2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修1 第3章机械波第2节 波的描述 课件（共61张PPT）

(共61张PPT)
波的图像
1
2
复习
1. 机械波的概念。
复习
3
2. 机械波的形成与传播。
复习
4
3. 机械波的分类。
简谐运动的振动图像
5
0
0.3
-0.3
2
4
6
t/s
x/m
可以分析出哪些信息？
（1）直接描述量：
振幅A：离开平衡位置的最大距离
周期T：一次全振动所需要的时间
位移x：任意时刻偏离平衡位置的位移，对应坐标（t , x）
简谐运动的振动图像
6
0
0.3
-0.3
2
4
6
t/s
x/m
可以分析出哪些信息？
（2）间接描述量：
频率f : f=1/T
位移相关量：回复力，加速度，势能
振动速度以及动能Ek
k=Δx/Δt
启示
7
要了解一个物理过程,物理现象和物理规律,最简单、最直接的方式就是利用图像来分析。
简谐运动的振动图像直观反映了某一质点各个时刻偏离平衡位置的位移。
8
如何用图像来描述机械波？
以横波为例
9
绳波
10
10
横波的形状
11
t = 0
1
2
12
14
11
16
13
15
18
17
10
9
8
4
6
5
7
3
19
横波的形状
12
1
2
12
14
11
16
13
15
18
17
10
9
8
4
6
5
7
3
t =
T
1
4
19
横波的形状
13
1
2
12
14
11
16
13
15
18
17
10
9
8
4
6
5
7
3
t =
T
1
2
19
横波的形状
14
1
2
12
14
11
16
13
15
18
17
10
9
8
4
6
5
7
t =
T
3
4
3
19
横波的形状
15
1
2
12
14
11
16
13
15
18
17
10
9
8
4
6
5
7
t =
T
3
19
横波的形状
16
1
2
12
14
11
16
13
15
18
17
10
9
8
4
6
5
7
t =
T
5
4
3
19
横波的形状
波的传播特点
18
波匀速传播，各个质点只在平衡位置附近往复运动，不随波迁移。
波的传播特点
19
波具有时间周期性
波的传播特点
20
1
7
13
19
25
31
37
43
49
55
61
t =
5T
波具有空间周期性
位移矢量
21
1
2
12
14
11
16
13
15
18
17
10
9
8
4
6
5
7
t =
T
3
19
建立坐标平面
22
y/m
O
x/m
x1
x3
x2
x4
x5
x6
x7
x8
x9
x10
x11
x12
x13
x16
x15
x14
x17
x18
y16
y18
y17
y13
y14
y15
y1
y2
y3
y4
y5
y6
y7
y8
y9
y10
y11
y12
x19
y19
t =
T
波的图像
23
t =
T
y/m
O
x/m
xP
yP
P
波的图像与波的形状的区别
24
t =
T
y/m
O
x/m
波的图像（波形图）
25
x/m
y/m
O
正弦波（简谐波）
t =
T
6
12
波的图像随时间的变化
26
x/m
y/m
O
t 时刻
传播方向
t+Δt 时刻
随着时间推移，波的图像沿传播方向平移。
例题1：如图所示，一列横波正在沿x轴的正方向传播，波形匀速迁移的速度为0.5m/s，试画出经过1s后和4s后的波形图。
27
x=vt= 0.5×1=0.5m
y/m
x/m
O
1.0
0.5
1.5
2.0
例题1：如图所示的横波正在沿x轴的正方向传播，波形匀速迁移的速度为0.5m/s，试画出经过1s后和4s后的波形图。
28
x=vt= 0.5×4=2m
y/m
x/m
O
1.0
0.5
1.5
2.0
波的图像的应用
29
0
0.3
-0.3
2
4
6
x/m
y/m
可以分析出哪些信息？
（1）直接描述量：
①各个质点的振幅振幅A
A
波的图像的应用
30
0
0.3
-0.3
2
4
6
x/m
y/m
可以分析出哪些信息？
（1）直接描述量：
①各个质点的振幅振幅A
②相邻的振动状态总一致的两点之间的距离l
A
l
波的图像的应用
31
0
0.3
-0.3
2
4
6
x/m
y/m
可以分析出哪些信息？
（1）直接描述量：
①各个质点的振幅振幅A
②相邻的振动状态总一致的两点之间的距离l
③此时各个质点偏离平衡位置的位移y ，对应坐标（x , y）
A
(x , y)
l
波的图像的应用
32
0
0.3
-0.3
2
4
6
x/m
y/m
可以分析出哪些信息？
（2）间接描述量：
F =ma
①各个质点位移相关量：回复力F，加速度a
(x , y)
波的图像的应用
33
0
0.3
-0.3
2
4
6
x/m
y/m
Q
P
问题：你能比较此时图像中两质点的回复力与加速度的大小吗？
因为 |yQ|> |yP|
所以 FQ> FP , aQ>aP
你还能想到什么？
波的图像的应用
34
0
0.3
-0.3
2
4
6
x/m
y/m
问题：你能比较此时图像中两质点的振动速度的大小吗？
从质点振动的角度来分析：距离平衡位置越近，振动速度越大；距离平衡位置越远，振动速度越小。
所以 vQ< vP
动能EkQ< EkP
P
Q
波的图像的应用
35
0
0.3
-0.3
2
4
6
x/m
y/m
（2）间接描述量：
①各个质点位移相关量：回复力F，加速度a，
②各个质点的振动速率和动能Ek，
你还有什么问题吗？
振动方向？
P
Q
根据波的图像分析质点振动方向
36
0
0.3
-0.3
2
4
6
x/m
y/m
L
波的图像随时间的变化关系：随着时间推移，波的图像沿传播方向平移。
传播方向是：向左？向右？
根据波的图像分析质点振动方向
37
0
0.3
-0.3
2
4
6
x/m
y/m
假设1：波向右传播。
传播方向
将波的图像向右平移，画出经过很短一段时间（Δt） 之后的波的图像。
波在传播过程中，各个质点只在平衡位置附近往复运动。
L
根据波的图像分析质点振动方向
38
0
0.3
-0.3
2
4
6
x/m
y/m
假设2：波向左传播。
传播方向
将波的图像向左平移，画出经过很短一段时间（Δt） 之后的波的图像。
波在传播过程中，各个质点只在平衡位置附近往复运动。
L
平移法：将波的图像沿传播方向平移,画出Δt （ Δt 波的传播方向？
39
x
y
O
O
x
y
L
M
例题2：如图所示是一列横波的图像。
(1) 如果波沿着x轴正方向传播，K 、 L 、 M三个质点，哪一个最先回到平衡位置？
K质点
K
O
K
x
y
L
M
例题2：如图所示是一列横波的图像。
(2) 如果波沿着x轴负方向传播，K 、 L 、 M三个质点，哪一个最先回到平衡位置？
41
M质点
振动图像与波的图像的比较
42
图像形状均为正弦（或者余弦）曲线
y
x
O
x
t
O
横轴
43
y
横轴表示时间
横轴表示各个质点的平衡位置
y
x
O
x
t
O
纵轴
44
纵轴表示某一质点各个时刻偏离平衡位置的位移
纵轴表示各个质点某一时刻偏离平衡位置的位移
y
x
O
x
t
O
图像的意义
45
表示介质中“某一质点”在“各个时刻”的位移
表示介质中“各个质点” 在“某一时刻”的位移
y
x
O
x
t
O
周期性
46
横轴上相邻的振动状态总一致的两点之间距离表示周期
y
x
O
l
x
t
O
T
振动图像与波的图像的比较
47
比较内容 振动图像（简谐运动） 波的图像（简谐波）
图像形状 正弦（或者余弦）曲线 随时间的变化图像延续 正弦（或者余弦）曲线
随时间的变化图像平移
纵横坐标 位移-时间（x-t） 位移-空间位置（y-x）
研究内容 某一质点位移 随时间变化的规律 某一时刻
各个质点的位移分布规律
O
K
x
y
L
N
M
甲
O
t
y
乙
例题3：一列横波某时刻的波形如图甲所示，图乙表示介质中某质点此后一段时间内的振动图像。
(1) 若波沿x轴正方向传播，图乙为K 、 L 、 M 、 N四点中哪点的振动图像？
48
t=0时刻
O
K
x
y
L
N
M
甲
O
t
y
乙
例题3：一列横波某时刻的波形如图甲所示，图乙表示介质中某质点此后一段时间内的振动图像。
(2) 若波沿x轴负方向传播，图乙为K 、 L 、 M 、 N四点中哪点的振动图像？
49
t=0时刻
例题4：简谐横波某时刻的波形如图所示， P为介质中的一个质点。以下说法正确的是 ( )
50
A. 若波沿x轴正方向传播，则质点P此时的速度沿x轴正方向；
B. 若波沿x轴正方向传播，则质点P此时的加速度沿y轴正方向；
C. 再过半个周期时，质点P的位移为负值；
D. 经过一个周期，质点P通过的路程为4A。
O
P
x
y
A
-A
例题4：简谐横波某时刻的波形如图所示， P为介质中的一个质点。以下说法正确的是 ( )
A. 若波沿x轴正方向传播，则质点P此时的速度沿x轴正方向；
51
O
P
x
y
A
-A
O
P
x
y
A
-A
例题4：简谐横波某时刻的波形如图所示， P为介质中的一个质点。以下说法正确的是 ( )
B. 若波沿x轴正方向传播，则质点P此时的加速度沿y轴正方向
52
F=ma
O
P
x
y
A
-A
例题4：简谐横波某时刻的波形如图所示， P为介质中的一个质点。以下说法正确的是 ( )
C. 再过半个周期时，质点P的位移为负值；
53
P'
O
P
x
y
A
-A
例题4：简谐横波某时刻的波形如图所示， P为介质中的一个质点。以下说法正确的是 ( )
C. 再过半个周期时，质点P的位移为负值；
54
P'
O
P
x
y
A
-A
例题4：简谐横波某时刻的波形如图所示， P为介质中的一个质点。以下说法正确的是 ( )
D. 经过一个周期，质点P通过的路程为4A。
55
CD
课堂小结
56
一、波的图像
t 时刻
y/m
O
x/m
课堂小结
57
二、波的图像的应用
0
3
2
4
6
x/m
y/m
（1）直接描述量：
各个质点振幅A，位移y（x , y）
相邻的振动状态总一致的两点之间距离l
（2）间接描述量：
各个质点位移相关量：回复力F，加速度a，
各个质点振动速率以及动能Ek
-3
课堂小结
二、波的图像的应用
波的传播方向
质点的振动方向
平移法：将波的图像沿传播方向平移,画出Δt （ Δt x
y
O
课堂小结
59
三、振动图像与波的图像的比较
图像的形状
纵横坐标
研究内容
振动图像（x-t）:某一质点位移随时间变化的规律
波的图像（y-x）:某一时刻各个质点的位移分布规律
思考：纵波
60
纵波的图像？
61