新教材高中物理機(jī)械波2波的描述課件新人教版選擇性必修

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【學(xué)習(xí)目標(biāo)】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?！舅季S脈絡(luò)】課前預(yù)習(xí)反響1．波的圖像的畫法知識(shí)點(diǎn)1波的圖像位移

y

位移

平滑

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1．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)過一個(gè)周期，振動(dòng)在介質(zhì)中____________等于波長(zhǎng)。振動(dòng)相位知識(shí)點(diǎn)2波長(zhǎng)、頻率和波速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___表達(dá)。(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T

f

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』(多項(xiàng)選擇)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)開始振動(dòng)，經(jīng)過一定時(shí)間后出現(xiàn)如下圖的情況，MN是距起始點(diǎn)相同距離的一條界線，那么 ()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?！合胍幌搿挥腥苏J(rèn)為：“由公式v＝λf知，波的頻率越高，波速越大。〞這種說法正確嗎？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)，與波的頻率無關(guān)。課內(nèi)互動(dòng)探究探究一列簡(jiǎn)諧波在某一時(shí)刻的圖像如下圖。對(duì)波的圖像的理解情景導(dǎo)入(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。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。要點(diǎn)提煉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，那么波的圖像也做周期性變化。經(jīng)過一個(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，那么有可能沿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)假設(shè)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)。(多項(xiàng)選擇)如下圖，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 ()典例1典例剖析AC

思路引導(dǎo)：①理解波的圖像的物理意義；②掌握某一時(shí)刻波的圖像，確定質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向的方法。1．(多項(xiàng)選擇)如下圖，以下說法中正確的選項(xiàng)是 ()A．此列波的振幅是0.1mB．x＝15cm處質(zhì)點(diǎn)的位移是0.1mC．假設(shè)A的速度沿y軸正方向，那么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；假設(shè)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。振動(dòng)圖像與波動(dòng)圖像比較情景導(dǎo)入(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？提示：(1)從橫軸來區(qū)分兩個(gè)圖像：振動(dòng)圖像的橫軸表示時(shí)間，波的圖像的橫軸表示質(zhì)點(diǎn)的平衡位置。(2)相同，均為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅。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：要點(diǎn)提煉(1)波的圖像與振動(dòng)圖像外形上很相似，區(qū)分它們時(shí)要看圖像的橫坐標(biāo)是時(shí)間t還是位移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。特別提醒如下圖，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，那么：(1)說出兩圖中AA′的意義。(2)說出甲圖中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3.5s時(shí)P質(zhì)點(diǎn)的路程和位移。典例2典例剖析解析：(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，那么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)，那么波向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，如下圖。規(guī)律方法對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練C

解析：由波的傳播特點(diǎn)，前邊的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)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(dòng)，由圖1可知t＝0時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)P由平衡位置開始向下運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)C正確。探究一個(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。對(duì)波長(zhǎng)、頻率、波速的理解情景導(dǎo)入要點(diǎn)提煉(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。(1)我們聽到的種類繁多的聲音有上下和強(qiáng)弱之分，聲調(diào)的上下由聲波的頻率決定，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，表達(dá)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。特別提醒典例2典例剖析D

思路引導(dǎo)：①由圖可直接讀取振幅和波長(zhǎng)。②由傳播時(shí)間0.6s可求波速。③由λ＝vT可求周期和頻率。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練C

核心素養(yǎng)提升波的傳播方向和質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向的判斷方法質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向來判斷波的傳播方向或波的傳播方向來判斷質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，判斷依據(jù)的根本規(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)。圖12．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)。圖2圖3(多項(xiàng)選擇)一列橫波沿繩子傳播，某時(shí)刻繩子形成如下圖的形狀，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．假設(shè)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．假設(shè)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．假設(shè)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ACD

案例解析：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，應(yīng)選項(xiàng)D正確。課堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)A

解析：因?yàn)椴ㄏ蛴覀鞑?，只有M、N間的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，故M是波源且恰傳到N點(diǎn)，每一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)追隨與它相鄰的左邊質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，因而Q點(diǎn)振動(dòng)方向向上，從此時(shí)刻起，P點(diǎn)由最大位移直接回到平衡位置，Q先向上到最大位移處再回到平衡位置。應(yīng)選項(xiàng)A正確，BCD錯(cuò)誤。2．(2021·北京市高三學(xué)業(yè)水平等級(jí)考試模擬卷三)簡(jiǎn)諧橫波在均勻介質(zhì)中沿