3.1 波的形成和描述 课件-2021-2022学年高二上学期物理鲁科版（2019）选择性必修第一册ppt

(共40张PPT)
3.1 波的形成和描述
2022.4 山河无恙 日月同辉
第3章 机械波
鲁科版 （2019版） 选择性必修1
学习目标
彩带上的波
复习
0
复习
0
1、受迫振动的特点；共振的条件；
2、简谐运动的特点
3、简谐运动的位移公式和图像；
波的形成与传播
1
实验表明，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。
波源
介质
振动的绳 端、水面上的振动点、振动的声带、地震的震源等
1.1 机械波的条件
绳、水、空气、地壳等都是传播波的物质，
波的形成与传播
1
1.2 机械波的形成和传播
以绳波为例
波的形成与传播
1
1.2 机械波的形成和传播
设想:把绳分成很多小段
相邻两质点之间会存在相互作用的力
分析形成过程
波的形成与传播
1
1.2 机械波的形成和传播
波源
介质
质点间的相互作用
前一质点带动后一质点
以振动的形式向外传播
机械波
波的形成与传播
1
1.2 机械波的形成和传播
振动在绳上传播，形成了绳波
请用一句话总结这个分析过程：
一根绳，无数段，前后质点力相连；
前带后，后跟前，振动形式沿绳传。
波的形成与传播
1
1.3 机械波的传播特点
1.绳上各点有没有随波迁移？
波传播的是什么？
2.绳上各点是同时起振的吗？
起振方向相同吗？
3.绳上各点起振方向一致吗？
4.绳上各点振动频率相同吗？
5.不同时刻绳上波的形状是怎样变化的？
波的形成与传播
1
1.3 机械波的传播特点
序号 特点
1
2
3
4
5
6
波在传播时，各质点都在做 受迫振动。
每个振动的质点的周期都等于波源的振动周期
离波源越远的质点振动越滞后
介质中的质点振动需要传播时间，各点所需时间不同
介质中每个质点的起振方向与波源的起振方向相同
介质中振动的各质点只在各自的平衡位置附近做往复运动（周期特点），不随波迁移。“波”传递的只是 “振动” 这种形式
“前一质点”带动“后一质点”；换种说法 “后一质点”追赶（或者重复）“前一质点”---判断某质点的振动方向
波传递振动运动形式的同时，也传递能量和信息；振幅是否相同，取决是否存在阻力
波源的振动信息特点
波的形成与传播
1
1.4 振动和波动的关系
③波源停振后，介质中的波动并不立即停止，而是继续向远处传播，直到振动能量完全损失。
①振动是波动的起因，波动是振动在介质中向周围的传播。
②波动的周期等于质点振动的周期。
波的形成与传播
1
例题：某绳波形成过程的示意图如图所示，质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，带动2,3,4…各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端。已知t＝0时，质点1开始向上运动，t＝时，1到达最上方，5开始向上运动。问：
（1）当t＝T/2时，质点8、12、16的运动状态(是否运动、运动方向)如何？
（2）当t＝3T/4时，质点8、12、16的运动状态如何？
波的形成与传播
1
例题、【多选】关于振动和波的关系，下列说法中正确的是( )
A．振动是波的成因，波是振动的传播；
B．振动是单个质点呈现的运动现象，波是许多质点联合起来呈现的运动现象；
C．波的传播速度就是质点振动的速度；
D．波源停止振动时，波立即停止传播；
AB
波的分类
2
按质点振动方向和波的传播方向的关系可分为：
纵波
横波
质点振动方向和波的传播方向的相互垂直；
质点振动方向和波的传播方向的在同一直线上；
按是否有介质可分为：
电磁波
机械波
需要介质；如 绳波、水波、声波、地震波
不需要介质；如 光、电磁波；
波的分类
2
2.2 横波的特点
⑴横波：质点振动方向跟波的传播方向相互垂直
⑵波峰：凸起的最高处叫做波峰。
⑶波谷：凹下的最低处叫做波谷。
常见的横波有：绳波、电磁波
波的分类
2
2.3 纵波的特点：
⑴纵波：质点振动方向跟波的传播方向沿同一直线。
⑵密部：质点分布最密的地方叫做密部。
⑶疏部：质点分布最疏的地方叫做疏部。
常见的纵波有：声波
波的分类
2
请点击手
波的分类
2
①声波是纵波
②水波既不是横波也不是纵波，叫做水纹波。
③地震波既有横波又有纵波
波的分类
2
例题：关于纵波与横波，下列说法正确的是(　　)
A．振源上下振动形成的波是横波；
B．振源水平振动形成的波是纵波；
C．波沿水平方向传播，质点上下振动，这类波是横波；
D．质点沿水平方向振动，波沿水平方向传播，这类波是纵波；
C
波的描述
3
3.1 波的图像
横坐标表示各质点的平衡位置
纵坐标表示同一时刻各个质点偏离平衡位置的位移
①横纵坐标意义.
Y
X
O
正方向
负方向
②波的图像
波的描述
3
(1)波的图象表示介质中各个质点在同一时刻偏离平衡位置的位移的情况。
(2)在不同时刻质点振动的位移不同，波的图像也随之改变。
③波的图象意义：
④简谐波
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（simple harmonic wave）。
x /cm
y /cm
0
v
1
2
3
4
5
6
波的描述
3
⑤振动图像 波动图像
课本P62---简谐运动的图像是一条正弦（或余弦）曲线；横波中的各质点做简谐运动时， 其图像也是一条正弦（或余弦）曲线。如图 3-10 所示的两图像中，一个是振动图 像，另一个是波的图像，你能将它们区分开来吗？它们的物理意义分别是什么？请说出理由，并与同学讨论交流。
波的描述
3
3.2 波的特征
3.2.1 周期（T）
各质点的振动周期相同，都等于波源的振动周期；
符号：T，单位：s
介质中质点振动的频率就是波的频率，用 f 表示。
3.2.2 波长（λ）
由波源决定
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（wavelength）
物理意义 ：
反映了波动在空间上的周期性。
在横波中,两个相邻的波峰(或波谷)之间的距离等于波长.
在纵波中,两个相邻的密部(或疏部)之间的距离等于波长．
波的描述
3
拓展一步；
同向点间的距离差Δx是多少呢？
反向点间的距离差Δx是多少呢？
3.3.3 波速
将振动传播的距离与传播时间之比称为波速（wave speed）。
描述的是振动在介质中传播的快慢程度。
物理意义 ：
经过一个周期，振动在介质中传播的距离等于一个波长。
由介质本身的性质决定的
波的描述
3
波速（波的传播速度）是一个定值；
振动速度时变化的（大小、方向都在变化）
同一列波在同一介质中 匀速传播 。
区分波速和振动速度 。
例题：【多选】下列关于波速的正确说法是（ ）
A. 反映了振动在介质中传播的快慢；
B. 反映了介质中质点振动的快慢；
C. 波速由介质决定，与波源无关；
D. 反映了介质中质点迁移的快慢；
AC
波的描述
3
3.3.4 三者关系
在波动中，每经过一个周期T，振动在介质中传播的距离等于一个波长λ
周期 由波源决定（因为质点都是做受迫振动）；
波速 由介质决定；
波长 由波源和介质共同决定；
波的描述
3
3.3.5 由图像可得：
振幅A（注意单位），波长λ
某质点的该时刻的位移x；
某质点的该时刻的振动速度的方向及变化；
区别：振动速度 传播速度；
x /cm
y /cm
0
v
1
2
3
4
5
6
波的描述
3
方法(1)： 带动法（前一质点）
Y
X
O
波的传播方向
P
质点振动方向与前一点(靠近振源)的振动方向一致
3.3.6 波传播方向 质点振动方向的判断方法：
波的描述
3
3.3.6 波传播方向 质点振动方向的判断方法：
方法(2) ：(沿波传播方向看)上下坡法
0
x /cm
y /cm
v
A
C
D
E
沿波的传播方向看，上坡质点向下振，下坡质点向上振。
B
F
波的描述
3
3.3.6 波传播方向 质点振动方向的判断方法：
方法(3)： 同侧法
0
x /cm
y /cm
v
A
B
C
D
A：向下
C：向下
D：向下
B：向上
波的描述
3
3.3.6 波传播方向 质点振动方向的判断方法：
x /cm
y /cm
0
v
1
2
3
4
5
6
微平移法
例题
4
例题1：一列简谐横波沿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为 ，频率f为 。
例题
4
课本P64---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，如图所示。若将水波视为 横波，求这列水波的波长和波速。
例题
4
课本P67--- 2. 一列简谐横波沿 x 轴传播，在某时刻波的图像如图所示。已知 此时质点 e 的运动方向向下，则（ ）
A. 此波沿 x 轴正方向传播；
B. 质点 c 此时向下运动；
C. 质点 a 将比质点 b 先回到平衡位置；
D. 质点 d 振幅为 0
例题
4
课本P67--- 3. 用手握住较长软绳的一端连续上下抖动，形成一列简谐横波。 某一时刻的波形如图所示，绳上 a、b 两质点均处于波峰位置。 下列说法正确的是 （ ）
A. a、b 两质点之间的距离为半个波长；
B. a、b 两质点振动开始时刻相差半个周期；
C. 质点 b 完成的全振动次数比质点 a 多一次；
D. 质点 b 完成的全振动次数比质点 a 少一次；
例题
4
课本P67--- 4. 抖动绳子的一端，绳子每秒钟做两次全振动，产生如图所示的横波。求绳上横波的频率、波长 和波速，并画出 1.25 s 后的波形图。若要增大绳波的波长，抖动绳子的频率该如何改变？
课本P67--- 5. 有人用下列方法测量声音的传播速率。如图所示，两只船相距 14 km，一只船上的实验员向水里 放一口钟，当她敲钟时，船上的火药同时发光；另一只船上的实验员向水里放一个听音器，他看 到火药发光后 10 s，听到了水下的钟声。请根据这些数据计算水中的声速。
例题
4
课本P68--- 4. 一列沿 x 轴正方向传播的简谐横波在 t = 0 时刻的图像如图所示，波源周期为 1 s。下列说法正确的是（ ）
A. 质点 b 的振幅为 0
B. 经过 0.25 s，质点 b 沿 x 轴正方向移动 0.5 m
C. 从 t ＝ 0 时刻起，质点 c 比质点 a 先回到平衡位置
D. 在 t ＝ 0 时刻，质点 a、c 所受的回复力大小之比为 1∶2
例题
4
课本P84--- 2.某质点做简谐运动，其位移随时间变化的关系式为 x = 5sin (πt/ 4) ，单位为 cm。下列关于该质点 运动情况的说法正确的是( )
A. 质点做简谐运动的振幅为 10 cm；
B. 质点做简谐运动的周期为 4 s；
C. 在 t = 4 s 时，质点的速度最大；
D. 在 t = 4 s 时，质点的加速度最大；
小结
6
波的形成和描述
机械波的形成和传播
传播
条件
介质
波源
能量
振动形式
波的分类
纵波
横波
波的描述
波的特征
波的图像
波速
周期和频率
波长
振动图像
区别