京高二期末)坐标原点有一波源沿y轴振动,形成沿x轴正方向传播的简谐横波,如图所示。已知波速为10m/s,下列说法正确的是(

)A.这列波的波长是4mB.这列波的振幅是20cmC.波源振动的频率为2.5HzD.波源振动的频率为10HzAC解析

由图可知,这列波的波长是4

m,振幅是10

cm,故A正确,B错误;根据波长、频率与波速的关系式v=fλ得,波源振动的频率为

=2.5

Hz,故C正确,D错误。学以致用·随堂检测全达标123451.(波的图像)(多选)(2024山东临沂高二月考)关于波的图像,下列说法正确的是(

)A.波的图像反映的是某一时刻介质中各质点的位移情况B.若已知某一质点在某时刻的振动方向,则可以由波的图像判断出波的传播方向C.从波的图像中能读出质点的振幅和周期D.在不同时刻波的图像有可能完全相同ABD解析

波的图像反映的是介质中各质点在某一时刻的位移情况,A正确;若已知某一质点在某时刻的振动方向,根据“同侧”法或“上下坡”法,可判断出波的传播方向,B正确;从波的图像可以读出质点的振幅,但不能读出周期,C错误;简谐波的波形图为正弦曲线,故波形会周期性出现,D正确。123452.(波的图像)(多选)(2024山东威海高二月考)一列简谐波在某时刻的波形如图所示,则下列说法正确的是(

)A.此列波的振幅是0.1mB.x=15m处质点的位移是0.1mC.若A质点的速度沿y轴正方向,则B质点的速度也沿y轴正方向D.A质点的加速度沿y轴负方向,B、C两质点的加速度沿y轴正方向ACD解析

从波形图中可以直接读出振幅是0.1

m,x=15

m处质点的位移是-0.1

m,若A质点的速度沿y轴正方向,由“同侧”法或“上下坡”法可判断波向右传播,B质点的速度也沿y轴正方向,A质点的加速度沿y轴负方向,B、C两质点的加速度沿y轴正