物理人教版（2019）选择性必修第一册3.2波的描述（共16张ppt）

(共16张PPT)
第三章 机械波
第2节 波的描述
新教材人教版 物理（高中选择性必修第一册）
课堂引入
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？
探究思考
0
波的图象
x
t
0
振动图象
过去我们研究的是单个质点的运动情况，用 x - t 图像可以很方便地描述质点在任意时刻的位移。
而波却是很多质点的运动，在同一时刻各个质点的位移都不尽相同，不方便使用 x - t 图像来描述。那么我们应该用什么样的图像来描述波呢？
用相机对绳上横波进行拍照，照片记录了各个质点在按下快门瞬间的具体位置。
思考：要描述传播机械波的介质中各质点的空间位置，在直角坐标系中，横、纵坐标应分别表示什么物理量？怎样得到波的图像？
一、波的图像
2.用横坐标表示在波传播方向上各质点的平衡位置
1.用纵坐标表示某时刻各质点偏离平衡位置的位移
y
位移
x
平衡位置
正方向
负方向
O
照相机记录的绳上的横波
该时刻的波的图象
3.图像的物理意义：波的图像表示某一时刻各个质点相对平衡位置的位移。
注意：波的图像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．
波形图
4.简谐波：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。
（1）简谐运动在介质中传播形成简谐波.
（2）简谐波是一种最基本、最简单的波.
一、波的图像
从波的图象上可获得的物理信息
1.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。
x/m
y/m
0
1
2
3
4
1.波长
二、波的波长、频率和波速
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。通常用用符号 λ 表示。
0
0.2
0.4
0.6
0.8
X/cm
Y/cm
深入理解
在波动中，相隔整数个波长( n λ )的两个点的振动特点
（1）对平衡位置的位移的大小和方向总保持相同．
（3）振动步调总保持相同.
（2）速度大小和方向总保持相同.
思考：相隔λ/2的奇数倍两个质点的步调有何关系？
λ
λ
λ
λ
①在横波中，两个相邻的波峰(或波谷)之间的距离等于波长。
②在纵波中，两个相邻的密部(或疏部)之间的距离等于波长。
3.波速
单位时间内振动所传播的距离叫做波速。
定义：
物义：
反映振动在介质中传播的快慢程度。
二、波的波长、频率和波速
定义：在波动中，各个质点振动的周期（或频率）都是相同的，它们都等于波源质点振动的周期（或频率），也叫做波的周期（或频率）。 物理意义：反映波在时间上的周期性。
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。
注意：
2.周期（T）、频率（f）
4.波长、周期（或频率）和波速的关系
x
y
0
v
1
2
3
4
5
6
λ
注意
2.波从一种介质进入另一种介质，周期不变，波长和波速一般均发生变化；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，在同一均匀介质中是匀速传播的。
（课本P68）
振动图象 波动图象
相同点 图线形状
纵坐标 纵坐标最大值 不同点 研究对象
物理意义
横坐标
图线变化
运动特点
x
t
0
y
x
0
都表示质点离开平衡位置的位移
表示振幅或波幅
不同时刻的一个质点
某一时刻介质中的各个质点
不同时刻的一个质点偏离平衡位置的位移
某一时刻的各个质点偏离平衡位置的位移
时间的延续，可求周期T
可求波长λ
变加速运动，速度周期性变化
同种均匀介质中匀速运动
x
t
0
y
x
0
延伸
平移
放录像带
拍合影
总结：波的图象与振动图象的比较
波的传播方向
质点的振动方向
⑴波的成因法（又称质点带动法、模仿法）
前一质点依次带动后一质点延迟振动
原理：
应用1：波的传播方向、质点的振动方向互判断方法
三、波的图像的应用
x/m
y/cm
5
-5
0
2
4
6
v
P
P'
Q
例：一列简谐波沿x正方向传播，某时刻波形如图，判断该时刻点P质点振动方向。
如果波传播方向未知，已知此刻Q点的振动方向向下，请判断波的传播方向。
思考
方法：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P点下方，则P向下振动．
⑵微平移法
如果已知某质点此刻振动方向向下，如何判断波的传播方向。试自行选择一点进行分析。
例：已知波的传播方向，可确定各质点经过Δt 时间达到的位置，进而确定运动方向，反之亦然。
作出经微小时间Δt后的波形，将初、末时刻波形对比。
方法：
思考
x
y
ｏ
v
三、波的图像的应用
波向右传播，波形向右平移
原理：
⑶同侧法
探讨:波传播方向、振动方向与曲线关系特点
x
y
ｏ
用箭头表示方向，针对某一质点，将运动方向和波的传播方向用箭头画在该质点上，表示方向的两个箭头总是位于波形曲线同侧。
结论:
v
简称：波传播方向与振动方向总在曲线同侧
三、波的图像的应用
三、波的图像的应用
沿波的传播方向看去，
①“上坡”处的质点向下振动；
②“下坡”处的质点向上振动，
简称“上坡下、下坡上”。
Y
X
O
上坡
下坡
上坡
传播方向
(4)“上下坡法”
⑴ 特殊点法（适用于⊿t=k×T/4情况）
x/m
y/m
0
1
2
3
4
v
要求：画出再经t=T/4时的波形图
．
P
．
P′
．
Q
．
Q′
①找出两点（平衡位置和波峰及波谷特殊点）并确定该点处质点的运动方向；
②确定经△t时间后这两质点所达到的位置；
③按正弦规律画出新的波形。
总结步骤
应用2：由 t 时刻的波形图，画 t + △t 时刻波形图
三、波的图像的应用
⑵图象平移法
依据：经过时间 ，波在传播方向移动的距离 ，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
若⊿x > λ怎么处理？
思考
三、波的图像的应用
三、波的图像的应用
图中实线为t＝0时刻的波形图，虚线为t＝0.1 s时刻的波形图。据此能否判定波的传播方向？
思考与讨论：
【例】图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？
应用三：波的多解性
1.波的传播方向的双向性
2.由于波的周期性造成多解
波的描述
波的图像：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．
波长
波的信息
波速
周期、频率
简谐波：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。
课堂小结
四、课堂小结
一列简谐横波沿x轴正方向传播，在x＝0和x＝0.6 m处的两个质点A、B的振动图象如图所示。已知该波的波长大于0.6 m，求其波速和波长。
课堂评价
参考答案：由图像可知，T=0.4s，由于AB间的距离小于一个波长，故质点A的振动传到质点B经过的时间小于一个周期，即⊿t=0.3s，因此 ，不难得λ=0.8m。