鲁科版高中物理选择性必修第一册第3章机械波3.1波的形成和描述课件（共50张PPT）

(共50张PPT)
第1课时
身边的波
水波
声波
地震波
绳波
一、波的形成与传播
波的形成
把软绳的一端系在墙上，用手抓住绳子的另一端上下振动， 可看见沿绳传播的波。
当绳的一端在手的作用下振动时，绳上的各点都会受到影响并随之振动起来，于是在绳上形成波。
实验表明
水面上某点的连续振动沿水面传播， 就形成了水波。
声带振动在空气中传播形成声波。
一、波的形成与传播
地球内部的运动在地壳中传播形成地震波
01
机械波
一、波的形成与传播
机械振动在介质中传播形成的波称为机械波，简称波。
02
波产生的条件
（1）波源：振动的物体。
（2）介质：波借以传播的物质。
振动的绳端、 水面上的振动点、 振动的声带、 地震的震源……
绳、 水、 空气、 地壳等
机械波在真空中不能传播
机械振动在介质中是怎样传播的？
绳波
设想:把绳分成很多小段
每一个小段可以看做一个质点
相邻两质点间有相互作用
请点击手
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绳波
t=0
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绳波
t=T/4
质点 1 在外力作用下振动后，会带动质点 2 振动，只是质点 2 的振动要比质点 1 滞后一些。
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绳波
t=T/2
前一个质点的振动总是带动后一个质点振动，依次带动下去，振动也就由发生区域向远处传播。
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绳波
t=3T/4
各质点依次振动，在同一时刻各质点的空间位置不同，因此从整条绳看就形成了凸凹相间的波形.
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1
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绳波
t=T
波形随时间沿传播方向传播出去，从而形成了波。
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绳波
t=5T/4
v
绳波
传播过程中质点并不随波迁移。
机械波向外传递的是机械振动这种运动形式，介质中每个质点仅在平衡位置附近振动，并不随波向前移动。
舞台表演的波动，每个舞者只需做上下动作即可。
1.沿波的传播方向，离波源越远的质点振动越滞后。
2.各质点振动的周期相同，都等于波源的周期。
4.波上质点并不随波迁移，它们在平衡位置附近振动。
5.波向外传播的是振动的形式、能量和信息。
3.质点的振动速度与波的传播速度并不相同。
03
机械波的特点
一、波的形成与传播
巩固练习
1、关于机械波的论述，下列说法正确的是（ ）
A、在机械波形成的过程中，介质中的质点随波一起发生迁移；
B、介质中的质点不随波一起发生迁移，只是在平衡位置附近振动；
C、机械波传播的是机械振动这种运动形式；
D、介质中各质点的振动周期是相同的。
BCD
巩固练习
2、关于振动和波的关系，正确的说法是（ ）
A、有机械波必有机械振动；
B、有机械振动必有机械波；
C、振源的振动速度和波的传播速度是一样的；
D、如果振源停止振动，在介质中传播的波也立即停止。
A
二、波的分类
根据质点的振动方向和波的传播方向之间的关系，可把机械波分为横波和纵波两类。
质点的振动方向与波的传播方向垂直
质点的振动方向与波的传播方向平行
二、波的分类
01
横波
① 特征：
② 波形特点：
凹凸相间的波纹
③ 波峰与波谷：
凹下部分的最低点叫波谷
质点的振动方向与波的传播方向垂直
凸起部分的最高点叫做波峰
波传播方向
质点振动方向
质点振动方向
二、波的分类
02
纵波
①特征：
波的传播方向
质点振动方向
质点分布较稀的部分叫疏部，质点分布较密的部分叫密部。
②波形特点：
质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上。
疏密相间。
③密部和疏部：
声波是一种纵波
点一点播动画
会跳舞的火焰
如图所示，将一支燃烧的蜡烛放在音响喇叭的纸盆前，让音响播放音乐，开大音量，蜡烛的火焰会随着音乐来回摆动，就像在跳舞一样。请思考蜡烛火焰的摆动与纵波有什么联系。
现象
火焰摆动的方向与纸盒振动的向相同。与传播方向平行。
结论
声音是纵波
有的波，既包含横波，又包含纵波，如地震波。在震中附近，横波引起地面水平晃动，纵波引起地面上下颠簸。因为纵波在地球内部的传播速度大于横波，所以地震时，人们一般先感觉到上下颠簸，然后才感觉到有很强的水平晃动。横波是地震造成破坏的主要原因。
第2课时
质点的振动与波的传播
波在介质中传播时，各质点都在平衡位置附近振动，而整个波形不断地向前传播。
一、波的图像
以质点的平衡位置为横坐标，以质点离开平衡位置的位移为纵坐标。
y
x
O
一、波的图像
①波的图像能反映了介质中的各个质点在某一时刻的位移情况。
表示波的传播方向
②横波的图像与波的形状一致。
一、波的图像
③简谐波
（1）波源做简谐运动时，在各个时刻波的图像是一条正弦（ 或余弦 ）曲线，这种波称为简谐波
（2）简谐波是一种最基本、最简单的波。
（3）复杂的波可视为由若干个简谐波合成
一、波的图像
请分析当前时刻各质点的振动方向。如果波向左传播，当前时刻质点的振动方向又是怎样？
y
x
O
点一点播动画
振动方向与波传播方向的常用判断方法
（1）质点带动法
先振动的质点带动邻近的后振动质点，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点上方，则P向上振动，若P′在下方，则P向下振动．
振动方向与波传播方向的常用判断方法
（2）迎背风坡法
将波的传播方向视为风的方向去，“迎风坡”处的质点向下振动；“背风坡”处的质点向上振动。
y
x
O
波的传播方向
迎风坡
背风坡
迎风坡
振动方向与波传播方向的常用判断方法
（3）同侧法
在波的图像上的某一点，沿水平方向画一个箭头表示波的传播方向，沿竖直方向画另一个箭头表示质点振动方向，那么这两个箭头总是在曲线的同侧。
振动方向与波传播方向的常用判断方法
（3）图象平移法
将波形图沿传播方向进行微小平移来表示下一时刻的波形，由于质点不随波平移，则同一质点在下一时刻的位置在上方，则该时刻质点是向上振动，下一时刻位置在下侧则该时刻向下振动。
1、如图所示为一列向右传播的简谐波的波形图，
求：图中A、B、C、D、E各质点的振动情况
A：振动向下
B：振动向上
C：振动向上
D：振动向下
E：振动向下
v
如果这列波是向左传播的，则这四个质点的振动方向又如何？
习题演练
讨论
2、如图所示为简谐波在某一时刻的波形图，已知此时质点A正向上运动，由此可断定（ ）
A.向右传播，且此时质点B正向上运动
B.向右传播，且此时质点C正向下运动
C.向左传播，且此时质点D正向上运动
D.向左传播，且此时质点E正向下运动
C
习题演练
振动图像与波的图像
振动图像与波的图像的比较
振动图像与波的图像的比较
比较项目 名称
简谐运动的图像 简谐波的图像
不
同
点 图像变化 图像随时间延伸,原有部分图形不变 整个波形沿波的传播方向平移,不同时刻波形可能不同
一个完整图像所占横坐标的距离 表示一个周期T 表示一个波长λ
物理意义 一个质点相对于平衡位置的位移x随时间t的变化关系 x轴上所有质点在某一时刻相对于平衡位置振动的位移
运动情况 质点做简谐运动,属非匀变速运动 波在同一均匀介质中是匀速传播的,介质的质点做简谐运动
比喻 单人舞的录像 抓拍的集体舞照片
二、波的特征
01
波的周期与频率
波传播过程，各质点的振动周期都等于波源的振动周期，这个周期就是波的周期，用 T 表示。
介质中质点振动的频率就是波的频率，用 f 表示。
二、波的特征
02
波长
两个相邻的、相对平衡位置的位移和振动方向总是相同的质点间的距离，称为波长。用 λ 表示。
波峰到相邻波峰
波谷到相邻波谷
密部中央到相邻密部中央
疏部中央到相邻疏部中央
二、波的特征
03
波速
物理学中，将振动传播的距离与传播时间之比称为波速。
经过一个周期，振动在介质中传播的距离等于一个波长。
通常，机械波在介质中的波速是由介质本身的性质决定的。在不同的介质中，波速是不同的。
不同介质传
0°C时声波在几种介质中的波速
停在水面上的两艘船相距 24 m。一列水波在湖面上传播开来，使船每分钟上下振动 20 次。当甲船位于波峰时，乙船位于波谷，这时两船之间还有另一个波峰，如图 3-14 所示。若将水波视为横波，求这列水波的波长和波速。
解
由题意可知，甲、乙两船之间的距离等于1.5个波长
解得
这列水波的周期:
由
得水波的波速
机械波的波长与波源的频率及波速有关。一般情况下，机械波在介质中的波速仅由介质决定。敲击频率为 256 Hz 的音叉产生的声波，在空气中传播时波长为 1.32 m。若换成频率为 2 048 Hz 的音叉，波长变为多少？
解
声波在空气中的波速相同
由
得
解得：
图3-15(a)是一列简谐横波在t= 2 s 时的图像，图3-15(b)是这列波中质点 P的振动图像，求该波的传播速度和传播方向。
分析
由振动图像可知，在t = 2 s 时质点 P向上振动。结合波的图像可知，经短暂时间，质点 P运动到P′位置，如图 3-16 所示。因简谐横波在传播时波形沿传播方向平移，此时的波形过点P′（图中蓝线 ）。比较波形变化，可判断该波沿 x 轴负方向传播。
由振动图象知 T=2s 波长λ=100cm=1m
则
讨论
由波的形成过程理解质点振动与波形传播之间的关系是解决问题的关键。图 3-16 中，若还知道该波沿 x 轴负方向传播的距离，你能否确定该过程中质点 P 振动所经历的时间？
如图 3-17 所示，一列简谐横波沿 x 轴正方向传播，蓝线为 t1 = 0 时波的图像，红线为 t2 = 0.01 s 时波的图像。已知周期T ＞ 0.01 s，请判断 0.01 s 时质点 P 振动的方向，并求出波速。
由波形图知t2时刻P向下振动
由t1至t2时间内波向右传播1m
引力波
在爱因斯坦的广义相对论中，引力被认为是时空弯曲的一种效应。这种弯曲时空是由质量的存在而导致的。通常而言，在一个给定的体积内，包含的质量越大，在这个体积边界处所导致的时空曲率越大（图 3-18）。当一个有质量的物体在时空中运动的时候，曲率变化反映了这个物体的位置变化。在某些特定环境之下，加速物体能使曲率产生变化，并且能以波的形式向外以光速传播。这种传播现象称为引力波，它以引力辐射的形式传输能量。