人教版（2019）高二物理选择性必修第一册 3.2波的描述 课件(共27张PPT)

3.2 波的描述
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【复习回顾】
t/s
x/m
5
-5
0
2
4
6
1.图线的x、y轴(横、纵坐标)分别表示什么物理量？
3.曲线是不是质点的运动轨迹？质点做的是什么运动？
2.图象的物理意义是什么？
质点做简谐运动时各个时刻对平衡位置的位移，随时间变化的函数关系。
它不是质点运动的轨迹.质点只是在平衡位置的两侧来回做简谐运动,其轨迹是直线。而图线是正弦或余弦曲线.
横轴(x轴)表示时间（t）, 纵轴(y轴)表示质点相对平衡位置位移（x）.
看图先看坐标轴(自变量和因变量）
关于简谐运动的图像
注意图像与物理过程的对应。
因变量随自变量变化的函数关系
4.从简谐运动图象可以求哪些物理量 ?
⑴直接描述量：
①振幅A
②周期T
③任意时刻的位移x
⑵间接描述量
①频率:f=1/T
②回复力 ③加速度 ④势能 ⑤动能
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。
如何描述同一时刻各质点的位移？
机械波是机械振动在介质里的传播过程，从波源开始，随着波的传播，介质中的大量质点先后开始振动起来，虽然这些质点只在平衡位置附近做重复波源的振动。但由于它们振动步调不一致，所以，在某一时刻介质中各质点对平衡位置的位移各不相同。
一、波的图像
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。
一、波的图像
1、定义：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）.
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.

注意：在波的图像中，每一个质点都只在自己的平衡位置附近振动，而不会随波的传播向远处迁移。
5、从波的图象上可获得哪些信息
x/m
y/cm
5
-5
0
2
4
6
③各个质点的位移x:对应于图像上某一点的坐标（y，x）．
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.
二、波的图像的应用
1. 波的传播方向和质点的振动方向之间的关系。
⑴波的成因法
步骤1：明确波的传播方向，确定波源方位；
步骤2：在某质点P靠近波源一方（紧挨着P点）图像上找另外一点P′；
步骤3：若P′在P上方，则P′带动P向上运动；若P′在P下方，则P'带动P向下运动
x/m
y/cm
5
-5
0
2
4
6
v
．
P
．
P′
．
Q′
．
Q
思考：如果已知P点的振动方向向下，判断波的传播方向．
前一质点依次带动后一质点延迟振动
⑵微平移法.做出经微小时间后的波形,就知道了各质点经过Δt时间达到的位置,运动方向就可确定.
v
思考：如果已知P点的振动方向向下，判断波的传播方向．
二、波的图像的应用
⑶上下坡法。将波的图像视为蜿蜒起伏的“山坡”，沿波的传播方向看， “上坡路段”上的各质点都向下振动，“下坡路段”上的各质点都向上振动．简称“上坡下，下坡上”
Y
X
O
v
下坡上
上坡下
上坡下
思考：如果已知P点的振动方向向下，判断波的传播方向．
P
两种题型
【已知波的传播方向判断质点的振动方向】
例1.图所示为一列向右传播的简谐波在某时刻的波形图试求出波形图上A、B、C、D四个质点的振动方向.
v
v
v
v
v
思考：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？
【已知质点的振动方向判断波的传播方向】
例2.如图所示为一列简谐波在某时刻的波形图，已知图形上某点的振动方向如图所示。试求这列波的传播方向.
Y
X
O
V
v
思考1.如果这个质点的振动方向向上，则波的传播方向又如何？
2.如果已知这个质点做减速运动，则波的传播方向又如何？
（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△t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.求波在任意时刻的波形图
二、波的图像的应用
（2） 图象平移法：经过时间△t，波在传播方向移动的距离x=v△t,因此，把图象沿传播方向平移△x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。
例3.某一简谐横波在t＝0时刻的波形图如图的实线所示．若波向右传播，画出T/4后和5T/4前两个时刻的波的图象．
O
Y
X
T/4后的波形图
5T/4前的波形图
⑴直接描述量：
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.
x/m
y/cm
5
-5
0
2
4
6
③各个质点的位移x:对应于图像上某一点的坐标（y，x）．
⑵间接描述量
①已知波的传播方向可求各个质点的振动方向。反之亦然。
④经过一段时间后的波形图
③质点在一段时间内通过的路程和位移。
②可判断质点的位移、速度、加速度的大小和方向。
二、波的图像的应用——从波的图象上可获得的信息
⑴横轴坐标的意义不同： 波的图象中横轴表示各个质点的平衡位置到原点的距离；振动图象中横轴表示该质点振动的时间．
1.相同点
两者都是按正弦或余弦规律变化的曲线,振动图像和波的图像中的纵坐标均表示质点离开平衡位置的位移,纵坐标的最大值均表示质点的振幅.
⑵物理意义不同：波动图像表示某一时刻各个质点离开平衡位置的位移；振动图象描述的是某一质点在不同时刻离开平衡位置的位移．
⑶最大值间距的含义不同：波的图像中相邻的最大值之间的间隔等于波长；振动图像中相邻的最大值之间的间隔等于周期。
2.不同点
三、波的图象与振动图象的异同
确定质点运动方向
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
①比喻为一质点的“传记记录卡”
②比喻为一个质点的“录象带”
①比喻为无数质点某一时刻的“特写镜头”
②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
振动图像与波动图像的对比
一、波长（λ）
1、定义: 沿波的传播方向，任意两个相邻的同相振动的质点间的距离，叫做波长，常用λ表示。
质点1和质点13的振动状态保持一致或者同相
四、波长、频率和波速
波 长
注意观察：在波动中，相隔等于波长的两个点的振动特点？
（1）这两点对平衡位置的位移的大小和方向总保持相同。
（2）这两点速度大小和方向总保持相同。
所以：这两点振动步调总保持相同。
在波动中，相隔等于波长的两个点的振动特点：
波长的另一定义：两个相邻的，在振动过程中位移总是相等的质点间的距离叫做波长
振幅：在波动中，若不考虑阻力，各质点离开平衡位置的最大距离都相等，都等于振源的振幅，称为波的振幅。振幅越大，振动的能量越大，机械波传递的能量也越大。
四、波长、频率和波速
波 长
四、波长、频率和波速
波 长
(4)相隔λ/2的两个质点的步调总是相反
(3)相隔λ的两个质点的步调总是相同
相隔λ整数倍的两个质点的步调总是相同
相隔λ/2的奇数倍两个质点的步调总是相反
2、拓展:
3、实际应用:
在横波中,两个相邻的波峰(或波谷)之间的距离等于波长.
在纵波中,两个相邻的密部(或疏部)之间的距离等于波长．
(1)“位移总相等” 的含义是“每时每刻都相等”
(2)位移总相等的两个质点,其速度也总是相等的
四、波长、频率和波速
频 率
1、定义：介质中各质点振动的频率（周期）都等于波源的振动频率（周期），我们把这个频率（周期）叫做波的频率（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．
周 期
2、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。
四、波长、频率和波速
波 速
波以一定的速度（波速v）向前传播。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，等于波速。
ｔ时刻的波形
ｔ+△t时刻的波形
1、定义：单位时间内振动所传播的距离叫做波速。
3、几点说明
(2)一列波在同一均匀介质中是匀速传播的
(3)要区分波速与质点振动速度的含义
(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、物理意义:反映振动在介质中传播的快慢程度.
(1)波速等于波长和频率的乘积.
(2)波速等于波长和频率的乘积这一关系虽从机械波得到，但对其他形式的波（电磁波、光波）也成立。
(3)区分波速和振动速度 。
四、波长、频率和波速
关 系
波速由介质决定，与波的频率、质点的振幅无关
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。
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。
①波速由什么决定？
②频率由什么决定？
③波长由什么决定？
知识点一| 波的图象
【判断正误】
1．波的图象描述了某一时刻各质点离开平衡位置的位移情况．
2．只有横波才能画出波的图象．
3．简谐波中各质点做的是简谐运动．
×
√
1.如图所示为一列向右传播的简谐横波在某个时刻的波形，由图象可知
A．质点b此时位移为零
B．质点b此时向－y方向运动
C．质点d的振幅是2 cm
D．质点a再经过T/2通过的路程是4 cm
E．质点a再经过T/2偏离平衡位置的位移是4 cm
答案：ACD
√
知识点一| 波的图象
2．如图所示为某一向右传播的横波在某时刻的波形图，则下列叙述中正确的是(　　)
A．经过半个周期，质点C将运动到E点处
B．M点和P点的振动情况时刻相同
C．A点比F点先到达最低位置 D．B点和D点的振动步调相反
E．A点和E点的振动步调相同
答案：CDE
3．如图所示为一波形图，波沿x轴负方向传播，就标明的质点而言，速度为正、加速度为负的质点是________．
s
对波的图象的三点说明
(1)在某一时刻各质点的位移不同，但各质点的振幅是相同的．
(2)每一质点的振动规律相同，只是后一质点比前一质点振动得晚．
(3)某时刻波的图象与经过一段时间后波的图象十分相似，不同的是波的图象沿波的传播方向又延伸了一段距离而已．
知识点二| 振动图象与波动图象的对比
【判断正误】
1．波的图象是质点的运动轨迹．
2．由波的图象可以看出质点振动的振幅．
3．可以根据波的传播方向确定各质点某时刻的运动方向．
×
4．如图所示为一列简谐横波在某一时刻的波形图，已知质点A在此时刻的振动方向如图中箭头所示，则以下说法中正确的是(　　)
A．波向左传播
B．波向右传播
C．质点B向上振动
D．质点B向下振动
E．质点C向上振动
答案：ACE
√
√
知识点二| 振动图象与波动图象的对比
5．如图所示为一列简谐波在某一时刻的波形，求：
(1)该波的振幅；
(2)已知该波向右传播，说明A，B，C，D各质点的振动方向．
解析：(1)波的图象上纵坐标的最大值就是波的振幅；所以该波的振幅是5 cm.(2)由于该波向右传播，所以在A，B，C，D各质点左侧各选一邻近的参考点A′，B′，C′，D′，利用带动法可以判断出B的振动方向向上，A，C，D的振动方向向下．
判断振动与波动关系的两点注意
(1)在利用带动法由波传播方向确定质点振动方向时，参考点与被判点一定要在同一坡上．
(2)在利用微平移法的时候，重在“微”字，Δt一定要短，Δx一定要小．
知识点三| 波长、频率和波速
【判断正误】
1．两个波峰(或波谷)之间的距离为一个波长． ( )
2．两个密部(或疏部)之间的距离为一个波长． ( )
3．不同频率的波在同一种介质中传播，波速不同．( )
×
6．关于波的周期下列说法中正确的是(　　)
A．质点的振动周期就是波的周期
B．波的周期是由波源驱动力的周期决定的
C．波的周期与形成波的介质的密度有关
D．经历整数个周期波形图重复出现，只是波形向前移动了一段距离
E．经历整数个周期波形图重复出现，质点向沿波传播的方向前进整数个波长的距离
答案：ABD
×
×
知识点三| 波长、频率和波速
7．关于波长的下列说法中正确的是(　　)
A．机械振动在一个周期内传播的距离就是一个波长
B．在波形图上位移相同的相邻两质点之间的距离等于一个波长
C．在波形图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．在波形图上振动情况总是相同的两质点间的距离等于一个波长
E．波长是波的空间周期性的体现
答案：ACE
知识点三| 波长、频率和波速
8．图(a)为一列简谐横波在t＝2 s时的波形图，图(b)为媒质中平衡位置在x＝1.5 m处的质点的振动图象，P是平衡位置为x＝2 m的质点．下列说法正确的是(　　)
A．波速为0.5 m/s
B．波的传播方向向右
C．0～2 s时间内，P运动的路程为8 cm
D．0～2 s时间内，P向y轴正方向运动
E．当t＝7 s时，P恰好回到平衡位置
答案：ACE
a b
波长的三种确定方法
(1)根据定义确定：
①在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离等于一个波长．
②波在一个周期内传播的距离等于一个波长．
(2)根据波的图象确定：
①在波的图象上，振动位移总是相同的两个相邻质点间的距离为一个波长．
②在波的图象上，运动状态(速度)总是相同的两个相邻质点间的距离为一个波长．
③在波的图象上，两个相邻波峰(或波谷)间的距离为一个波长．
(3)根据公式λ＝vT来确定．当从一种介质进入到另一种介质，T不变，v变化，波长λ也随之变化．