第2節(jié)　波的描述 課件

物理第三章機械波第2節(jié)波的描述01必備知識素養(yǎng)奠基02關鍵能力素養(yǎng)形成03分層演練素養(yǎng)達標知識點1波的圖像1．波的圖像的作法(1)建立坐標系：用橫坐標x表示在波的傳播方向上各質點的____________，縱坐標y表示某一時刻各質點偏離平衡位置的______．(2)選取正方向：規(guī)定位移的方向______時y取正值，______時y取負值．平衡位置位移向上向下(3)描點：把平衡時各質點的______畫在坐標系里．(4)連線：用____________將各點連接起來就得到了這一時刻波的圖像，波的圖像有時也稱波形圖．位置平滑曲線2．簡諧波(1)定義：如果波的圖像是______曲線，這樣的波叫作正弦波，也叫簡諧波．(2)簡諧波圖像的物理意義：表示介質中的“各個質點”在“某一時刻”的位移．(3)質點振動圖像的物理意義：表示介質中“某一質點”在“各個時刻”的位移．正弦[判一判]1．(1)波的圖像描述了某一時刻各質點離開平衡位置的位移情況．(

)(2)只有橫波才能畫出波的圖像．(

)√×知識點2波長、頻率和波速1．波長(1)定義：在波動的傳播方向上，____________總是相同的兩個_______質點間的距離，通常用λ表示．(2)特征：在橫波中，兩個____________或兩個____________之間的距離等于波長．在縱波中，兩個____________或兩個____________之間的距離等于波長．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，各個質點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)時空的對應性：在一個周期的時間內，振動在介質中傳播的距離等于____________．相同的波源波源一個波長倒數(shù)λf介質本身不同[判一判]2．(1)兩個波峰(或波谷)之間的距離為一個波長．(

)(2)兩個密部(或疏部)之間的距離為一個波長．(

)(3)振動在介質中傳播一個波長的時間是一個周期．(

)(4)同一列波從一種介質進入另一種介質不變的量是頻率．(

)××√√[想一想](1)簡諧波介質中的一個質點在一個周期內走過的路程等于一個波長嗎？(2)有人認為：“由公式v＝λf知，波的頻率越高，波速越大．”這種說法正確嗎？提示：(1)不等于．簡諧波介質中的質點在一個周期內走過的路程等于四個振幅，與波長的大小無關．(2)不正確．機械波的傳播速度只與介質本身的性質和溫度有關，與波的頻率無關．1．(振動圖像和波動圖像)關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點在不同時刻的位移B．通過波的圖像可以找出任一質點在任一時刻的位移C．從振動圖像可以找出很多質點在任一時刻的位移D．兩種圖像的縱坐標都表示質點離開平衡位置的位移解析：波的圖像表示的是連續(xù)介質中的各個質點在某一時刻的位移，振動圖像表示的是某一質點在各個時刻的位移．√2．(振動圖像和波動圖像)如圖所示，根據(jù)甲、乙兩圖，分別判斷它們屬于何種圖像(

)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．都是波的圖像D．都是振動圖像解析：波的圖像的橫坐標為各質點的平衡位置；振動圖像中橫坐標為時間．√3．(振動圖像和波動圖像)一簡諧機械橫波沿x軸正方向傳播，波長為λ，周期為T.t＝0時刻的波形如圖甲所示，a、b是波上的兩個質點．圖乙是波上某一質點的振動圖像．下列說法中正確的是(

)A．t＝0時質點a的速度比質點b的大B．t＝0時質點a的加速度比質點b的小C．圖乙可以表示質點a的振動D．圖乙可以表示質點b的振動√解析：質點在平衡位置處的振動速度是最大的，所以在零時刻a的速度小于b的速度，A錯誤；而質點偏離平衡位置越遠加速度越大，則a的加速度大于b的加速度，B錯誤；根據(jù)波的圖像“同側法”可以判斷在零時刻，b在平衡位置且向下振動，D正確，C錯誤．4．(波長和波速)機械波在給定的介質中傳播時，下列說法正確的是(

)A．振幅越大，則波傳播的速度越快B．振幅越大，則波傳播的速度越慢C．在一個周期內，振動質點走過的路程等于一個波長D．振動的頻率越高，則波傳播一個波長的距離所用的時間越短√探究一振動圖像與波動圖像的對比【問題導引】1．怎樣從圖形上區(qū)分振動圖像和波動圖像？2．振動圖像和波動圖像的物理意義有什么不同？提示：1.振動圖像的橫坐標軸是時間，波動圖像的橫坐標軸是各質點的平衡位置．2．振動圖像表示一個質點在各個不同時刻的位移變化情況，波動圖像表示某一時刻各個質點的位移．振動圖像與波動圖像的比較

振動圖像波動圖像不同點物理意義表示一質點在各個時刻的位移表示某時刻各個質點的位移研究對象一個振動質點所有質點

振動圖像波動圖像不同點圖像變化

隨時間延伸隨時間推移比喻單人舞的錄像抓拍的集體舞照片相同點及聯(lián)系圖像形狀正弦曲線可獲得的信息質點振動的振幅、位移、加速度的方向聯(lián)系質點的振動是組成波動的基本要素【例1】在均勻介質中，一列沿x軸正向傳播的橫波，其波源O在第一周期內的振動圖像如圖所示，則該波在第一個周期末的波形圖是(

)√[解析]

根據(jù)振動圖像可知波源O在第一個周期末向y軸負方向振動，結合波的傳播方向可知A、C錯誤；波的前沿質點振動情況與波源開始振動情況相同，B錯誤，D正確．[針對訓練1]

(多選)如圖甲所示的y－x圖線表示一列簡諧波在沿x軸方向傳播時的波形圖，若以圖甲所示情況為計時起點，那么圖乙所示y－t圖線表示的是(

)A．當這列波沿x軸正方向傳播時，是表示a質點的振動圖像B．當這列波沿x軸負方向傳播時，是表示a質點的振動圖像C．當這列波沿x軸正方向傳播時，是表示b質點的振動圖像D．當這列波沿x軸負方向傳播時，是表示b質點的振動圖像√√解析：根據(jù)波的傳播方向，確定質點的振動方向，進而畫出該點的振動圖像．如果這列波沿x軸正方向傳播，a點應向上運動，b點應向下運動，這樣圖乙表示的是a質點的振動圖像；如果這列波沿x軸負方向傳播，a點應向下運動，b點應向上運動，圖乙表示的是b質點的振動圖像；故A、D正確．探究二質點振動方向和波的傳播方向的互判【問題導引】

如圖所示的是一列橫波在某一時刻的波形圖，波沿x軸正方向傳播，則：A點、C點、D點的振動方向各是怎樣的？提示：波沿x軸正方向傳播，所以A點向上振動，C點向下振動，D點向下振動．已知質點的振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點的振動方向時，依據(jù)的基本規(guī)律是橫波的形成與傳播的特點，常用方法有：1．上下坡法沿坡的傳播方向看，“上坡”的點向下運動，“下坡”的點向上運動，簡稱“上坡下，下坡上”．如圖所示．2．微平移法原理：波向前傳播，波形也向前平移．方法：作出經(jīng)微小時間Δt后的波形，就知道了各質點經(jīng)過Δt時間到達的位置，此刻質點振動方向也就知道了，如圖所示．3．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點運動方向，并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，如圖所示．若波向右傳播，則P向下運動．4．帶動法原理：先振動的質點帶動鄰近的后振動的質點．方法：在質點P與波源之間的圖像上靠近P點另找一點P′，若P′在P上方，則P向上運動，若P′在P下方，則P向下運動，如圖所示．【例2】(多選)(2022·山東師范大學附中一模)如圖所示，圖甲為沿x軸傳播的一列簡諧橫波在t＝0時刻的波形圖，圖乙為質點P的振動圖像，則下列說法中正確的是(

)A．該波的波速為2m/sB．該波的傳播方向沿x軸負方向C．t＝0到t＝9s時間內，質點P通過的路程為0.9mD．t＝0到t＝2s時間內，質點P的位移為0，路程為0.2m√√[針對訓練2]一列簡諧橫波向x軸正方向傳播，如圖所示是某時刻波的圖像，以下說法不正確的是(

)A．各質點的振幅均為2cmB．a(chǎn)、c質點的振動方向相同C．b質點具有正向最大速度D．d質點具有正向最大加速度解析：各質點振幅均相同，A正確；由“上、下坡法”或“同側法”可判斷a向下，b、c向上運動，b的正向速度最大，d的速度為零，但正向加速度最大，所以C、D正確，B錯誤．√探究三波長、波速的理解和計算【問題導引】1．某時刻，兩個相鄰的、位移相等的質點間的距離等于波長嗎？2．當波從一種介質進入另一種介質時，波長、頻率和波速哪個物理量保持不變？提示：1.不一定．某時刻兩質點位移相等，間距卻不一定等于波長．2．當波從一種介質進入另一種介質時，頻率保持不變，波長和波速會發(fā)生變化．1．關于波長的定義：“振動相位總是相同”和“相鄰兩質點”是波長定義的兩個必要條件，缺一不可；在波的圖像中，無論從什么位置開始，一個完整的正(余)弦曲線對應的水平距離為一個波長．2．波的空間周期性(1)相隔距離為一個波長的整數(shù)倍的兩質點，振動情況完全相同，且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．(2)相隔距離為半波長的奇數(shù)倍的兩質點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，會同時一個在波峰、一個在波谷或同時從相反方向經(jīng)過平衡位置．3．波從一種介質進入另外一種介質，波源沒變，波的頻率不會發(fā)生變化；介質的變化導致了波速和波長的改變．4．波速和波長、頻率的決定因素及關系【例3】用手握住較長軟繩的一端連續(xù)上下抖動，形成一列簡諧橫波．某一時刻的波形如圖所示，繩上a、b兩質點均處于波峰位置．下列說法正確的是(

)A．a(chǎn)、b兩點之間的距離為半個波長B．a(chǎn)、b兩點振動開始時刻相差半個周期C．b點完成全振動次數(shù)比a點多一次D．b點完成全振動次數(shù)比a點少一次√[解析]

波的圖像中兩個相鄰波峰間的距離為一個波長，且振動開始時刻相差一個周期，所以A、B錯誤；質點b開始振動的時刻比質點a晚一個周期，因此質點b完成全振動的次數(shù)比質點a少一次，所以D正確，C錯誤．【例4】(多選)圖(a)為一列簡諧橫波在t＝2s時的波形圖，圖(b)為媒質中平衡位置在x＝1.5m處的質點的振動圖像，P是平衡位置為x＝2m的質點．下列說法正確的是(

)A．波速為0.5m/sB．波的傳播方向向右C．0～2s時間內，P運動的路程為8cmD．0～2s時間內，P向y軸正方向運動√√[針對訓練3]

(多選)下列關于波長的說法中正確的是(

)A．機械振動在一個周期內傳播的距離就是一個波長B．在波形圖上位移相同的相鄰兩質點之間的距離等于一個波長C．在波形圖上速度最大且相同的相鄰兩質點間的距離等于一個波長D．在波形圖上振動情況總是相同的兩質點間的距離等于一個波長√√解析：機械振動的質點在一個周期內向遠處傳播一個完整的波形，故A正確；由波形圖可知，在一個完整波形上，位移相同的相鄰質點之間距離不一定等于一個波長，故B錯誤；速度最大且相同的質點，在波形圖上的平衡位置上，如果相鄰，那么正好是一個完整波形的兩個端點，故C正確；振動情況總是相同的兩質點間的距離是波長的整數(shù)倍，故D錯誤．[針對訓練4]

(多選)原點處有一簡諧橫波波源，t＝0時波源開始振動，形成沿x軸正向傳播的機械波，當t＝0.6s時的波形圖如圖所示，此時質點P剛好開始振動，下面說法中正確的是(

)A．這列波的傳播速度為10m/sB