【講與練】高中物理人教版(2019)選擇性必修1：3.2 波的描述課件

第三章機(jī)械波2.波的描述課前預(yù)習(xí)反饋課內(nèi)互動(dòng)探究課堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)目標(biāo)體系構(gòu)建核心素養(yǎng)提升目標(biāo)體系構(gòu)建1．理解波的圖像的意義。2．會(huì)區(qū)別振動(dòng)圖像和波動(dòng)圖像。3．知道什么是波長(zhǎng)、頻率和波速。4．掌握波長(zhǎng)、頻率和波速的關(guān)系。5．了解決定波長(zhǎng)、頻率和波速的因素。課前預(yù)習(xí)反饋

波的圖像

知識(shí)點(diǎn)

11．波的圖像的畫法2．簡(jiǎn)諧波如果波的圖像是_________，這樣的波叫作正弦波，也叫_______。正弦曲線簡(jiǎn)諧波波長(zhǎng)、頻率和波速

知識(shí)點(diǎn)

21．波長(zhǎng)(λ)(1)定義在波的傳播方向上，___________總是相同的兩個(gè)_______質(zhì)點(diǎn)間的距離。(2)特征①在橫波中，兩個(gè)_______的波峰(或波谷)間的距離等于波長(zhǎng)。在縱波中，兩個(gè)_______的密部(或疏部)間的距離等于波長(zhǎng)。②經(jīng)過(guò)一個(gè)周期，振動(dòng)在介質(zhì)中_____________等于波長(zhǎng)。振動(dòng)相位相鄰相鄰相鄰傳播的距離2．波的周期(T)和頻率(f)(1)波的周期和頻率在波動(dòng)中，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期或頻率是_______的，它們都等于_______的振動(dòng)周期或頻率，這個(gè)周期或頻率也叫作_____的周期或頻率，分別用_____和_____表示。(2)決定因素波的周期或頻率由_______的周期或頻率決定。相同波源波Tf波源3．波速(v)(1)定義波速是指機(jī)械波在介質(zhì)中_______的速度。(2)計(jì)算式v＝____________。此式不僅適用于機(jī)械波，也適用于后面要學(xué)習(xí)的電磁波。(3)決定因素①機(jī)械波在介質(zhì)中的傳播速度由_______的性質(zhì)決定，與波長(zhǎng)和頻率_______。②在不同的介質(zhì)中，波速不同，波速還與_______有關(guān)。傳播介質(zhì)無(wú)關(guān)溫度思考辨析『判一判』(1)波的圖像也稱為波形圖，簡(jiǎn)稱波形。(

)(2)波的圖像表示某一質(zhì)點(diǎn)在各個(gè)不同時(shí)刻的位移。(

)(3)只有橫波才能畫出波的圖像。(

)(4)波的圖像表示波中各質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻的位移。(

)√××√『選一選』(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(shí)開(kāi)始振動(dòng)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)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(

)A．B波的波長(zhǎng)最大B．A波的振動(dòng)頻率最大C．A、B、C三列波的傳播速度相等D．C與A、B的材料一定不同ABD解析：由圖可知，B波的波長(zhǎng)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(shí)間內(nèi)，A波的波源做全振動(dòng)的次數(shù)最多，因此A波的振動(dòng)頻率最大。『想一想』有人認(rèn)為：“由公式v＝λf知，波的頻率越高，波速越大。”這種說(shuō)法正確嗎？答案：不正確。解析：機(jī)械波的傳播速度只與介質(zhì)本身的性質(zhì)和溫度有關(guān)，與波的頻率無(wú)關(guān)。課內(nèi)互動(dòng)探究探究

對(duì)波的圖像的理解情境導(dǎo)入一列簡(jiǎn)諧波在某一時(shí)刻的圖像如圖所示。(1)波的圖像是什么形狀的曲線？(2)由圖像可讀出什么信息？提示：(1)波的圖像是正弦曲線。(2)由圖像可讀出：①某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的位移。②各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅等。要點(diǎn)提煉1.質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的“定格”波的圖像是某一時(shí)刻介質(zhì)中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)情況的“定格”?？梢詫⒉ǖ膱D像比喻為某一時(shí)刻對(duì)所有質(zhì)點(diǎn)拍攝的“集體照”。2．圖像形式簡(jiǎn)諧波的圖像是正(余)弦曲線，是最簡(jiǎn)單的一種波，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅都相等。3．波的圖像的周期性質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移做周期性變化，則波的圖像也做周期性變化。經(jīng)過(guò)一個(gè)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)從波的圖像上可直接讀出介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅。(2)可確定任一質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)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(shí)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(shí)刻的振動(dòng)方向(速度方向)，速度大小的變化趨勢(shì)等，反之亦然。(5)波長(zhǎng)。典例剖析

(多選)如圖所示，畫出了一列向x軸正方向傳播的橫波在某個(gè)時(shí)刻的波形圖像，由圖像可知()A．質(zhì)點(diǎn)b此時(shí)位移為零B．質(zhì)點(diǎn)b此時(shí)向－y方向運(yùn)動(dòng)C．質(zhì)點(diǎn)d的振幅是2cm典例1思路引導(dǎo)：①理解波的圖像的物理意義；②掌握已知某一時(shí)刻波的圖像，確定質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向的方法。AC(多選)如圖所示，下列說(shuō)法中正確的是(

)A．此列波的振幅是0.1mB．x＝15cm處質(zhì)點(diǎn)的位移是0.1mC．若A的速度沿y軸正方向，則B的速度亦沿y軸正方向D．A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?qū)c(diǎn)訓(xùn)練?ACD解析：從波動(dòng)圖像上可以直接讀出振幅是0.1m，x＝15cm處質(zhì)點(diǎn)的位移是－0.1m，故A正確，B錯(cuò)誤；若波沿x正方向傳播，此時(shí)A、B兩質(zhì)點(diǎn)的速度都沿y軸正方向，選項(xiàng)C正確；根據(jù)加速度與位移的關(guān)系可判斷選項(xiàng)D正確。探究

振動(dòng)圖像與波動(dòng)圖像比較情境導(dǎo)入一列波的圖像如圖甲，其中某一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像如圖乙。(1)如何區(qū)分波的圖像與振動(dòng)圖像？(2)兩種圖像縱坐標(biāo)的最大值相同嗎？(3)乙圖是a、b兩質(zhì)點(diǎn)中哪一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像？提示：(1)振動(dòng)圖像與波動(dòng)圖像，縱坐標(biāo)都表示偏離平衡位置的位移；振動(dòng)圖像的橫坐標(biāo)表示一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)時(shí)刻，波動(dòng)圖像橫坐標(biāo)表示各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的平衡位置的坐標(biāo)；振動(dòng)圖像反映的是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻的偏離平衡位置的位移，而波動(dòng)圖像反映的是不同質(zhì)點(diǎn)在同一時(shí)刻的偏離平衡位置的位移。(2)振動(dòng)圖像與波動(dòng)圖像的縱坐標(biāo)的最大值都表示質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的最大位移即振幅，所以最大值相同。(3)通過(guò)振動(dòng)圖像可判斷，該質(zhì)點(diǎn)在計(jì)時(shí)零時(shí)刻時(shí)在平衡位置沿y軸正方向振動(dòng)。若該波是沿x軸正方向傳播的則該振動(dòng)圖像是a質(zhì)點(diǎn)的；若該波沿x軸負(fù)方向傳播則該振動(dòng)圖像是b質(zhì)點(diǎn)的。要點(diǎn)提煉振動(dòng)圖像與波的圖像的比較簡(jiǎn)諧波的圖像和簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖像的區(qū)別首先是橫軸表示的物理量不同，波的圖像橫軸表示各介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的平衡位置，而振動(dòng)圖像橫軸表示時(shí)間。另外，圖像的意義、隱含信息等方面也不相同，具體比較如下：

簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像簡(jiǎn)諧波的圖像不同點(diǎn)研究?jī)?nèi)容某質(zhì)點(diǎn)位移隨時(shí)間的變化規(guī)律某時(shí)刻所有質(zhì)點(diǎn)的空間分布規(guī)律圖像變化隨時(shí)間延伸隨時(shí)間推移一個(gè)完整圖像所占橫坐標(biāo)的距離表示一個(gè)周期T表示一個(gè)波長(zhǎng)λ比喻單人舞的錄像抓拍的集體舞照片相同點(diǎn)及聯(lián)系圖像形狀正弦曲線可獲得的信息質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅、位移、加速度的方向聯(lián)系質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是形成波動(dòng)的基本要素(1)波的圖像與振動(dòng)圖像外形上很相似，辨別它們時(shí)要看圖像的橫坐標(biāo)是時(shí)間t還是位置x。(2)簡(jiǎn)諧波中的所有質(zhì)點(diǎn)都做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，它們的振幅、周期均相同。

典例剖析

如圖所示，甲為某一波在t＝1s時(shí)的圖像，波速為4m/s，乙為參與該波運(yùn)動(dòng)的P質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像，則：(1)說(shuō)出兩圖中AA′的意義。(2)說(shuō)出甲圖中OA′B圖線的意義。(3)在甲圖中畫出再經(jīng)3.5s時(shí)的波形圖。(4)求再經(jīng)過(guò)3.5s時(shí)P質(zhì)點(diǎn)的路程和位移。典例2解析：(1)甲圖中AA′表示x＝1m處質(zhì)點(diǎn)的振幅或1s時(shí)x＝1m的質(zhì)點(diǎn)的位移大小為0.2m，方向?yàn)樨?fù)；乙圖中AA′表示P質(zhì)點(diǎn)的振幅或P質(zhì)點(diǎn)在0.25s時(shí)的位移大小為0.2m，方向?yàn)樨?fù)。(2)甲圖中OA′B圖線表示O到B之間所有質(zhì)點(diǎn)在1s時(shí)的位移，方向均為負(fù)。由乙圖看出P質(zhì)點(diǎn)在1s時(shí)向y軸負(fù)方向振動(dòng)，所以甲圖中波向左傳播，則OA間各質(zhì)點(diǎn)正向遠(yuǎn)離平衡位置方向振動(dòng)，AB間各質(zhì)點(diǎn)正向靠近平衡位置方向振動(dòng)。(3)t＝1s時(shí)P向y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，則波向x軸負(fù)方向傳播，傳播距離：Δx＝vΔt＝4×3.5m＝14m＝3×4m＋2m所以只需將波形向x軸負(fù)向平移2m即可，如圖所示。答案：見(jiàn)解析。┃┃規(guī)律方法__巧用波動(dòng)與振動(dòng)圖像(1)看清橫坐標(biāo)，分清是振動(dòng)圖像還是波動(dòng)圖像。(2)根據(jù)振動(dòng)圖像可確定質(zhì)點(diǎn)在各時(shí)刻的位移；根據(jù)波動(dòng)圖像可確定某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的位移。

(2023·天津武清區(qū)楊村第一中學(xué)高二月考)如圖所示，一機(jī)械波沿x軸傳播，圖甲為t＝0.6s時(shí)波的圖像，圖乙為x＝5m處A質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像，此時(shí)P、Q兩質(zhì)點(diǎn)的位移均為－1cm，則(

)A．這列波向x軸正向傳播B．t＝0.3s時(shí)，P、Q兩質(zhì)點(diǎn)加速度相同C．從t＝0.6s開(kāi)始經(jīng)過(guò)0.15s，P、Q兩質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)的路程相等對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練?D探究

對(duì)波長(zhǎng)、頻率、波速的理解情境導(dǎo)入一個(gè)高個(gè)子人和一個(gè)矮個(gè)子人并肩行走(如圖)，哪個(gè)人的雙腿前后交替更為迅速？如果拿這兩個(gè)人與兩列波做類比，波長(zhǎng)、頻率、波速分別可以比做什么？提示：波長(zhǎng)、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。要點(diǎn)提煉1.對(duì)波長(zhǎng)的理解(1)關(guān)于波長(zhǎng)的定義“相鄰的”和“位移總是相等”是波長(zhǎng)定義的關(guān)鍵，二者缺一不可。(2)關(guān)于波長(zhǎng)與周期質(zhì)點(diǎn)完成一次全振動(dòng)，波向前傳播一個(gè)波長(zhǎng)，即波在一個(gè)周期內(nèi)向前傳播一個(gè)波長(zhǎng)。(3)波的空間周期性①相隔距離為一個(gè)波長(zhǎng)的整數(shù)倍的兩質(zhì)點(diǎn)，振動(dòng)情況完全相同，即離開(kāi)平衡位置的位移“總是”相等，振動(dòng)速度大小和方向也“總是”相同，因而波長(zhǎng)顯示了波的空間周期性。②相隔距離為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍的兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況完全相反，即在任何時(shí)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(huì)同時(shí)一個(gè)在波峰、一個(gè)在波谷或同時(shí)從相反方向經(jīng)過(guò)平衡位置。(4)尋找波長(zhǎng)的簡(jiǎn)易方法在橫波中，兩個(gè)相鄰波峰(或兩個(gè)相鄰波谷)之間的距離等于波長(zhǎng)，如圖(a)所示；在縱波中，兩個(gè)相鄰密部(或兩個(gè)相鄰疏部)之間的距離等于波長(zhǎng)，如圖(b)所示。2．對(duì)波速的理解(1)波速的實(shí)質(zhì)波的傳播速度即波形的平移速度。(2)波速的物理意義(3)波長(zhǎng)、頻率、波速的決定因素①周期和頻率：只取決于波源，波的周期和頻率就是指波源的周期和頻率，與v、λ無(wú)任何關(guān)系。②速度v：決定于介質(zhì)的物理性質(zhì)，同一種均勻介質(zhì)，物理性質(zhì)相同，波在其中傳播的速度恒定。(1)我們聽(tīng)到的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(dòng)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(dòng)的強(qiáng)弱。各種聲音在空氣中傳播速度約為340m/s。(2)波從一種介質(zhì)進(jìn)入另外一種介質(zhì)，波源沒(méi)變，波的頻率不會(huì)發(fā)生變化；介質(zhì)的變化導(dǎo)致了波速和波長(zhǎng)的改變。

典例剖析

圖甲是一列簡(jiǎn)諧橫波傳播到x＝5m的M點(diǎn)時(shí)的波形圖，圖乙是質(zhì)點(diǎn)N(x＝3m)從此時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí)的振動(dòng)圖像，Q是位于x＝10m處的質(zhì)點(diǎn)，下列說(shuō)法正確的是(

)A．經(jīng)過(guò)3s，質(zhì)點(diǎn)M移動(dòng)到x＝8m處B．當(dāng)質(zhì)點(diǎn)Q開(kāi)始振動(dòng)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)M位于波谷C．在t＝2s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P的速度為零，加速度為零D．從此時(shí)刻到質(zhì)點(diǎn)Q第一次到達(dá)波峰的過(guò)程中，質(zhì)點(diǎn)N通過(guò)的路程為60cm典例3D(多選)如圖甲為一列簡(jiǎn)諧橫波在t＝0.10s時(shí)刻的波形圖，P是平衡位置為x＝1m處的質(zhì)點(diǎn)，Q是平衡位置為x＝4m處的質(zhì)點(diǎn)，圖乙為質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)圖像，則(

)A．t＝0.15s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)Q的加速度達(dá)正向最大B．t＝0.15s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P的運(yùn)動(dòng)方向沿y軸負(fù)方向C．從t＝0.10s到t＝0.25s，該波沿x軸正方向傳播了6mD．從t＝0.10s到t＝0.25s，質(zhì)點(diǎn)P通過(guò)的路程為30cm對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練?AB核心素養(yǎng)提升波的傳播方向和質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向的判斷方法已知質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向來(lái)判斷波的傳播方向或已知波的傳播方向來(lái)判斷質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，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：1．上下坡法沿波的傳播方向看，“上坡”的點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)，“下坡”的點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)稱“上坡下、下坡上”(如圖1所示)。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(gè)箭頭表示質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向，并設(shè)想在同一點(diǎn)沿水平方向畫出一個(gè)箭頭表示波的傳播方向，那么這兩個(gè)箭頭總是在曲線的同側(cè)(如圖2所示)。3．微平移法

(多選)一列橫波沿繩子傳播，某時(shí)刻繩子形成如圖所示的形狀，對(duì)此時(shí)繩上A、B、C、D、E、F六個(gè)質(zhì)點(diǎn)(

)A．它們的振幅相同B．若波向右傳播，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)B、C、D向下振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)A、E、F向上振動(dòng)C．若波向左傳播，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)A、E、F向上振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)B、C、D向下振動(dòng)D．若波向右傳播，從此時(shí)算起，質(zhì)點(diǎn)B比C先回到平衡位置案例ACD解析：波中各質(zhì)點(diǎn)均做受迫振動(dòng)，不考慮能量損耗，各質(zhì)點(diǎn)振幅相同，所以選項(xiàng)A正確；利用“上下坡法”可判選項(xiàng)B錯(cuò)誤，C正確；由于此時(shí)B和C兩點(diǎn)都向上運(yùn)動(dòng)，C比B后到達(dá)最大位移處，C回到平衡位置也比B遲，故選項(xiàng)D正確。課堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)1．(2023·山東省青州一中高二下學(xué)期5月)一列橫波在介質(zhì)中向右傳播，下圖為此波某時(shí)刻的波形，并且只有M、N間的質(zhì)點(diǎn)在振動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是(

)A．波源是M，且波恰好傳至N質(zhì)點(diǎn)B．波源是N，且波恰好傳至M質(zhì)點(diǎn)C．Q質(zhì)點(diǎn)此時(shí)的振動(dòng)方向向下D．從該