人教版（2019）选择性必修第一册3.2 波的描述 课件 (共53张PPT)

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第三章 机械波
3.2 波的描述
复习提问：
1：产生机械波的条件是什么？
2：机械波传播的实质是什么？
3：机械波分哪二种？各有什么特点？
⑴机械波:
⑵分类：
⑶条件：
⑷特点:
①质点不随波而迁移
②波传递波源的振动形式
③波是能量传递的一种形式
机械振动和介质
横波和纵波
机械振动在介质中传播形成机械波
我们可以用照象机把波的形状摄下来，就是按下快门瞬间各个质点离开各自平衡位置时的情形。我们就把这些质点连成曲线，就是该时刻的波的图象。
波的图象
横波动画展示
Y
位移
一、波动情况的图象表示法
1.用横坐标表示在波传播方向上各质点的平衡位置
2.用纵坐标表示某时刻各质点偏离平衡位置的位移
X
平衡位置
正方向
负方向
Y
位移
X
平衡位置
O
综上可知：
1．波的图象是在波的传播方向上，介质中各振动质 点的连线在某一时刻的波形．
2 .波的图象也称波形图或波形曲线．
3 .简谐波
（1）简谐运动在介质中传播形成简谐波.
（2）简谐波的图象是正弦曲线（或余弦曲线）.
（3）简谐波是一种最基本、最简单的波.
二、从波的图象上可获得的物理信息：
A
y /m
x /m
1 2 3 4 5 6 7 8
0
B
0.10
A
V
a
v
1、该时刻沿波的传播方向上各个质点的位移；
2、各个质点的振幅A ;
3、能根据波的传播方向判断各个质点在该时刻的运动方向、加速度方向及其变化情况；
4、可以画出另一时刻的波形图。
例题1：一简谐横波沿x轴正方向传播,某时刻其波形图如图所示,下列说法正确的是:( )
A:由波形图可知该波的波长
B:由波形图可知该波的周期
C:经1/4周期后质点P运动到Q点
D:经1/4周期后质点P的速度变为零
x/m
y
1
2
3
4
5
6
P
Q
R
A D
v
识别：下列四幅图中哪几幅表示振动图象 哪几幅表示波动图象 ？
AC
BD
①横、纵坐标的意义不同
②描述的对象不同
③两个正向（或负向）位移最大值之间的距离含义不同
波的图象与振动图象的区别
三.波的图象与振动图象的联系与区别
相同点:
1.图线形状(正、余弦曲线)
2.纵坐标都表示质点离开平衡位置的位移
3.纵坐标的最大值都表示振幅
三.波的图象与振动图象的联系与区别
A是某一时刻各个质点离开平衡位置的位移
B是某一质点在不同时刻离开平衡位置的位移．
3.两种图象相邻两个正向（或负向）位移最大值之间距离的含义不同．
A
B
A表示各个质点的平衡位置
B表示该质点振动的时间
1.横轴坐标的意义不同
2.描述的对象不同
不同点
A
B
图 象
三、简谐运动的图象与简谐波的图象的相同点与不同点.
相同点
1、形状
2、纵坐标
不同点
1、研究对象
2、横坐标表示
3、读出的物理量
X
t
0
振动图象
Y
X
0
波的图象
1、图象形状都是正弦或余弦曲线
2、纵坐标都表示质点离开平衡位置的位移
1、某一质点（不同时刻）
一群质点（同一时刻）
2、横轴表时间
横轴表平衡位置
3、可直接读出周期
可直接读出波长
四、波的图象的基本应用
主要题型之一：
主要方法：
（1）质点带动法 （2）图象平移法
（3）上下坡法 （4）三角形法
Y
X
O
波的传播方向
波的传播方向
质点的振动方向
（1）质点带动法
Y
X
O
波的传播方向
a
b
判断方法：
临近的先振动的质点在该点下方，该质点向下振动；
临近的先振动的质点在该点上方，该质点向上振动
O
x/m
y/cm
传播方向
波源
a
b
c
d
e
f
g
从波源沿传播方向看：
上坡下，下坡上
（2）图象平移法
O
x/m
y/cm
传播方向
波源
a
b
c
d
e
f
g
从波源沿传播方向看：
上坡下，下坡上
Y
X
O
波的传播方向
上坡
下坡
上坡
（3）上下坡法
判断方法：
上坡上的质点向下振动，下坡上的质点向上振动
Y
X
O
波的传播方向
波的传播方向
质点的振动方向
质点的振动方向向上或向下
三角形顶部表示波峰或波谷
（4）三角形法
例题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
1、已知波的传播方向，确定质点振动的方向
练习１：
如图所示为一列向右传播的简谐波在某时刻的波形图,试求出波形图上A、B、C、D四个质点的振动方向。
Y
X
O
波的传播方向
A
B
C
D
V
V
V
V
练习1：
如图所示为一列向右传播的简谐波在某时刻的波形图
试求出波形图上A、B、C、D四个质点的振动方向
Y
X
O
波的传播方向
A
B
C
D
V
V
V
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？
O
x/m
y/cm
传播方向
波源
a
b
c
d
e
f
g
2、已知质点振动的方向，确定波的传播方向
例题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
2、已知质点振动的方向，确定波的传播方向
练习2：
如图所示为一列简谐波在某时刻的波形图，已知图形
上某点的振动方向如图所示。试求这列波的传播方向
Y
X
O
V
答案：向左传播
如果这个质点的振动方向向上，则波的传播方向又如何？
如果已知这个质点做减速运动，则波的传播方向又如何？
波图象的应用
--------质点的振动方向和波的传播方向的关系
v
方法一：微平移法
0
x /cm
y /cm
方法二：风吹草动法
方法三：带动法
方法四：上下坡法
观看视频
问题探究
视频中提到了次声波的那些基本物理属性？
次声波的三个基本物理属性：波长、频率和波速。
课堂情景切入
一个高个子人和一个矮个子人并肩行走(如图)，哪个人的双腿前后交替更为迅速？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？
问题探究
0
0.2
0.4
0.6
0.8
X/cm
Y/cm
波长
波长
问题1：x=0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6cm这些质点的振动方向如何
问题2：在这些质点中位移相同的是哪些点
问题3 ：相邻的位移相同的质点间的水平距离相同吗？
1、定义: 在波动中，对平衡位置的位移总是相等的两个相邻质点间的距离，叫做波的波长。
五、波长（λ）
请想一想，为什么要强调“相邻”两个字？
问题探究
问题探究
注意观察：在波动中，相隔等于波长的两个点的振动特点？
1）这两点对平衡位置的位移的大小和方向总保持相同．
2）这两点 速度大小和方向总保持相同.
3）这两点振动步调总保持相同.
2、说明
注意观察：在波动中，相隔等于半个波长的两个点的振动特点？
问题探究
2).相隔λ/2的两个质点的步调总是相反
1).相隔λ的两个质点的步调总是相同
相隔λ整数倍的两个质点的步调总是相同
相隔λ/2的奇数倍两个质点的步调总是相反
3、拓展
4、知识归纳：
(1)“相位总是相同”的含义是“任何时刻质点相对平衡位置的位移的大小和方向总是相等。”
（2）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。
（3）同相点:相距为整数个波长(nλ)的两质点的振动完全相同,称同相点。
反相点:相距为半波长的奇数倍 (2n+1)λ/2的两质点的振动完全相反，称反相点。
x /cm
y /cm
0
v
1
2
3
4
5
6
问题探究
观察并思考:在振源完成一次全振动的时间里,波是否也完成了一次周期性的波动
解释：每个质点都在做受迫振动，因此每个质点的振动频率与波源相同。
结论：
波的频率取决于波源振动的频率。
①经过一个周期的时间里，振动在介质中的传播的距离恰好等于一个波长。
②每经历一个周期的时间，原有的波形图保持不变。
六、周期（T）、频率（f）
1、波源质点振动的周期（或频率）就是波的周期（或频率）
2、几点说明
(1)波的周期（或频率）应由波源决定，与传播波的介质无关。
(2)每经过一个周期的时间波就沿传播方向传播一个波长的距离。
(3)每经历一个周期，原有的波形图不改变。
ｘ
ｙ
ｏ
波以一定的速度（波速V）向前传播。在单位时间内某一波峰或波谷（疏部和密部）向前移动的距离，等于波速
ｔ时刻的波形
△x
七、波速（v）
ｔ＋△ｔ时刻的波形
1、单位时间内振动所传播的距离叫做波速。
3、几点说明
(2)一列波在同一均匀介质中是匀速传播的
区分波速与质点振动速度的含义
七、波速（v）
(1)波速的大小由介质的性质决定，同一列波在不同介质中传播速度不同。
反映振动在介质中传播的快慢程度.
2、物理意义
问题探究
四、波长、周期（频率）和波速的关系
八、波长、周期（或频率）和波速的关系
(1)波速等于波长和频率的乘积.
(2)经过一个周期，振动在介质中传播的距离等于一个波长
(3)波速等于波长和频率的乘积这一关系虽从机械波得到，但对其他形式的彼（电磁波、光波）也成立
波速由介质决定，与波的频率、质点的振幅无关
波的频率只取决于波源，与波速、波长无关。波在传播过程中、从一种介质进入另一种介质时频率不变。
波长则决定于v和T。波从一种介质进入另一种介质波速发生变化，周期不变，波长发生变化；波在同一介质中传播，当周期发生变化，波长也发生变化。
1．波速由什么决定？
2．频率由什么决定？
3．波长由什么决定？
问题探究
3、注意：
　（2）波速等于波长和频率的乘积这一关系虽从机械波得到，但对其他形式的波（电磁波、光波）也成立。
（3）波速的计算既可用
也可用
（1）波速由介质决定，周期（或频率）由振源决定。
当一列波从一种介质进入另一种介质传播时，周期（或频率）保持不变。
【例1】一艘渔船停泊在岸边，如果海浪的两个相邻波峰的距离时6m，海浪的速度时15m/s,渔船随波摇晃的周期是多少
该题比较基础,重在对新学公式 的理解与应用.
典 型 例 题
波在时间上和空间上的周期性,造成了重复性,波动问题一般具有多解性。
空间
P
Q
【题2】如图所示，沿波的传播方向上有两个相距为 1m 的质点 P 和 Q，当 P 达到负最大位移处时, Q 正好处于平衡位置且向上运动。那么这列波的波长可能为多少
Q
典 型 例 题
1
2
3
x
y
o
【题3】下图的实线是一列简谐波在某一时刻的波形曲线，经0.5秒后，波形如图中的虚线所示。该波的周期 T 大于0.5秒
1、如果波是向左传播的，波速是多大？周期是多大？
2、如果波是向右传播的，波速是多大？周期是多大？
典 型 例 题
2、如果波向右传播，
【题3】1、如果波是向左传播的，波速是多大？周期是多大？
2、如果波是向右传播的，波速是多大？周期是多大？
1、如果波向左传播，
典 型 例 题
1、关于简谐波说法中正确的是（ ）
A．两个振动情况完全相同的质点之间的距离是一个波长
B．任意两个波峰或波谷之间的距离叫波长
C．波动在一周期内向前传播的距离等于波长
D．在一个周期内质点所走过的路程等于一个波长
C
课 堂 练 习
2、关于波速说法错误的有（ ）
A．波速由介质和波源共同决定
B．提高振源频率，波的传播速度将增大
C．同时在空气中传播两列声波，波长较大的声波传播较快
D．频率大的声波在空气中传播的波长越短
E．波速反映了介质中质点振动的快慢
F．波速反映了振动在介质中传播的快慢
ABCE
课 堂 练 习
3、关于v=fλ和v=λ/T说法正确的是（ ）
A．它们适用于一切波（包括电磁波、光波）
B．同一列波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时保持不变的只有f
C．由v=fλ可以看出，波速与频率成正比
D．由两式得出同类波在同一种介质中传播时，波长和频率成反比，与周期成正比
AB
课 堂 练 习
4、一列横波沿直线传播，在传播方向上有A、B两点，相距1.2m，当波刚好到达B点时开始计时，已知4秒内，A位置的质点完成8次全振动，B位置质点完成10次全振动。这列波的波长为多少？频率为多少？速度为多少？
波长λ=0.6m
频率f=2.5Hz
波速v=1.5m/s
课 堂 练 习