3.2 波的描述 课件 (共25张PPT) 高二物理人教版（2019）选择性必修1

(共25张PPT)
第2节 波的描述
第三章 机械波
观察水波，可以看出波在空间、时间上具有周期性，我们能否用图像的方法来描述一列波呢？如果能，坐标轴表示的是什么物理量？
1.知道波的图像，能区分波的图像和振动图像，并能从图像中得到振幅、波长等相关物理量的信息。
2.知道波长、频率和波速的概念以及它们之间的关系。
3.会根据质点振动方向和波的传播方向互判。
知识点一、波的图像
思考：简谐运动的图像直观地反映了质点做简谐运动的物理过程，根据图像可以看出质点在任意时刻的位移。 如何用图像描述机械波在同一时刻各质点的位移？
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。也称波形图。
1.简谐波：如果波源做简谐运动，各介质也跟着做简谐运动，所形成的波叫做简谐波。
2.图象：正弦曲线（或余弦曲线）。
（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
3.简谐波是一种最基本、最简单的波。
4.波的图像的物理意义：反映某时刻各个质点偏离平衡位置的位移。
x/m
y/cm
5
-5
0
2
4
6
知识点二、波长、频率和波速
1.波长: 沿波的传播方向，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离，叫做波长，常用λ表示。
λ
λ
y
x
观察：在波动中，相隔等于波长的两个点的振动特点？
几点说明
（1）“位移总相等” 的含义是“每时每刻位移大小方向都相同”。
（2）位移总相等的两个质点，其速度也总是相等的，相位也相同。
（3）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。
（4）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。
2.频率（或周期）：介质中各质点振动的频率（或周期）都等于波源的振动频率（或周期），我们把这个频率（或周期）叫做波的频率（或周期）。
频率通常用字母f表示，单位是Hz； 周期通常用字母T表示，单位是s。
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。
3.波速（v）：单位时间内振动所传播的距离叫做波速。
（1）物理意义：反映振动在介质中传播的快慢程度。
（2）波速在数值上等于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。
（3）几点说明
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。
②一列波在同一均匀介质中是匀速传播的
思考：波速与质点振动速度的含义相同吗？
4.波长、周期（或频率）和波速的关系
（1）波速由介质决定，与波的频率、质点的振幅无关。
（2）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。
（3）波长则决定于波速和频率。波从一种介质进入另一种介质波速发生变化，频率不变，波长发生变化；波在同一介质中传播，当频率发生变化，波长也发生变化。
练一练
1.图中的实线是一列正弦波在某一时刻的波形图。经过0.5s后，其波形如图中虚线所示。
设该波的周期T大于0.5s
（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
（1）如果波是向左传播的，从图看出，虚线所示的波形相当于实线所示的波形向左移动了6cm (1/4一个波长)，由此可求出波速的大小。
波的周期为
（2）如果波是向右传播的，从图看出，虚线所示的波形相当于实线所示的波形向右移动了18cm (3/4个波长)，由此可以求出波速的大小。
波的周期为
解：
知识点 三、波的图像的应用
思考：从波的图象上可获得哪些信息？
①振幅A:图像的峰值。
②波长λ:相邻两个波峰或波谷之间的距离。
③各个质点的位移Y:对应于图像上某一点的坐标（x，y）。
1.质点振动方向和波的传播方向互判
（1）质点带动法
先振动的质点带动邻近的后振动质点，在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点P′，若P′在P点上方，则P向上振动，若P′在下方，则P向下振动。
（2）同 侧 法
在波的图像上的某一点，沿竖直方向画出一个箭头表示质点振动方向，并设想在同一点沿水平方向画一个箭头表示波的传播方向，那么这两个箭头总是在曲线的同侧。
（3）上下坡法
沿波的传播方向看去，“上坡”处的质点向下振动；“下坡”处的质点向上振动，简称“上坡下、下坡上”。
Y
X
O
波的传播方向
上坡
下坡
上坡
练一练
1.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
2.一简谐机械波沿x轴正方向传播，周期为T，波长为λ。若在x=0处质点的振动图象如图所示，则该波在t=T/2时刻的波形曲线为（ ）
A
2.求波在任意时刻的波形图
（1） 特殊点法
先找出两点（平衡位置和波峰及波谷特殊点）并确定其运动方向；然后确定经时间内这两点所达到的位置；最后按正弦规律画出新的波形。
x/m
y/m
0
1
2
3
4
v
画出再经t=T/4时的波形图
．
P
．
P′
．
Q
．
Q′
（2）图象平移法
经过时间，波在传播方向移动的距离,因此，把图象沿传播方向平移即得到相对应的图象.
x/m
y/m
0
1
2
3
4
v
机械波的振动状态和波形以波速匀速传播。
质点运动方向
形象记忆
图线变化
物理意义
y/m
λ
x/m
x/m
T t/s
图线
研究内容
研究对象
波动图象
振动图象
单一振动质点
沿波传播方向的所有质点
一质点的位移随时间的变化规律
某时刻所有质点的空间分布规律
表示各质点在某时刻的位移
表示一个质点在各时刻的位移
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“照片”
根据下一时刻的位移来判断
根据“质点带动原理”来判断
3.振动图像与波动图像的对比
练一练
1.一列简谐波在t=0时刻的波形如图甲所示,图乙表示该波传播的介质中某质点此后一段时间内的振动图像,则(　　)
A.若波沿x轴正方向传播,图乙应为a点的振动图像
B.若波沿x轴正方向传播,图乙应为b点的振动图像
C.若波沿x轴正方向传播,图乙应为c点的振动图像
D.若波沿x轴正方向传播,图乙应为d点的振动图像
B
2.(多选)关于波长的下列说法正确的是( 　　)
A.机械振动在一个周期内传播的距离等于一个波长
B.在波形上位移相同的相邻两质点之间的距离等于一个波长
C.在波形上速度最大且相同的相邻两质点间的距离等于一个波长
D.在波形上振动情况总是相同的两点间的距离等于一个波长
AC
3.介质中有一简谐机械波正在传播,下列说法正确的是 (　　)
A.介质中质点振动的周期等于波源振动的周期
B.介质中质点振动的速度等于波的传播速度
C.波的传播方向与介质中质点振动方向垂直
D.波峰与波谷间的距离一定是质点振幅的两倍
A
波的描述
波长、频率、波速的关系
意义：介质多个质点在同一时刻的位移
特点：正弦曲线
波的图像
频率：由波源决定
信息：振幅、波长、某时刻得位移
波速：由介质决定
波长：有波源和介质共同决定