人教版（2019）选择性必修第一册 3.2 波的描述 课件32张
文档属性
| 名称 | 人教版（2019）选择性必修第一册 3.2 波的描述 课件32张 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 12.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-12-23 21:18:46 | ||
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文档简介
(共32张PPT)
选择性必修第一册第三章 机械波
3.2 波的描述
上一章，我们重点研究是单个质点的简谐运动，用 x-t 图像可以很方便地描述一个质点在任意时刻的位移。
课堂引入
1、如果用照相机，拍出波在不同时刻波的 照片…
波是 很多质点 的振动，在波动中同一时刻各个质点的位移都不尽相同的…
学习活动一：
探究如何描述波动
2、在某张照片上建立如下图的直角坐标系…
问题来啦？
1、你认为横轴x、纵轴y应表示什么物理量？
2、每一质点坐标(x、y) 的物理意义？
波的图像
在课本图 3.2-2 中，用横坐标 x 表示在波的传播方向上绳中各质点的平衡位置，纵坐标 y 表示某一时刻绳中各质点偏离平衡位置的位移。
即把平衡时位于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，这些点的集合就是这一时刻波的图像。波的图像有时也称波形图。
如果波的图像是正弦曲线，这样的波叫作正弦波，也叫简谐波
可以证明，介质中有正弦波传播时，介质的质点在做简谐运动
Y
位移
X
平衡位置
正方向
负方向
O
波的图像
简谐波的波形图与质点的振动图像都是正弦曲线，但它们的意义是不同的
波形图表示介质中的“各个质点” 在“某一时刻”的位移，
振动图像则表示介质中“某一质点”在“各个时刻”的位移。
质点的振动图像
我们可以形象地说：
波的图像是 “ 毕业照 ”反映的是一群同学毕业时的瞬间形象，
振动图像是 “成长照” 反映的是一个人 不同时刻 的形象。
学习活动二：探究波长、频率和波速
1、回顾一下波的形成特点：
带动、重复、滞后
2、观察一下波的传播特点：
传播了波形，质点只振动不迁移
3、比较一些质点的振动步调
例如：
质点1与13 2与14 3与15…
它们振动
步调相同
3、比较一些质点的振动步调
例如：
质点 4与10 3与9…
它们振动
步调相反
波长、频率和波速
在波的传播方向上，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离，叫作波长，通常用 λ 表示
在横波中，两个相邻波峰或两个相邻波谷之间的距离等于波长。
在纵波中，两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离等于波长
显然：
相距λ整数倍的质点振动步调总是相同的；
相距λ/2奇数倍的质点振动步调总是相反的。
波长、频率和波速
在上节图 3.1-2 中，从 t ＝ 0 到 t ＝ T 这段时间里，由质点 P0 发出的振动传到质点 P8，使质点 P8 开始振动。这时质点 P0 恰好结束了一次全振动而开始下一次全振动，此后质点 P0 和质点 P8 的振动步调完全一致
由质点 P0 发出的振动，经过一个周期传到质点 P8，也就是说，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
波长、频率和波速
在波动中，各个质点的振动周期或频率是相同的，它们都等于波源的振动周期或频率，这个周期或频率也叫作 波的周期或频率。
由质点 P0 发出的振动，经过一个周期传到质点 P8，也就是说，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 。 由此，波速
波长、频率和波速
机械波在介质中的传播速度由介质本身的性质决定，在不同的介质中，波速是不同的。
声速还与温度有关，表中列出了 0 ℃时声波在几种介质中的传播速度。
①.波的周期由波源决定与介质无关；
②. 同一类不同频率的波在同一介质中波速相同。
特别提醒：
即：波源定周期；
介质定波速
学习活动三：从波形图上获得信息
问题？
1、能得到振幅吗？波长吗？
2、知道传播方向能判断各质点振动方向吗？
Y
X
O
在要判断的质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点P′，若P′在P点下方，则P向下振动，若P′在上方，则P向上振动．
P
P′
P
P′
（1）质点带动法
（2）图象微平移法
O
x/m
y/cm
传播方向
a
b
c
d
e
f
g
将波形图沿传播方向进行微小平移，再由x轴上某一位置的两波形曲线上的点来判定.
O
x/m
y/cm
传播方向
a
b
c
d
e
f
g
（3）同侧法
Y
X
O
判断方法：质点振动方向与波的传播方向在图线的同一侧
沿传播方向看去
例１、振源A带动细绳振动，某时刻形成的横波波形如图所示，在波传播到细绳上一点P时开始计时，则下列图像中能表示P点振动图像的是( )
【解析】由波的传播特点，前边的质点带动后面的质点，后面的质点重复前面的质点振动，由题图可知振源A初始是从平衡位置向下振动的，所以t＝0时刻，质点P应由平衡位置开始向下运动，故C正确。
典例探究：
例2、如图所示，位于介质Ⅰ和Ⅱ分界面上的波源S，产生两列分别沿x轴负方向与正方向传播的机械波．若在两种介质中波的频率及传播速度分别为f1、f2和v1、v2，则 ( )
A．f1＝2f2，v1＝v2
B．f1＝f2，v1＝0.5v2
C．f1＝f2，v1＝2v2
D．f1＝0.5f2，v1＝v2
【答案】C
典例探究：
【例题3】 图3.2-5 中的实线是一列正弦波在某一时刻的波形图。经过
0.5 s 后，其波形如图中虚线所示。设该波的周期 T 大于 0.5 s。
（1）如果波是向左传播的，波的速度是多大？波的周期是多大？
（2）如果波是向右传播的，波的速度是多大？波的周期是多大？
典例探究：
解答：
1、如果波 向左传播，波形向左移动了
2、如果波 向右传播，波形向右移动了
小 结
四．从波的图象上可获得哪些信息（间接描述量）
三．从波的图象上可获得哪些信息（直接描述量）
二、波的图象的物理意义
一、波的图象
五．振动图像和波形图的相同点和不同点
形象记忆
图线变化
物理意义
y/m
x/m
图像
研究内容
研究对象
波的图象
振动图象
质点位移随时间的变化规律
某时刻所有质点的空间分布规律
多个质点在同一时刻的位移
同一质点在不同时刻的位移
随时间推移图象延伸，但已有的图象形状不变
随时间推移图象沿传播方向平移
比喻为一个质点的“录象带”
比喻为无数质点某一时刻拍摄的“集体照片” “特写镜头”
看下一时刻位移
已知传播方向，根据“带动法”“微平移”或“同侧法”法判断
某一质点（不同时刻）
多个质点（同一时刻）
横坐标
表示时间
表示平衡位置
判断振动方向
t/s
T
x/m
λ
例1、（单选）列简谐横波沿x轴传播,t=0时的波形如图所示,质点A与质点B相距1 m,A点速度沿y轴正方向;t=0.02 s时,质点A第一次到达正向最大位移处,由此可知( )
A.此波沿x轴正方向传播
B.此波沿x轴负方向传播
C.从t=0时起,经过0.04 s,质点A沿波传播方向迁移了1 m
D.在t=0.04 s时,质点B在平衡位置处,速度沿y轴负方向
B
例2、（单选）如图是一列简谐横波在某时刻的波形图，已知图中b位置的质点起振时间比a位置的质点晚0.5 s，b和c之间的距离是5 m，则此列波的波长和频率分别为( )
A． 5 m,1 Hz
B． 10 m,2 Hz
C． 5 m,2 Hz
D． 10 m,1 Hz
A
例3、(单选）图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图，图乙为质点P以此时刻为计时起点的振动图象．则下列说法正确的是( )
A． 该波的速度为1.6 m/s，沿x轴负方向传播
B． 该波的速度为20 m/s，沿x轴正方向传播
C． 经过0.2 s，质点P沿x轴的正方向迁移了4 m
D． 经过0.1 s，质点Q的运动方向沿y轴正方向
B
例4、一列自右向左传播的简谐横波，在t＝0时刻的波形图如图所示，此时坐标为(1,0)的质点刚好开始运动，在t＝0.3 s时刻，质点P在t＝0时刻后首次到达波峰位置，质点Q的坐标是(一3,0)，则下列说法正确的是________。
A．在t＝0时刻，质点P的速度方向沿y轴负方向
B．这列波的传播速度为 m/s
C．在0～0.3 s时间内，质点A运动的路程为0.03 m
D．在t＝0.5 s时刻，质点Q首次到达波峰位置
E．这列波的波源起振方向沿y轴正方向
ADE
C
例5.一列波在介质中向某一方向传播，如图所示为此波在某一时刻的波形图，并且此时振动只发生在M、N之间，并知此波的周期为T，Q质点速度方向在波形图中是向下的，下面说法中正确的是（ ）
A.波源是M，由波源起振开始计时，P点已经振动时间T
B.波源是N，由波源起振开始计时，P点已经振动时间3/4T
C.波源是N，由波源起振开始计时，P点已经振动时间T/4
D.波源是M，由波源起振开始计时，P点已经振动时间T/4
例6．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．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
例7．关于机械波的波速说法错误的有（ ）
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
例8.如图所示为一列向右传播的简谐波在某时刻的波形图试画出再经过T/4、3T/4和5T/4时的波形图
Y
X
O
波的传播方向
试画出该时刻前T/4、3T/4和5T/4时刻的波形图
例9．某列波沿x轴正方向传播，t=0时的波形图如图所示，已知在t=0.6秒时A点正好第三次出现波峰，则波的周期为多少？波传到P点所需的时间为多少？P点第一次出现波峰的时间是多少？
例10．一列横波沿直线传播，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？
答案：波长λ=0.6m，频率f=2.5Hz
波速v=1.5m/s
选择性必修第一册第三章 机械波
3.2 波的描述
上一章，我们重点研究是单个质点的简谐运动，用 x-t 图像可以很方便地描述一个质点在任意时刻的位移。
课堂引入
1、如果用照相机，拍出波在不同时刻波的 照片…
波是 很多质点 的振动，在波动中同一时刻各个质点的位移都不尽相同的…
学习活动一：
探究如何描述波动
2、在某张照片上建立如下图的直角坐标系…
问题来啦？
1、你认为横轴x、纵轴y应表示什么物理量？
2、每一质点坐标(x、y) 的物理意义？
波的图像
在课本图 3.2-2 中，用横坐标 x 表示在波的传播方向上绳中各质点的平衡位置，纵坐标 y 表示某一时刻绳中各质点偏离平衡位置的位移。
即把平衡时位于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，这些点的集合就是这一时刻波的图像。波的图像有时也称波形图。
如果波的图像是正弦曲线，这样的波叫作正弦波，也叫简谐波
可以证明，介质中有正弦波传播时，介质的质点在做简谐运动
Y
位移
X
平衡位置
正方向
负方向
O
波的图像
简谐波的波形图与质点的振动图像都是正弦曲线，但它们的意义是不同的
波形图表示介质中的“各个质点” 在“某一时刻”的位移，
振动图像则表示介质中“某一质点”在“各个时刻”的位移。
质点的振动图像
我们可以形象地说：
波的图像是 “ 毕业照 ”反映的是一群同学毕业时的瞬间形象，
振动图像是 “成长照” 反映的是一个人 不同时刻 的形象。
学习活动二：探究波长、频率和波速
1、回顾一下波的形成特点：
带动、重复、滞后
2、观察一下波的传播特点：
传播了波形，质点只振动不迁移
3、比较一些质点的振动步调
例如：
质点1与13 2与14 3与15…
它们振动
步调相同
3、比较一些质点的振动步调
例如：
质点 4与10 3与9…
它们振动
步调相反
波长、频率和波速
在波的传播方向上，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离，叫作波长，通常用 λ 表示
在横波中，两个相邻波峰或两个相邻波谷之间的距离等于波长。
在纵波中，两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离等于波长
显然：
相距λ整数倍的质点振动步调总是相同的；
相距λ/2奇数倍的质点振动步调总是相反的。
波长、频率和波速
在上节图 3.1-2 中，从 t ＝ 0 到 t ＝ T 这段时间里，由质点 P0 发出的振动传到质点 P8，使质点 P8 开始振动。这时质点 P0 恰好结束了一次全振动而开始下一次全振动，此后质点 P0 和质点 P8 的振动步调完全一致
由质点 P0 发出的振动，经过一个周期传到质点 P8，也就是说，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
波长、频率和波速
在波动中，各个质点的振动周期或频率是相同的，它们都等于波源的振动周期或频率，这个周期或频率也叫作 波的周期或频率。
由质点 P0 发出的振动，经过一个周期传到质点 P8，也就是说，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 。 由此，波速
波长、频率和波速
机械波在介质中的传播速度由介质本身的性质决定，在不同的介质中，波速是不同的。
声速还与温度有关，表中列出了 0 ℃时声波在几种介质中的传播速度。
①.波的周期由波源决定与介质无关；
②. 同一类不同频率的波在同一介质中波速相同。
特别提醒：
即：波源定周期；
介质定波速
学习活动三：从波形图上获得信息
问题？
1、能得到振幅吗？波长吗？
2、知道传播方向能判断各质点振动方向吗？
Y
X
O
在要判断的质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点P′，若P′在P点下方，则P向下振动，若P′在上方，则P向上振动．
P
P′
P
P′
（1）质点带动法
（2）图象微平移法
O
x/m
y/cm
传播方向
a
b
c
d
e
f
g
将波形图沿传播方向进行微小平移，再由x轴上某一位置的两波形曲线上的点来判定.
O
x/m
y/cm
传播方向
a
b
c
d
e
f
g
（3）同侧法
Y
X
O
判断方法：质点振动方向与波的传播方向在图线的同一侧
沿传播方向看去
例１、振源A带动细绳振动，某时刻形成的横波波形如图所示，在波传播到细绳上一点P时开始计时，则下列图像中能表示P点振动图像的是( )
【解析】由波的传播特点，前边的质点带动后面的质点，后面的质点重复前面的质点振动，由题图可知振源A初始是从平衡位置向下振动的，所以t＝0时刻，质点P应由平衡位置开始向下运动，故C正确。
典例探究：
例2、如图所示，位于介质Ⅰ和Ⅱ分界面上的波源S，产生两列分别沿x轴负方向与正方向传播的机械波．若在两种介质中波的频率及传播速度分别为f1、f2和v1、v2，则 ( )
A．f1＝2f2，v1＝v2
B．f1＝f2，v1＝0.5v2
C．f1＝f2，v1＝2v2
D．f1＝0.5f2，v1＝v2
【答案】C
典例探究：
【例题3】 图3.2-5 中的实线是一列正弦波在某一时刻的波形图。经过
0.5 s 后，其波形如图中虚线所示。设该波的周期 T 大于 0.5 s。
（1）如果波是向左传播的，波的速度是多大？波的周期是多大？
（2）如果波是向右传播的，波的速度是多大？波的周期是多大？
典例探究：
解答：
1、如果波 向左传播，波形向左移动了
2、如果波 向右传播，波形向右移动了
小 结
四．从波的图象上可获得哪些信息（间接描述量）
三．从波的图象上可获得哪些信息（直接描述量）
二、波的图象的物理意义
一、波的图象
五．振动图像和波形图的相同点和不同点
形象记忆
图线变化
物理意义
y/m
x/m
图像
研究内容
研究对象
波的图象
振动图象
质点位移随时间的变化规律
某时刻所有质点的空间分布规律
多个质点在同一时刻的位移
同一质点在不同时刻的位移
随时间推移图象延伸，但已有的图象形状不变
随时间推移图象沿传播方向平移
比喻为一个质点的“录象带”
比喻为无数质点某一时刻拍摄的“集体照片” “特写镜头”
看下一时刻位移
已知传播方向，根据“带动法”“微平移”或“同侧法”法判断
某一质点（不同时刻）
多个质点（同一时刻）
横坐标
表示时间
表示平衡位置
判断振动方向
t/s
T
x/m
λ
例1、（单选）列简谐横波沿x轴传播,t=0时的波形如图所示,质点A与质点B相距1 m,A点速度沿y轴正方向;t=0.02 s时,质点A第一次到达正向最大位移处,由此可知( )
A.此波沿x轴正方向传播
B.此波沿x轴负方向传播
C.从t=0时起,经过0.04 s,质点A沿波传播方向迁移了1 m
D.在t=0.04 s时,质点B在平衡位置处,速度沿y轴负方向
B
例2、（单选）如图是一列简谐横波在某时刻的波形图，已知图中b位置的质点起振时间比a位置的质点晚0.5 s，b和c之间的距离是5 m，则此列波的波长和频率分别为( )
A． 5 m,1 Hz
B． 10 m,2 Hz
C． 5 m,2 Hz
D． 10 m,1 Hz
A
例3、(单选）图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图，图乙为质点P以此时刻为计时起点的振动图象．则下列说法正确的是( )
A． 该波的速度为1.6 m/s，沿x轴负方向传播
B． 该波的速度为20 m/s，沿x轴正方向传播
C． 经过0.2 s，质点P沿x轴的正方向迁移了4 m
D． 经过0.1 s，质点Q的运动方向沿y轴正方向
B
例4、一列自右向左传播的简谐横波，在t＝0时刻的波形图如图所示，此时坐标为(1,0)的质点刚好开始运动，在t＝0.3 s时刻，质点P在t＝0时刻后首次到达波峰位置，质点Q的坐标是(一3,0)，则下列说法正确的是________。
A．在t＝0时刻，质点P的速度方向沿y轴负方向
B．这列波的传播速度为 m/s
C．在0～0.3 s时间内，质点A运动的路程为0.03 m
D．在t＝0.5 s时刻，质点Q首次到达波峰位置
E．这列波的波源起振方向沿y轴正方向
ADE
C
例5.一列波在介质中向某一方向传播，如图所示为此波在某一时刻的波形图，并且此时振动只发生在M、N之间，并知此波的周期为T，Q质点速度方向在波形图中是向下的，下面说法中正确的是（ ）
A.波源是M，由波源起振开始计时，P点已经振动时间T
B.波源是N，由波源起振开始计时，P点已经振动时间3/4T
C.波源是N，由波源起振开始计时，P点已经振动时间T/4
D.波源是M，由波源起振开始计时，P点已经振动时间T/4
例6．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．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
例7．关于机械波的波速说法错误的有（ ）
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
例8.如图所示为一列向右传播的简谐波在某时刻的波形图试画出再经过T/4、3T/4和5T/4时的波形图
Y
X
O
波的传播方向
试画出该时刻前T/4、3T/4和5T/4时刻的波形图
例9．某列波沿x轴正方向传播，t=0时的波形图如图所示，已知在t=0.6秒时A点正好第三次出现波峰，则波的周期为多少？波传到P点所需的时间为多少？P点第一次出现波峰的时间是多少？
例10．一列横波沿直线传播，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？
答案：波长λ=0.6m，频率f=2.5Hz
波速v=1.5m/s