2020版新教材高中物理 主题2 机械振动与机械波 8 波的描述课件 新人教版必修第一册

8波的描述主题2机械振动与机械波学习目标知识脉络1．知道什么是波的图象，能在简谐波的图象中读出质点振动的振幅、波长、周期等物理量．(重点)2．能根据某一时刻波的图象和波的传播方向，画出下一时刻和前一时刻的波的图象，并能指出图象中各个质点在该时刻的振动方向．(重点)3．知道波传播的周期(频率)，理解周期(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v＝λf解答问题．(难点)知识点一波的图象[先填空]1．波的图象的作法(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表示该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横波的图象．平滑曲线平衡位置位移向上向下位置2．横波图象的物理意义：波的图象直观地表明了离波源不同距离的各振动质点在某一时刻的．3．横波图象的特点：简谐波的波形为曲线．位置正弦[再判断]1．波的图象描述了某一时刻各质点离开平衡位置的位移情况．()2．只有横波才能画出波的图象．()3．简谐波中各质点做的是简谐运动．()√√×[后思考]1．为什么不同时刻波的图象的形状不同？【提示】在波的传播过程中，各质点都在各自的平衡位置附近振动，不同时刻质点的位移不同，故不同时刻波的图象不同．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？【提示】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．[核心点击]1．对波的图象的理解(1)波的图象是某一时刻介质中各个质点运动情况的“定格”．可以将波的图象比喻为某一时刻对所有质点拍摄下的“集体照”．(2)简谐波的图象是正(余)弦曲线，是最简单的一种波，各个质点振动的最大位移都相等，介质中有正弦波传播时，介质中的质点做简谐运动．(3)横波的图象形状与波在传播过程中介质中各质点某时刻的分布相似，波形中的波峰即图象中的位移正向的最大值，波谷即图象中的位移负向的最大值，波形中通过平衡位置的质点在图象中也恰处于平衡位置．2.波的图象的周期性在波的传播过程中，各质点都在各自的平衡位置附近振动，不同时刻质点的位移不同，则不同时刻波的图象不同．质点的振动位移做周期性变化，则波的图象也做周期性变化．经过一个周期，波的图象复原一次．3.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，也可能沿x轴负向传播，具有双向性．1.如图所示为一列向右传播的简谐横波在某个时刻的波形，由图象可知()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2cmD．质点a再经过T2通过的路程是4cmE．质点a再经过T2偏离平衡位置的位移是4cm解析：答案：ACD2．如图所示为某一向右传播的横波在某时刻的波形图，则下列叙述中正确的是()A．经过半个周期，质点C将运动到E点处B．M点和P点的振动情况时刻相同C．A点比F点先到达最低位置D．B点和D点的振动步调相反E．A点和E点的振动步调相同解析：各质点在各自的平衡位置附近振动，不随波迁移，所以经过半个周期，质点C会回到平衡位置，但不会运动到E点，A错误；M点和P点的振动情况不会相同，B错误；波向右传播，F点和A点都向上振动，A点先到达最低位置，C正确；B点和D点的振动相差半个周期，所以振动步调相反，A点和E点振动相差1个周期，所以振动步调相同，D、E正确．答案：CDE3．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________．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；加速度的正负由位移正负决定，P、S两质点位移为正，加速度为负，只有S点符合以上两个条件．答案：S对波的图象的三点说明(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)某时刻波的图象与经过一段时间后波的图象十分相似，不同的是波的图象沿波的传播方向又延伸了一段距离而已．知识点二振动图象与波动图象的对比[先填空]1.由波的图象可获取的信息知道了一列波在某时刻的波形图象，如图所示，能从这列波的图象中了解到波的情况主要有以下几点：(1)可以直接看出在该时刻沿传播方向上各质点的．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．2cm位移(2)可以直接看出在波的传播过程中介质中各质点的，即波的图象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．运动振幅A4cm2.振动图象与波动图象的比较振动图象波动图象物理意义表示一质点在_________的位移表示某时刻________的位移图象图象变化随时间延伸随时间推移不同点比喻单人舞的录像抓拍的集体舞照片各个质点各个时刻图象形状曲线可获得的信息质点振动的、、的方向相同点及联系联系质点的振动是组成波动的基本要素加速度正弦振幅位移[再判断]1．波的图象是质点的运动轨迹．()2．由波的图象可以看出质点振动的振幅．()3．可以根据波的传播方向确定各质点某时刻的运动方向．()×√√[后思考]1．怎样从图形上区分振动图象和波动图象？【提示】振动图象的横坐标轴是时间，波动图象的横坐标轴是传播距离．2．振动图象和波动图象的物理意义有什么不同？【提示】振动图象表示一个质点在各个不同时刻的位移变化情况，波动图象表示某一时刻各个质点的位移．[核心点击]波的传播方向和质点振动方向的判断质点振动方向跟波的传播方向存在着必然的联系，若知道波的传播方向，便知道波源的方位，任给一质点，我们均可判定它跟随哪些质点振动，便知道它的振动方向，反之亦然．1．上下坡法沿波的传播方向看，“上坡”的点向下运动，“下坡”的点向上运动，简称“上坡下，下坡上”，如图所示．2．带动法原理：先振动的质点带动邻近的后振动的质点．方法：在质点P靠近波源一方附近的图象上另找一点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，如图所示．3．微平移法原理：波向前传播，波形也向前平移．方法：作出经微小时间Δt后的波形，就知道了各质点经过Δt时间到达的位置，运动方向也就知道了，如图甲所示．4．同侧法质点的振动方向与波的传播方向在波的图象的同一侧．如图乙所示，波向右传播．5．首首相对法横波是条正(余)弦线，峰点、谷点、临界点，传播、振动方向间，首首相对(或尾尾相对)“是必然”．其意思是：峰点与谷点是振动方向改变的临界点，用箭头表示传播与振动方向，则在临界点画出的箭头必有“首首相对”(或尾尾相对)，如图所示．以上五种方法，都是以波的产生或传播作为依据，掌握这五种方法，有助于我们理解波的产生和传播，并且在以后解题中经常用到，我们应认真体会并掌握．4．如图所示为一列简谐横波在某一时刻的波形图，已知质点A在此时刻的振动方向如图中箭头所示，则以下说法中正确的是()A．波向左传播B．波向右传播C．质点B向上振动D．质点B向下振动E．质点C向上振动解析：解决该题有许多方法，现用“上下坡”法判断，若波向右传播，则A质点处于下坡，应向上振动，由此可知波向左传播．同理可判断C向上振动，B向上振动．答案：ACE5．如图所示为一列简谐波在某一时刻的波形，求：(1)该波的振幅；(2)已知该波向右传播，说明A，B，C，D各质点的振动方向．解析：(1)波的图象上纵坐标的最大值就是波的振幅；所以该波的振幅是5cm.(2)由于该波向右传播，所以在A，B，C，D各质点左侧各选一邻近的参考点A′，B′，C′，D′，利用带动法可以判断出B的振动方向向上，A，C，D的振动方向向下．答案：(1)5cm(2)见解析判断振动与波动关系的两点注意(1)在利用带动法由波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坡上．(2)在利用微平移法的时候，重在“微”字，Δt一定要短，Δx一定要小．知识点三波长、频率和波速[先填空]1．波长(1)定义在波动中，总是相同的两个质点间的距离，通常用λ表示．相邻振动相位(2)特征在横波中，两个或两个之间的距离等于波长．在纵波中，两个或两个之间的距离等于波长．相邻密部相邻波峰相邻波谷相邻疏部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．波源相同的波源(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．(4)周期与频率关系周期T与频率f互为，即f＝1T.倒数一个波长3．波速(1)定义：波速是指波在介质中的速度．(2)公式：v＝λT＝．(3)决定因素机械波在介质中的传播速度由的性质决定，在不同的介质中，波速一般．(4)决定波长的因素：波长由和共同决定．传播介质不同波速频率λf[再判断]1．两个波峰(或波谷)之间的距离为一个波长．()2．两个密部(或疏部)之间的距离为一个波长．()3．不同频率的波在同一种介质中传播，波速不同．()×××[后思考]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？【提示】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？【提示】波的传播速度取决于介质，同一种介质中频率不同的机械波传播速度相同．[核心点击]1．关于波长的定义：“振动相位总是相同”和“相邻两质点”是波长定义的两个必要条件，缺一不可；在波的图象中，无论从什么位置开始，一个完整的正(余)弦曲线对应的水平距离为一个波长．2．关于波长与周期：质点完成一次全振动，波向前传播一个波长，即波在一个周期内向前传播一个波长．可推知，质点振动14周期，波向前传播14波长；反之，相隔14波长的两质点的振动的时间间隔是14周期．并可依此类推．3．波的空间周期性(1)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，且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．(2)相隔距离为半波长的奇数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，会同时一个在波峰、一个在波谷或同时从相反方向经过平衡位置．4．波速的实质：波的传播速度即波形的平移速度．5．波速与振动速度波速与质点的振动速度不同，波速是振动形式匀速向外传播的速度，始终沿传播方向；振动速度是指质点在平衡位置附近振动的速度，大小和方向都随时间做周期性变化．6．波从一种介质进入另外一种介质，波源没变，波的频率不会发生变化；介质的变化导致了波速和波长的改变．6．关于波的周期下列说法中正确的是()A．质点的振动周期就是波的周期B．波的周期是由波源驱动力的周期决定的C．波的周期与形成波的介质的密度有关D．经历整数个周期波形图重复出现，只是波形向前移动了一段距离E．经历整数个周期波形图重复出现，质点向沿波传播的方向前进整数个波长的距离解析：波的周期是由质点振动的周期决定的，故A选项正确；波的周期等于波源驱动力的周期，与介质无关，故B选项正确，C选项错误；D选项正是波的周期性的体现，故D正确．质点不随波迁移，E选项错误．答案：ABD7．关于波长的下列说法中正确的是()A．机械振动在一个周期内传播的距离就是一个波长B．在波形图上位移相同的相邻两质点之间的距离等于一个波长C．在波形图上速度最大且相同的相邻两质点间的距离等于一个波长D．在波形图上振动情况总是相同的两质点间的距离等于一个波长E．波长是波的空间周期性的体现解析：机械振动的质点在一个周期内向远处传播一个完整的波形，故A项正确；由波形图可见，在一个完整波形上，位移相同的相邻质点之间距离不一定等于一个波长，故B项错误；速度最大且相同的质点，在波形图上是在平衡位置上，如果相邻，那么正好是一个完整波形的两个端点，所以C项正确；振动情况总是相同的两质点间的距离是波长的整数倍，故D项错误，E项正确．答案：ACE8．图(a)为一列简谐横波