高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册 3.2波的描述 习题课 课件 （共24张PPT）

3.2 波的描述
一、波的图像
照象机——某一瞬间各个质点离开各自平衡位置时的情形
思考：
(1)如果想定量研究各质点的空间位置，应该如何建立坐标轴？
(2)横轴x、纵轴y应表示什么物理量？

x——各个质点的平衡位置
y——某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移
如果波的图像是正弦曲线，这样的波叫做正弦波，也叫简谐波。
振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离
1.波长λ：
说明
（1）振动相位总是相同——位移总相等（每时每刻大小方向都相同）
——速度总相等（每时每刻大小方向都相同）
二、波长 频率 波速
（2）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。
(3)相距λ整数倍的质点振动状态总是相同的；
相距λ/2奇数倍的质点振动状态总是相反的。
3.由振源发出的振动，经过一个周期 T，振动在介质中传播的距离等于多长？
1.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?
问题探究
2.每个质点是否都在做受迫振动？每个质点的振动周期与波源振动周期的关系？
2、周期（T）、频率（f）
(1)定义：波源振动的周期（或频率）就是波的周期（或频率）
（2）理解
波的周期（或频率）应由波源决定，所有振动的质点的周期（或频率）应由波源决定、与传播波的介质无关。
一个周期的时间波沿传播方向传播一个波长的距离。
每经历一个周期，原有的波形图不变。
3、波速（v）
（1）单位时间内振动所传播的距离叫做波速。
（3）说明
一列波在同一均匀介质中是匀速传播的
波速与质点振动速度含义相同么？
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
4、波长、周期（或频率）和波速的关系
振动和波动的区别与联系:
振　动
波　动
区
别
研究
对象
单个质点——个体行为
大量质点——群体行为
力的
来源
单个质点受力
各质点间的弹力
速度
质点的速度
传播速度
联系
(1)振动是波动的原因,波动是振动的结果
(2)有波动必然有振动,但有振动不一定有波动
(2)波动的性质、频率和振幅都与振源相同
介质决定，与频率、振幅无关
波源决定，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。
波速频率（周期）共同决定。波从一种介质进入另一种介质波速发生变化，周期频率不变，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？
问题回顾
一列波在第一种均匀介质中的波长为λ1，在第二种均匀介质中的波长为λ2，且λ1=3λ2，那么这列波在这两种介质中的频率之比和波速之比分别为（　　）
A．3:1和1:1 B．1:3和1:1
C．1:1和3:1 D．1:1和1:3
C
如图所示，图甲为沿x轴传播的一列简谐横波在t＝0时刻的波动图像，图乙为质点P的振动图像，则下列说法中正确的是（　　）
A．该波的波速为2m/s B．该波的波长为2.5m
C．t＝0到t＝4s时间内，质点P沿x轴移动了2m
D．t＝0到t＝2s时间内，质点P的位移为零，路程为0.2m
D
课堂练习
(1)该时刻各质点的位移——纵坐标（+-）
(2)振幅A ——波峰位移
(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；
三 波的图像信息
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？
如图所示为某一时刻某简谐波的图像，波的传播方向沿x轴正方向，（　　）
A．质点a的振幅比b的大
B．该时刻质点b、e的速度相同
C．该时刻质点c、d的加速度为零
D．该时刻质点d正在向下运动
D
课堂练习
【答案】D
【详解】A．该时刻a、b质点位移不同，但对简谐波来说，各质点的振幅都是相等的，故A错误；
B．该时刻质点b速度方向向上，而质点e速度方向向下，它们的速度不相同，故B错误；
CD．该时刻质点c位移为负的最大值，其回复力和加速度都为正的最大值，质点d的运动方向是向下的，位移为零，加速度为零，故C错误，D正确。
故选D。
课堂练习
图 象
四 振动图像与波动图像
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、物理量
X
t
0
振动图象
Y
X
0
波的图象
1、正弦或余弦曲线
2、质点离开平衡位置的位移
单人舞录像
集体舞照片
横轴表时间
横轴表平衡位置
直接读出周期
直接读出波长
3、纵坐标的最大值都表示振幅
同时给两图
计算波速
判断波速方向
1 振动图下一时刻往哪振；2 波动图找点画图
如图所示，图甲为沿x轴传播的一列简谐横波在t＝0时刻的波动图像，图乙为质点P的振动图像，则下列说法中正确的是（　　）
A．该波的波速为2m/s
B．该波的传播方向沿x轴负方向
C．t＝0到t＝9s时间内，质点P通过的路程小于0.9m
D．t＝0到t＝2s时间内，质点P的位移为零，路程为0.2m
D
课堂练习
课堂练习
图中实线为t＝0时刻的波形图，虚线为t＝0.5 s时的波形图。据此能否判断波的传播方向？
五 多解
方法一：
往右传：????2?????1=????????+????4 ????=????????
往左传：????2?????1=????????+3????4 ????=????????
?
方法二：
往右传：?????=????????+????4 ????=?????????2?????1
往左传：?????=????????+3????4 ????=?????????2?????1
?
一列简谐横波沿直线由a向b传播，相距10.5 m的a、b两处的质点振动图像如图中a、b所示，求该波的波速？若b向a传播呢？
课堂练习
解决波的多解问题的一般思路
(1)首先考虑双向性，若题目未告知波的传播方向或没有其他相关的隐含条件，应首先按波传播方向的不同可能性分别进行讨论。
(2)对设定的传播方向，确定Δt和T(或确定Δx和λ)的关系，一般先确定最简单的情况，即一个周期内的情况，然后在此基础上加nT(或nλ)。
(3)应注意题目是否有限制条件，如有的题目限制波的传播方向，或限制时间Δt大于或小于一个周期等，所以解题时应综合考虑，加强多解意识，认真分析题意。
(4)空间的周期性与时间的周期性是一致的，实质上是波形平移规律的应用，所以解答时我们可以针对不同题目任选其中一种方法求解。