新教材高中物理第三章機(jī)械波2波的描述課件新人教版選擇性必修第一冊

1、2波的描述第三章機(jī)械波學(xué)習(xí)目標(biāo)1知道什么是波的圖像，能在簡諧波的圖像中讀出質(zhì)點(diǎn)振動的振幅、波長、周期等物理量2能根據(jù)某一時刻波的圖像和波的傳播方向，畫出下一時刻和前一時刻的波的圖像，并能指出圖像中各個質(zhì)點(diǎn)在該時刻的振動方向3知道波傳播的周期(頻率)與質(zhì)點(diǎn)振動周期(頻率)的關(guān)系4理解波長、波速和周期之間的關(guān)系，會運(yùn)用公式vf解答問題學(xué)法指導(dǎo)1通過類比機(jī)械振動圖像可以用來描述簡諧振動，類推出機(jī)械波的圖像則可以用來描述機(jī)械波的運(yùn)動規(guī)律2通過描述物體運(yùn)動的物理量有時間、位移、速度等，而機(jī)械波也是物體運(yùn)動形式之一，類推出描述波的特征的物理量：頻率(周期)、波長、波速3通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)邏輯推理的抽象思

2、維，懂得遇到問題時利用已有的知識進(jìn)行推理、類比、猜想，提升發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力知識導(dǎo)圖預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué) | 新知領(lǐng)悟1波的圖像的作法(1)建立坐標(biāo)系：以橫坐標(biāo)x表示在波的傳播方向上各質(zhì)點(diǎn)的_，縱坐標(biāo)y表示某一時刻各質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的_(2)選取正方向：規(guī)定位移的方向_為正值，_為負(fù)值(3)描點(diǎn)：把該時刻各質(zhì)點(diǎn)的_畫在坐標(biāo)系里(4)連線：用_將各點(diǎn)連接起來就得到了這一時刻波的圖像波的圖像平衡位置位移向上向下位置平滑曲線2橫波圖像的物理意義波形圖像直觀地表示介質(zhì)中的各個質(zhì)點(diǎn)在某一時刻的_3橫波圖像的特點(diǎn)簡諧波的波形為_曲線位移正弦1為什么不同時刻波的圖像的形狀不同？【答案】在波的傳播過程中，各質(zhì)點(diǎn)都在

3、各自的平衡位置附近振動，不同時刻質(zhì)點(diǎn)的位移不同，故不同時刻波的圖像不同2波中各質(zhì)點(diǎn)做簡諧運(yùn)動，是一種變加速運(yùn)動，是否說明波的傳播也是變加速運(yùn)動？【答案】不能雖然質(zhì)點(diǎn)做變加速運(yùn)動，但是在均勻介質(zhì)中波是勻速傳播的如圖所示為一波形圖，波沿x軸負(fù)方向傳播，就標(biāo)明的質(zhì)點(diǎn)而言，速度為正、加速度為負(fù)的質(zhì)點(diǎn)是_【答案】S【解析】各質(zhì)點(diǎn)的速度方向由帶動法判斷，只有R、S兩質(zhì)點(diǎn)速度向上；加速度的方向由位移正負(fù)決定，P、S兩質(zhì)點(diǎn)位移為正，加速度方向為負(fù)，只有S點(diǎn)符合題中兩個條件1由波的圖像可獲取的信息一列波在某時刻的波形圖像如圖所示，能從這列波的圖像中了解到波的情況主要有以下幾點(diǎn)：振動圖像與波形圖的對比(1)可以直

4、接看出在該時刻各質(zhì)點(diǎn)的_圖線上各點(diǎn)的縱坐標(biāo)表示的是各點(diǎn)在該時刻的位移如圖線上的M點(diǎn)的位移是_(2)可以直接看出波在介質(zhì)中傳播的過程中各質(zhì)點(diǎn)的_，即波的圖像上縱坐標(biāo)最大值的絕對值，圖中的振幅A_.(3)可以判斷出沿傳播方向上各質(zhì)點(diǎn)在該時刻的_方向位移2 cm振幅A4 cm運(yùn)動2振動圖像與波動圖像的比較各個時刻各個質(zhì)點(diǎn)比較項目振動圖像波動圖像相同點(diǎn)及聯(lián)系圖像形狀_曲線可獲得的信息質(zhì)點(diǎn)振動的_，_、_的方向關(guān)聯(lián)質(zhì)點(diǎn)的振動是組成波動的基本要素正弦振幅位移加速度1怎樣從圖像上區(qū)分振動圖像和波動圖像？【答案】振動圖像的橫坐標(biāo)軸是時間，波動圖像的橫坐標(biāo)軸是傳播距離2振動圖像和波動圖像的物理意義有什么不同？【

5、答案】振動圖像表示某一質(zhì)點(diǎn)在各個時刻的位移變化情況，波動圖像表示某一時刻各個質(zhì)點(diǎn)的位移(多選)根據(jù)如圖所列的兩圖形，分別判斷它們屬于何種圖像，并確定甲圖中A質(zhì)點(diǎn)，乙圖中B時刻，兩質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方向()A甲是振動圖像，乙是波的圖像B甲是波的圖像，乙是振動圖像C兩質(zhì)點(diǎn)均向上運(yùn)動D兩質(zhì)點(diǎn)均向下運(yùn)動【答案】BD【解析】由兩圖像的橫坐標(biāo)可看出甲是波的圖像，乙是振動圖像，故B正確，A錯誤；由甲的傳播方向可看出A質(zhì)點(diǎn)此刻應(yīng)向下運(yùn)動， 由乙圖可判定B時刻質(zhì)點(diǎn)也向下運(yùn)動，故C錯誤，D正確1波長(1)定義：在波的傳播方向上，_總是相同的兩個_質(zhì)點(diǎn)間的距離，通常用表示(2)特征：在橫波中，兩個_或兩個_之間的距離等于波

6、長在縱波中，兩個_或兩個_之間的距離等于波長波長、頻率和波速振動相位相鄰相鄰波峰相鄰波谷相鄰疏部相鄰密部2周期、頻率(1)規(guī)律：在波動中，各個質(zhì)點(diǎn)的振動周期或頻率是_，它們都等于_的振動周期或頻率(2)決定因素：波的周期或頻率由_的周期或頻率決定(3)時空的對應(yīng)性：在一個周期的時間內(nèi)，振動在介質(zhì)中傳播的距離等于_相同的波源波源一個波長倒數(shù)傳播f介質(zhì)不同波速頻率1某時刻，兩個相鄰的、位移相等的質(zhì)點(diǎn)間的距離等于波長嗎？【答案】不一定某時刻兩質(zhì)點(diǎn)位移相等，間距卻不一定等于波長2波的傳播速度取決于什么？不同頻率的橫波在同一種介質(zhì)中的傳播速度是否相同？【答案】波的傳播速度取決于介質(zhì)，同一種介質(zhì)中頻率不同

7、的機(jī)械波傳播速度相同(多選)三條在同一水平面上相互平行的彈性繩，在左端同一地點(diǎn)同時開始振動，經(jīng)過一定時間后出現(xiàn)如圖所示的情況，MN是距起始點(diǎn)相同距離的一條界線，則()AB波的波長最大BA波的振動頻率最大CA、B、C三列波的傳播速度相等DC與A、B的材料一定不同【答案】ABD【解析】由圖可知，B波的波長最大，A、B的傳播速度相等，C波的傳播速度最小，由于機(jī)械波的傳播速度由介質(zhì)決定，所以C與A、B的材料一定不同；在相同時間內(nèi)，A波的波源做全振動的次數(shù)最多，因此A波的振動頻率最大，故A、B、D正確，C錯誤多維課堂 | 素養(yǎng)初培一列簡諧波在某一時刻的圖像如圖所示對波的圖像的理解問題(1)波的圖像是什么

8、形狀的曲線？(2)由圖像可讀出什么？【答案】(1)波的圖像是正弦曲線(2)由圖像可讀出：該時刻各質(zhì)點(diǎn)的位移；各質(zhì)點(diǎn)振動的振幅；機(jī)械波的波長1質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的“定格”波的圖像是某一時刻介質(zhì)中各個質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動情況的“定格”可以將波的圖像比喻為某一時刻對所有質(zhì)點(diǎn)拍攝的“集體照”2圖像形式簡諧波的圖像是正(余)弦曲線，是最簡單的一種波，各個質(zhì)點(diǎn)振動的振幅都相等探究總結(jié)3波的圖像的周期性質(zhì)點(diǎn)的振動位移做周期性變化，則波的圖像也做周期性變化經(jīng)過一個周期，波的圖像復(fù)原一次4波的傳播方向的雙向性如果只知道波沿x軸傳播，則有可能沿x軸正向傳播，也有可能沿x軸負(fù)向傳播，具有雙向性5由波的圖像可獲得的信息(1)從波的圖像上可

9、直接讀出介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動的振幅(2)可確定任一質(zhì)點(diǎn)在該時刻的位移的大小和方向(3)根據(jù)加速度方向與位移方向的關(guān)系，可確定任一質(zhì)點(diǎn)在該時刻的加速度方向(4)若已知波的傳播方向，可確定各質(zhì)點(diǎn)在該時刻的振動方向(速度方向)，速度大小的變化趨勢等，反之亦然素養(yǎng)點(diǎn)評：本探究通過對波的圖像的理解，培養(yǎng)“科學(xué)思維”素養(yǎng)【答案】AC變式1(多選)如圖所示，下列說法中正確的是()A此列波的振幅是0.1 mBx15 cm處質(zhì)點(diǎn)的位移是0.1 mC若A的速度沿y軸正方向，則B的速度亦沿y軸正方向DA的加速度沿y軸的負(fù)方向，而B、C的加速度沿y軸的正方向【答案】ACD【解析】從波動圖像上可以直接讀出振幅是0.1 m，x1

10、5 cm處質(zhì)點(diǎn)的位移是0.1 m，故A正確，B錯誤；若波沿x軸正方向傳播，此時A、B兩質(zhì)點(diǎn)的速度都沿y軸正方向，故C正確；根據(jù)加速度與位移的關(guān)系可判斷D正確對波的圖像的三點(diǎn)說明1在某一時刻各質(zhì)點(diǎn)的位移不同，但各質(zhì)點(diǎn)的振幅是相同的2每一質(zhì)點(diǎn)的振動規(guī)律相同，只是后一質(zhì)點(diǎn)比前一質(zhì)點(diǎn)振動得晚3某時刻波的圖像與經(jīng)過一段時間后波的圖像十分相似，不同的是波的圖像沿波的傳播方向又延伸了一段距離而已.一列波的圖像如圖甲，其中某一質(zhì)點(diǎn)的振動圖像如圖乙振動圖像和波的圖像的比較問題(1)如何區(qū)分波的圖像與振動圖像？(2)兩種圖像縱坐標(biāo)的最大值相同嗎？【答案】(1)從橫軸來區(qū)分兩個圖像：振動圖像的橫軸表示時間，波的圖像

11、的橫軸表示質(zhì)點(diǎn)的平衡位置(2)相同，均為質(zhì)點(diǎn)振動的振幅波動圖像與振動圖像的比較探究總結(jié)比較振動圖像波動圖像研究對象單個振動質(zhì)點(diǎn)沿波傳播方向的所有質(zhì)點(diǎn)研究內(nèi)容一質(zhì)點(diǎn)的位移隨時間的變化規(guī)律某時刻所有質(zhì)點(diǎn)的空間分布規(guī)律比較振動圖像波動圖像圖像信息(1)質(zhì)點(diǎn)振動周期(2)質(zhì)點(diǎn)振幅(3)某一質(zhì)點(diǎn)在各時刻的位移(4)各時刻速度、加速度的方向(1)波長、振幅(2)任意一質(zhì)點(diǎn)在該時刻的位移(3)任意一質(zhì)點(diǎn)在該時刻的加速度方向(4)傳播方向、振動方向的互判圖像變化隨時間推移，圖像延續(xù)，但已有形狀不變隨時間推移，波形沿傳播方向平移一段完整曲線占橫坐標(biāo)的距離表示一個周期表示一個波長特別提醒：(1)波的圖像與振動圖像

12、外形上很相似，辨別它們的關(guān)鍵點(diǎn)是看圖像的橫坐標(biāo)是時間t還是位移x.(2)簡諧波中的所有質(zhì)點(diǎn)都做簡諧運(yùn)動，它們的振幅、周期均相同素養(yǎng)點(diǎn)評：本探究通過對波動圖像與振動圖像的比較，培養(yǎng)“科學(xué)思維”素養(yǎng)【答案】D變式2(2020年張家口第四中學(xué)檢測)振源A帶動細(xì)繩振動，某時刻形成的橫波波形如圖所示，在波傳播到細(xì)繩上一點(diǎn)P時開始計時，則下列圖像中能表示P點(diǎn)振動圖像的是()【答案】C【解析】由波的傳播特點(diǎn)，前邊的質(zhì)點(diǎn)帶動后面的質(zhì)點(diǎn)，后面的質(zhì)點(diǎn)重復(fù)前面的質(zhì)點(diǎn)振動，由題圖可知振源A初始是從平衡位置向下振動的，所以t0時刻，質(zhì)點(diǎn)P應(yīng)由平衡位置開始向下運(yùn)動，故C正確判斷振動與波動關(guān)系應(yīng)注意的兩點(diǎn)1在利用帶動法由波

13、傳播方向確定質(zhì)點(diǎn)振動方向時，參考點(diǎn)與被判點(diǎn)一定要在同一“斜坡”上2在利用微平移法的時候，重在“微”字，t一定要短，x一定要小一個高個子人和一個矮個子人并肩行走(如圖)對波長、波速、頻率的理解問題(1)哪個人的雙腿前后交替更為迅速？(2)如果拿這兩個人與兩列波做類比，波長、頻率、波速分別可以比做什么？【答案】(1)矮個子的人(2)波長、頻率、波速可類比為：人每一步跨的距離、雙腿交替的頻率、前進(jìn)的速度探究總結(jié)(3)波的空間周期性相隔距離為一個波長的整數(shù)倍的兩質(zhì)點(diǎn)，振動情況完全相同，即離開平衡位置的位移“總是”相等，振動速度大小和方向也“總是”相同，因而波長顯示了波的空間周期性相隔距離為半波長的奇數(shù)

14、倍的兩質(zhì)點(diǎn)的振動情況完全相反，即在任何時刻它們的位移大小相等、方向相反，速度也是大小相等、方向相反，會同時一個質(zhì)點(diǎn)在波峰、一個質(zhì)點(diǎn)在波谷或同時從相反方向經(jīng)過平衡位置(4)尋找波長的簡易方法在橫波中，兩個相鄰波峰(或兩個相鄰波谷)之間的距離等于波長，如圖(a)所示；在縱波中，兩個相鄰密部(或兩個相鄰疏部)之間的距離等于波長，如圖(b)所示特別提醒：(1)我們聽到種類繁多的聲音有高低和強(qiáng)弱之分，聲調(diào)的高低由聲波的頻率決定，即取決于不同發(fā)聲體的振動頻率聲音的強(qiáng)弱由聲波的能量決定，體現(xiàn)為介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動的強(qiáng)弱各種聲音在空氣中傳播速度約為340 m/s.(2)波從一種介質(zhì)進(jìn)入另外一種介質(zhì)，波源沒變，波的頻

15、率不會發(fā)生變化；介質(zhì)的變化導(dǎo)致了波速和波長的改變素養(yǎng)點(diǎn)評：本探究通過對波長、波速、頻率的理解，培養(yǎng)“科學(xué)思維”素養(yǎng)對波長、波速、頻率的理解精練3(2021屆吉林八校聯(lián)考)一列簡諧橫波沿x軸正向傳播，傳到M點(diǎn)時波形如圖所示，再經(jīng)0.6 s，N點(diǎn)開始振動，則該波的振幅A和頻率f為()AA1 mf5 HzBA1 mf2.5 HzCA0.5 mf5 HzDA0.5 mf2.5 Hz【答案】D變式3(2020年遼寧實(shí)驗中學(xué)期中)如圖所示，位于介質(zhì)和分界面上的波源S，產(chǎn)生兩列分別沿x軸負(fù)方向與正方向傳播的機(jī)械波若在兩種介質(zhì)中波的頻率及傳播速度分別為f1、f2和v1、v2，則()Af12f2，v1v2Bf1

16、f2，v10.5v2Cf1f2，v12v2Df10.5f2，v1v2【答案】C波動問題的多解性精練4(多選)(2021屆黑龍江鶴崗一中月考)一列簡諧橫波在某時刻的圖線如圖中實(shí)線所示，經(jīng)0.2 s 后波形如圖中虛線所示，則()A該波的最小波速為15 m/sB該波的周期可能為0.32 sC該波的周期不可能小于0.2 sD若波速為25 m/s，波一定向x方向傳播【答案】AB變式4(多選)一列簡諧波在某一時刻的波形如圖中實(shí)線所示，經(jīng)過一段時間，波形變成如圖中虛線所示，已知波速大小為1 cm/s，則這段時間可能是()A1 s B2 sC3 s D4 s【答案】AC1波的周期性造成多解(1)時間周期性：時

17、間間隔t與周期T的關(guān)系不明確(2)空間周期性：波傳播距離x與波長的關(guān)系不明確2傳播方向的雙向性造成多解(1)傳播方向雙向性：波的傳播方向不確定(2)振動方向雙向性：質(zhì)點(diǎn)振動方向不確定3解決波動問題應(yīng)注意的問題由于波動問題的多解性，在解題時一定要考慮其所有的可能性：質(zhì)點(diǎn)達(dá)到最大位移處，則有正向和負(fù)向最大位移兩種可能質(zhì)點(diǎn)由平衡位置開始振動，則有起振方向向上、向下(或向左、向右)的兩種可能只給出波速不指明波的傳播方向，應(yīng)考慮沿兩個方向傳播的可能只給出兩個時刻的波形，則有多次重復(fù)出現(xiàn)的可能解決此類問題時，往往采用從特殊到一般的思維方法，即找到一個周期內(nèi)滿足條件的特例，在此基礎(chǔ)上，如知時間關(guān)系，則加nT

18、；如知位移關(guān)系，則加n.核心素養(yǎng)微專題波的傳播方向和質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動方向的判斷方法已知質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方向來判斷波的傳播方向或已知波的傳播方向來判斷質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方向時，判斷依據(jù)的基本規(guī)律是橫波的形成與傳播的特點(diǎn)，常用方法有：2同側(cè)法在波的圖像上的某一點(diǎn)，沿豎直方向畫出一個箭頭表示質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動方向，并設(shè)想在同一點(diǎn)沿水平方向畫出一個箭頭表示波的傳播方向，那么這兩個箭頭總是在曲線的同側(cè)(如圖2所示)【考題延伸】(多選)一列橫波沿繩子傳播，某時刻繩子形成如圖所示的形狀，對此時繩上A、B、C、D、E、F六個質(zhì)點(diǎn)，下列說法正確的是()A它們的振幅相同B若波向右傳播，此時質(zhì)點(diǎn)B、C、D向下振動，質(zhì)點(diǎn)A、E、F向上振動C若波向左

19、傳播，此時質(zhì)點(diǎn)A、E、F向上振動，質(zhì)點(diǎn)B、C、D向下振動D若波向右傳播，從此時算起，質(zhì)點(diǎn)B比C先回到平衡位置【答案】ACD【解析】波中各質(zhì)點(diǎn)均做受迫振動，不考慮能量損耗，各質(zhì)點(diǎn)振幅相同，A正確；利用“上下坡法”可判B錯誤，C正確；若波向右傳播，由于此時B和C兩點(diǎn)都向上運(yùn)動，C比B后到達(dá)最大位移處，C回到平衡位置也比B遲，故D正確素養(yǎng)點(diǎn)評：本題通過考查波的傳播方向和質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動方向的判斷方法，培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)思維”素養(yǎng)課堂小練 | 素養(yǎng)達(dá)成1關(guān)于振動圖像和波的圖像，以下說法正確的是()A波的圖像反映出很多質(zhì)點(diǎn)在不同時刻的位移B通過波的圖像可以找出任一質(zhì)點(diǎn)在任一時刻的位移C從振動圖像可以找出很多質(zhì)點(diǎn)在任一時刻的位移D兩種圖像的縱坐標(biāo)都表示質(zhì)點(diǎn)