高中物理教科版选修3-4课件:第二章 2.波速与波长、频率的关系--3.波的图像:29张PPT

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名称 高中物理教科版选修3-4课件:第二章 2.波速与波长、频率的关系--3.波的图像:29张PPT
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资源类型 教案
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科目 物理
更新时间 2019-10-29 09:27:56

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课件29张PPT。2.波速与波长、频率的关系 3.波的图像1.了解波的频率(周期)并能理解它的意义,知道波的频率与什么有关.
2.知道什么是波速,了解决定波速的因素.理解波长、频率和波速之间的关系,并能利用这一关系进行相关计算.
3.了解波的振幅、波长,并能从波的图像中找出振幅与波长,知道波的振幅是波所传播能量的直接量度.
4.理解横波的图像的物理意义,能结合横波的图像分析有关问题.1.波长
沿波的传播方向,两个相邻的同相振动的质点之间的距离(包含一个“完整的波”),叫做波的波长,常用λ表示.
在横波中,两个相邻的波峰或波谷间的距离就是横波的波长;在纵波中,两个相邻的密部或疏部间的距离就是纵波的波长.
2.振幅
在波动中,各质点离开其平衡位置的最大距离,即其振动的振幅,也称为波的振幅.波的振幅大小是波所传播的能量的直接量度.3.波的频率
(1)定义:波在传播过程中,介质中质点振动的频率都相同,这个频率被称为波的频率,它等于在单位时间内通过某点的“完整的波”的数目.(3)时空关系:在一个周期的时间内,振动在介质中传播的距离等于一个波长.
(4)决定因素:波的频率由波源振动的频率决定,与介质的种类无关.介质中各质点的振动周期与波的传播周期相等吗?
提示:相等.因为质点振动一个周期的时间内,波在介质中传播一个波长的距离.4.波速
(1)定义:波在介质中的传播速度叫波速,波在均匀介质中是匀速传播的.波的传播速度与各质点的振动速度相等吗?
提示:不相等.波的传播速度由介质决定,大小不变,而介质中的质点的振动速度是变化的.5.横波的图像
(1)作法:
①建立坐标系:用横坐标x表示在波的传播方向上各质点的平衡位置,纵坐标y表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移.
②规定正方向:选取质点振动的某一个方向为位移正方向.
③描点:在xOy坐标平面上,描出某时刻各质点的位置.
④连线:用平滑曲线将各点连接起来就得到了这一时刻横波的图像.
(2)物理意义:
波的图像表示介质中的各个质点在某一时刻的位移.(3)应用:
①根据图像可以直接得到各质点的振幅以及各质点在该时刻的位移;
②若已知波的传播方向,可以确定某时刻各质点的振动方向,或已知某时刻某质点的振动方向,可以确定该列波的传播方向;
③已知波的传播速度和某一时刻波的图像,可以通过平移得到任一时刻波的图像.波的图像与我们前面学过的振动图像外形上很相似,你认为下面甲、乙两图分别属于哪种图像?
提示:甲是波的图像,乙是振动图像.探究一探究二波长、波速和频率的决定因素
1.周期和频率:只取决于波源,波的周期和频率就是指波源的周期和频率,与v、λ无任何关系.当波从一种介质进入另一种介质时,波源没变,波的周期和频率不会发生变化,如花样游泳运动员在水面上、下听到的乐音是相同的.
2.波速v:决定于介质的物理性质,同一种均匀介质,物理性质相同,波在其中传播的速度恒定;波速与机械波的频率无关,如音乐会上,不同频率的音乐同时到达听众的耳朵.
3.波长λ:对一列波,其波长、波速、周期的关系不会变化,始终是探究一探究二不能认为波速与波长、周期或频率有关,也不能认为频率或周期会因波速、波长的不同而改变,因为它们分别取决于介质和波源.探究一探究二波的图像的应用归纳
1.从图像上可直接读出波长和振幅.
2.可确定任一质点在该时刻的位移.
3.因加速度方向和位移方向相反,可确定任一质点在该时刻的加速度方向.
4.根据波的产生特点,若已知波的传播方向,可确定各质点在该时刻的振动方向(速度方向)、速度大小的变化趋势、动能大小的变化等,反之亦然.探究一探究二(1)若已知波的传播方向,可确定各质点在该时刻的振动方向,并判断位移、加速度、速度、动能的变化.
常用方法:
①上下坡法.
沿波的传播方向看,“上坡”的点向下运动,“下坡”的点向上运动,简称“上坡下,下坡上”.如图所示.探究一探究二②带动法.
原理:先振动的质点带动邻近的后振动质点.
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上方,则P向上运动,若P'在P下方,则P向下运动,如图所示.探究一探究二③微平移法.
原理:波向前传播,波形也向前平移.
方法:作出经微小时间Δt后的波形,就知道了各质点经过Δt时间到达的位置,此刻质点振动方向也就知道了,如图甲所示.
④同侧法:质点的振动方向与波的传播方向在波的图像的同一侧.如图乙所示.若波向右传播,则P向下运动.
(2)由质点振动方向确定波的传播方向.
仍是上述几种方法,只需将判定的程序倒过来,“反其道行之”即可.探究一探究二5.已知波的传播方向,可画出Δt前后的波形图像,具体方法:
(1)Δt后波形图的画法.
①平移法(如图中①Δt时间后的波形②).
原理:波传播的是运动形式,即波形的传播.b.把波形沿波的传播方向平移Δx,如图所示的②图像.
c.然后将图线向反方向顺沿即可,如图中虚线部分.探究一探究二特别提醒根据波形呈空间周期性出现的特点.当波向前推进为波长整数倍时,波形同原来相同,所以实际作图时通常采取去整(波长整数倍部分)留零(不到一个波长的部分)的方法去处理.探究一探究二②特殊点法(如图中①Δt时间后的波形②).
原理:参与波动的介质质点都在各自的平衡位置振动,并不随波迁移.方法与步骤: 探究一探究二(2)Δt前波形图的画法.
如果运用平移法,只需将波形逆着波的传播方向推进;如果运用特殊点法,只需沿着质点振动的反方向找Δt后的质点位置,其他做法不变.【例题1】 简谐机械波在给定的介质中传播时,下列说法中正确的是(  )
A.振幅越大,则波传播的速度越快
B.振幅越大,则波传播的速度越慢
C.在一个周期内,振动质点走过的路程等于一个波长
D.振动的频率越高,则波传播一个波长的距离所用的时间越短
解析:机械波的波速由介质决定,与振幅无关,选项A、B错误;波长是波在介质中一个周期内传播的距离,与振动质点走过的路程无关,答案:D
反思(1)波的周期和频率由波源决定;
(2)波速由介质决定;
(3)波长由波源和介质共同决定.【例题2】 如图(a)所示为一列简谐横波在t=20 s时的波形,图(b)是这列波中P点的振动图线,那么该波传播速度的方向和大小如何?
点拨:解析:由P点的振动图像知,T=2 s,t=20 s时,P点的振动与t=0 s时振动相同,向y轴正方向运动,根据t=20 s时的波的图像及P点向上运动,答案:沿-x方向 0.5 m/s
触类旁通例题2中这列波中位于x=50 cm处的质点在t=20 s时的速度方向如何?
答案:沿-y方向1 2 3 4 5 61关于波的频率,下列说法正确的是(  )
A.波的频率由波源决定,与介质无关
B.波的频率与波速无直接关系
C.波由一种介质传到另一种介质时,频率要发生变化解析:波的频率由波源的频率决定,与波速和介质都无关,波在不同介质中传播时频率保持不变,故选项A、B正确.
答案:AB1 2 3 4 5 62关于振动图像和波的图像,以下说法正确的是(  )
A.波的图像反映出很多质点在同一时刻的位移
B.通过波的图像可以找出任一质点在任一时刻的位移
C.从振动图像可以找出很多质点在任一时刻的位移
D.两种图像的纵坐标轴都表示质点离开平衡位置的位移
解析:波的图像表示的是连续介质中的各个质点在某一时刻的位移,振动图像表示的是某一质点在各个时刻的位移.
答案:AD1 2 3 4 5 63(2017·全国3)如图,一列简谐横波沿x轴正方向传播,实线为t=0时的波形图,虚线为t=0.5 s时的波形图.已知该简谐波的周期大于0.5 s.关于该简谐波,下列说法正确的是(  )
A.波长为2 m
B.波速为6 m/s
C.频率为1.5 Hz
D.t=1 s时,x=1 m处的质点处于波峰
E.t=2 s时,x=2 m处的质点经过平衡位置1 2 3 4 5 6t=2 s=3T,x=2 m处的质点从平衡位置向上运动,故E正确.
答案:BCE1 2 3 4 5 64一列简谐横波沿x轴正方向传播,已知x轴上x1=0处质点的振动图像如图甲所示,x2=3 m处的另一质点的振动图线如图乙所示,已知x1、x2间距小于一个波长,则此波的传播速度为(  )
A.6 m/s B.3 m/s
C.2 m/s D.1.5 m/s答案:C 1 2 3 4 5 65如图甲所示,一列简谐横波在t=9 s时的波形图,图乙是这列波中P点的振动图线,那么该波的传播速度和传播方向是(  )
A.v=25 cm/s,向左传播 B.v=50 cm/s,向左传播
C.v=25 cm/s,向右传播 D.v=50 cm/s,向右传播
解析:t=9 s时P点的振动情况与t=1 s时的运动情况相同,P 点此时cm/s.
答案:D1 2 3 4 5 66在均匀介质中选取平衡位置在同一直线上的9个质点,相邻两质点的距离均为L,如图甲所示.一列横波沿该直线向右传播,t=0时到达质点1,质点1开始向下运动,经过时间Δt第一次出现如图乙所示的波形.则该波:
(1)波长为多少?
(2)质点振动的周期为多少?
(3)波速为多少?1 2 3 4 5 6解析:(1)由图像可知,质点1、9是两个相邻的且振动情况总是相同的质点,它们的平衡位置之间的距离即为一个波长,即λ=8L.
(2)t=0时,波刚传到质点1,且质点1起振方向向下,说明波中各质点的起振方向均向下,在Δt后由图像可知质点9的振动方向为向上,