3.2波的描述(課件)-2021-2022學年高中物理課件（人教版2019選擇性必修第一冊）

第三章機械波3.2波的描述人教版（2019）高中物理選擇性必修第一冊CONTENTS01

波的圖像02波長、頻率和波速03目錄典型例題04波的多解性01

波

的

圖

像機

械

波課堂引入

觀察水波，可以看出波在空間、時間上具有周期性，我們能否用圖像的方法來描述一列波呢？如果能，坐標軸表示的是什么物理量？問題：？

過去我們研究的是單個質(zhì)點的運動情況，用x-t圖像可以很方便地描述質(zhì)點在任意時刻的位移。而波卻是很多質(zhì)點的運動，在同一時刻各個質(zhì)點的位移都不盡相同，不方便用x-t圖像來描述。能否用其他的圖像來描述波呢？我們以橫波為例研究波的圖像課堂引入想一想：橫波動畫展示

我們可以用照象機把波的形狀攝下來，就是按下快門瞬間各個質(zhì)點離開各自平衡位置時的情形。我們就把這些質(zhì)點連成曲線，就是該時刻的波的圖象。Y位移（一）波的圖象表示法1.用橫坐標表示在波傳播方向上各質(zhì)點的平衡位置2.用縱坐標表示某時刻各質(zhì)點偏離平衡位置的位移X平衡位置正方向負方向O一、波的圖像綜上可知：1．波的圖象是在波的傳播方向上，介質(zhì)中各振動質(zhì)點的連線在某一時刻的波形．2.波的圖象也稱波形圖或波形曲線．3.簡諧波：如果波的圖像是正弦曲線，這樣的波叫作正弦波，也叫簡諧波（1）簡諧運動在介質(zhì)中傳播形成簡諧波.

（2）簡諧波是一種最基本、最簡單的波.（二）從波的圖象上可獲得的物理信息：Ay

/mx

/m123456780B0.10AVav1、該時刻沿波的傳播方向上各個質(zhì)點的位移；2、各個質(zhì)點的振幅A;

3、能根據(jù)波的傳播方向判斷各個質(zhì)點在該時刻的運動方向、加速度方向及其變化情況；4、可以畫出另一時刻的波形圖。

圖象（三）簡諧運動的圖象與簡諧波的圖象的相同點與不同點相同點1、形狀2、縱坐標不同點1、研究對象2、橫坐標表示3、讀出的物理量Xt0振動圖象YX0波的圖象1、圖象形狀都是正弦或余弦曲線2、縱坐標都表示質(zhì)點離開平衡位置的位移1、某一質(zhì)點（不同時刻）一群質(zhì)點（同一時刻）2、橫軸表時間橫軸表平衡位置3、可直接讀出周期可直接讀出波長3、縱坐標的最大值都表示振幅(四)波的圖象的基本應用主要題型之一：主要方法：

（1）質(zhì)點帶動法（2）同側法（3）上下坡法

（4）圖象平移法

YXO波的傳播方向波的傳播方向質(zhì)點的振動方向（1）質(zhì)點帶動法先振動的質(zhì)點帶動鄰近的后振動質(zhì)點，在質(zhì)點P靠近波源一方附近的圖像上另找一點P′，若P′在P點上方，則P向上振動，若P′在下方，則P向下振動．（2）同

側

法在波的圖像上的某一點，沿豎直方向畫出一個箭頭表示質(zhì)點振動方向，并設想在同一點沿水平方向畫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。YXO波的傳播方向上坡下坡上坡（3）上下坡法沿波的傳播方向看去，“上坡”處的質(zhì)點向下振動；“下坡”處的質(zhì)點向上振動，簡稱“上坡下、下坡上”。（4）圖象平移法將波形圖沿傳播方向進行微小平移，再由x軸上某一位置的兩波形曲線上的點來判定例1、如圖所示為一列向右傳播的簡諧波的波形圖，求：

圖中A、B、C、D、E各質(zhì)點的振動情況A：振動向下B：振動向上C：振動向上D：振動向下E：振動向下v如果這列波是向左傳播的，則這四個質(zhì)點的振動方向又如何？例2、如圖所示為簡諧波在某一時刻的波形圖，已知此時質(zhì)點A正向上運動，由此可斷定（）A.向右傳播，且此時質(zhì)點B正向上運動B.向右傳播，且此時質(zhì)點C正向下運動C.向左傳播，且此時質(zhì)點D正向上運動D.向左傳播，且此時質(zhì)點E正向下運動C如果已知這個質(zhì)點做加速運動，則波的傳播方向又如何？例3、一簡諧機械波沿x軸正方向傳播，周期為T，波長為λ。若在x=0處質(zhì)點的振動圖象如圖所示，則該波在t=T/2時刻的波形曲線為（）Ax/my/m01234v畫出再經(jīng)t=T/4時的波形圖．P．P′．Q．Q′常規(guī)方法：描點法先找出兩點（平衡位置和波峰及波谷特殊點）并確定其運動方向；然后確定經(jīng)△t時間內(nèi)這兩點所達到的位置；最后按正弦規(guī)律畫出新的波形。主要題型之二：

求波在任意時刻的波形圖

求波在任意時刻的波形圖簡潔方法：圖象平移法OYX波的傳播方向經(jīng)過時間，波在傳播方向上移動的距離,把圖象沿傳播方向平移即得到相對應的圖象．主要題型之二：02

波長、頻率和波速機

械

波00.20.40.60.8

X/cmY/cm

問題1：x=0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6cm這些質(zhì)點的振動方向如何?

問題2：在這些質(zhì)點中位移總是相同的是哪些點?

問題3：相鄰的位移總是相同的質(zhì)點間的水平距離相同嗎？想一想：（1）定義:在波動中，對平衡位置的位移總是相等的兩個相鄰質(zhì)點間的距離，叫做波的波長。二.波長、頻率和波速1.波長λ：(2)幾點說明a.“位移總相等”的含義是“每時每刻位移大小方向都相同”b.位移總相等的兩個質(zhì)點,其速度也總是相等的，相位也相同d.相距λ整數(shù)倍的質(zhì)點振動步調(diào)總是相同的；

相距λ/2奇數(shù)倍的質(zhì)點振動步調(diào)總是相反的。

c.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。

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。

觀察并思考:在振源完成一次全振動的時間里,波是否也完成了一次周期性的波動?

解釋：每個質(zhì)點都在做受迫振動，因此每個質(zhì)點的振動周期與波源相同。

結論：

波的周期取決于波源振動的周期。

①經(jīng)過一個周期的時間里，振動在介質(zhì)中的傳播的距離恰好等于一個波長。

②每經(jīng)歷一個周期的時間，原有的波形圖保持不變。問題探究2、周期（T）、頻率（f）

(1)定義：波源質(zhì)點振動的周期（或頻率）就是波的周期（或頻率）（2）幾點說明a.波的周期（或頻率）應由波源決定，與傳播波的介質(zhì)無關。b.每經(jīng)過一個周期的時間波就沿傳播方向傳播一個波長的距離。c.每經(jīng)歷一個周期，原有的波形圖不改變。二.波長、頻率和波速(1)定義：單位時間內(nèi)振動所傳播的距離叫做波速。（3）幾點說明b.一列波在同一均勻介質(zhì)中是勻速傳播的波速與質(zhì)點振動速度的含義相同嗎？

a.波速的大小由介質(zhì)的性質(zhì)決定，同一列波在不同介質(zhì)中傳播速度不同。反映振動在介質(zhì)中傳播的快慢程度.（2）物理意義3、波速（v）

4、波長、周期（或頻率）和波速的關系

(1)波速等于波長和頻率的乘積.(2)經(jīng)過一個周期，振動在介質(zhì)中傳播的距離等于一個波長(3)波速等于波長和頻率的乘積這一關系雖從機械波得到，但對其他形式的彼（電磁波、光波）也成立波速由介質(zhì)決定，與波的頻率、質(zhì)點的振幅無關波的頻率只取決于波源，與波速、波長無關。波在傳播過程中、從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時頻率不變。波長則決定于v和T。波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)波速發(fā)生變化，周期不變，波長發(fā)生變化；波在同一介質(zhì)中傳播，當周期發(fā)生變化，波長也發(fā)生變化。1．波速由什么決定？2．頻率由什么決定？3．波長由什么決定？問題探究例4．一列波在第一種均勻介質(zhì)中的波長為λ1，在第二種均勻介質(zhì)中的波長為λ2，且λ1=3λ2，那么這列波在這兩種介質(zhì)中的頻率之比和波速之比分別為（）A．3:1和1:1 B．1:3和1:1C．1:1和3:1 D．1:1和1:3C例5、圖甲為一列簡諧橫波在某一時刻的波形圖，圖乙為質(zhì)點P以此時刻為計時起點的振動圖象．則下列說法正確的是()A．該波的速度為1.6m/s，沿x軸負方向傳播B．該波的速度為20m/s，沿x軸正方向傳播C．經(jīng)過0.2s，質(zhì)點P沿x軸的正方向遷移了4mD．經(jīng)過0.1s，質(zhì)點Q的運動方向沿y軸正方向B03

波的多解性機

械

波【問題探究】圖中實線為t＝0時刻的波形圖，虛線為t＝0.1s時刻的波形圖。據(jù)此能否判定波的傳播方向？

1.波的傳播方向的雙向性(1)波的傳播方向不確定。(2)質(zhì)點振動方向不確定。2.由于波的周期性造成多解(1)時間的周期性:時間間隔Δt與周期T的關系不明確。(2)空間的周期性:波的傳播距離Δx與波長λ的關系不明確三、波的多解性例6.圖中的實線是一列正弦波在某一時刻的波形圖。經(jīng)過0.5s后，其波形如圖中虛線所示。設該波的周期T大于0.5s。（1）如果波是向左傳播的，波的速度是多大？波的周期是多大？（2）如果波是向右傳播的，波的速度是多大？波的周期是多大？

（2）如果波是向左傳播，則

，由得v＝0.36m/s解：（1）如果波是向左傳播，則，由得v＝0.12m/s波的周期為波的周期為波在時間上和空間上的周期性,造成了重復性,波動問題一般具有多解性。PQ例7、如圖所示，沿波的傳播方向上有兩個相距為1m的質(zhì)點P和Q，當P達到負最大位移處時,Q正好處于平衡位置且向上運動。那么這列波的波長可能為多少?Q04

典

型

例

題機

械

波1．一列沿x軸正向傳播，周期為2.0s的簡諧橫波，某時刻的波形如圖所示，比較介質(zhì)中的三個質(zhì)點a、b、c，則（）A．此刻質(zhì)點a的振幅最大B．經(jīng)過2s質(zhì)點b沿x軸正向移動8mC．此刻質(zhì)點c的振動方向為y軸正方向D．經(jīng)過0.50s，機械波沿x軸傳播距離為2mD

隨堂練習2．一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，在t=0時刻的波形圖如圖所示。已知波速為0.4m/s，且波剛傳到c點。下列選項中說法錯誤的是（）A．波源的振動周期為0.4sB．t=0時，質(zhì)點c沿y軸正方向運動C．質(zhì)點a比質(zhì)點b先回到平衡位置D．t=0.1s時，質(zhì)點a的加速度比質(zhì)點b的加速度小AC

隨堂練習3．如圖為一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波在某時刻的波形，圖中A、B、C、D四個質(zhì)點的位移大小相等．關于這列波的描述,下列說法正確的是（）A．C比D先回到平衡位置 B．波源起振方向向上C．A、B兩點速度相同 D．B、C兩點加速度相同A

隨堂練習4．質(zhì)點O振動形成的簡諧橫波沿x軸方向傳播，t=0時刻的波形圖如圖甲所示，在x=4m處的質(zhì)點P的振動圖象如圖乙所示，則（）A．該波的頻率為0.25HzB．該波的傳播速度為200m/sC．該波沿x軸負向傳播D．經(jīng)過0.1s質(zhì)點P沿x軸負向傳播20mBC

隨堂練習5．如圖甲所示是一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波在t=0時刻的波形圖，P是參與波動的、離原點x1=2m處的質(zhì)點，Q是參與波動的、離原點x2=4m處的質(zhì)點.圖乙是在波的傳播方向上某質(zhì)點的振動圖象（波的傳播方向上所有質(zhì)點的計時起點相同）.由圖可知（）A．從t=0到t=6s，質(zhì)點Q通過的路程為12mB．從t=0到t=6s，質(zhì)點P通過的路程為0.6mC．這列波的傳播速度為v0=2m/sD．從t=0起，P質(zhì)點比質(zhì)點Q晚1s到達波峰BCD

隨堂練習6．一列沿著x軸負方向傳播的簡諧橫波，在t=0時刻的波形如圖甲所示，圖甲中某質(zhì)點的振動圖像如圖乙所示，下列說