第2節(jié)　波的描述 課件

物理第三章機(jī)械波第2節(jié)波的描述01必備知識(shí)素養(yǎng)奠基02關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成03分層演練素養(yǎng)達(dá)標(biāo)知識(shí)點(diǎn)1波的圖像1．波的圖像的作法(1)建立坐標(biāo)系：用橫坐標(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(shí)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______時(shí)y取正值，______時(shí)y取負(fù)值．平衡位置位移向上向下(3)描點(diǎn)：把平衡時(shí)各質(zhì)點(diǎn)的______畫(huà)在坐標(biāo)系里．(4)連線：用____________將各點(diǎn)連接起來(lái)就得到了這一時(shí)刻波的圖像，波的圖像有時(shí)也稱(chēng)波形圖．位置平滑曲線2．簡(jiǎn)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(jiǎn)諧波．(2)簡(jiǎn)諧波圖像的物理意義：表示介質(zhì)中的“各個(gè)質(zhì)點(diǎn)”在“某一時(shí)刻”的位移．(3)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)圖像的物理意義：表示介質(zhì)中“某一質(zhì)點(diǎn)”在“各個(gè)時(shí)刻”的位移．正弦[判一判]1．(1)波的圖像描述了某一時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)平衡位置的位移情況．(

)(2)只有橫波才能畫(huà)出波的圖像．(

)√×知識(shí)點(diǎn)2波長(zhǎng)、頻率和波速1．波長(zhǎng)(1)定義：在波動(dòng)的傳播方向上，____________總是相同的兩個(gè)_______質(zhì)點(diǎn)間的距離，通常用λ表示．(2)特征：在橫波中，兩個(gè)____________或兩個(gè)____________之間的距離等于波長(zhǎng)．在縱波中，兩個(gè)____________或兩個(gè)____________之間的距離等于波長(zhǎng)．振動(dòng)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(dòng)中，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期或頻率是________，它們都等于______的振動(dòng)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(shí)空的對(duì)應(yīng)性：在一個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)，振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的距離等于____________．相同的波源波源一個(gè)波長(zhǎng)倒數(shù)λf介質(zhì)本身不同[判一判]2．(1)兩個(gè)波峰(或波谷)之間的距離為一個(gè)波長(zhǎng)．(

)(2)兩個(gè)密部(或疏部)之間的距離為一個(gè)波長(zhǎng)．(

)(3)振動(dòng)在介質(zhì)中傳播一個(gè)波長(zhǎng)的時(shí)間是一個(gè)周期．(

)(4)同一列波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)不變的量是頻率．(

)××√√[想一想](1)簡(jiǎn)諧波介質(zhì)中的一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在一個(gè)周期內(nèi)走過(guò)的路程等于一個(gè)波長(zhǎng)嗎？(2)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？提示：(1)不等于．簡(jiǎn)諧波介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)在一個(gè)周期內(nèi)走過(guò)的路程等于四個(gè)振幅，與波長(zhǎng)的大小無(wú)關(guān)．(2)不正確．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)．1．(振動(dòng)圖像和波動(dòng)圖像)關(guān)于振動(dòng)圖像和波的圖像，以下說(shuō)法正確的是(

)A．波的圖像反映出很多質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻的位移B．通過(guò)波的圖像可以找出任一質(zhì)點(diǎn)在任一時(shí)刻的位移C．從振動(dòng)圖像可以找出很多質(zhì)點(diǎn)在任一時(shí)刻的位移D．兩種圖像的縱坐標(biāo)都表示質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)平衡位置的位移解析：波的圖像表示的是連續(xù)介質(zhì)中的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻的位移，振動(dòng)圖像表示的是某一質(zhì)點(diǎn)在各個(gè)時(shí)刻的位移．√2．(振動(dòng)圖像和波動(dòng)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(dòng)圖像，乙是波的圖像B．甲是波的圖像，乙是振動(dòng)圖像C．都是波的圖像D．都是振動(dòng)圖像解析：波的圖像的橫坐標(biāo)為各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置；振動(dòng)圖像中橫坐標(biāo)為時(shí)間．√3．(振動(dòng)圖像和波動(dòng)圖像)一簡(jiǎn)諧機(jī)械橫波沿x軸正方向傳播，波長(zhǎng)為λ，周期為T(mén).t＝0時(shí)刻的波形如圖甲所示，a、b是波上的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)．圖乙是波上某一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像．下列說(shuō)法中正確的是(

)A．t＝0時(shí)質(zhì)點(diǎn)a的速度比質(zhì)點(diǎn)b的大B．t＝0時(shí)質(zhì)點(diǎn)a的加速度比質(zhì)點(diǎn)b的小C．圖乙可以表示質(zhì)點(diǎn)a的振動(dòng)D．圖乙可以表示質(zhì)點(diǎn)b的振動(dòng)√解析：質(zhì)點(diǎn)在平衡位置處的振動(dòng)速度是最大的，所以在零時(shí)刻a的速度小于b的速度，A錯(cuò)誤；而質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置越遠(yuǎn)加速度越大，則a的加速度大于b的加速度，B錯(cuò)誤；根據(jù)波的圖像“同側(cè)法”可以判斷在零時(shí)刻，b在平衡位置且向下振動(dòng)，D正確，C錯(cuò)誤．4．(波長(zhǎng)和波速)機(jī)械波在給定的介質(zhì)中傳播時(shí)，下列說(shuō)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(gè)周期內(nèi)，振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)走過(guò)的路程等于一個(gè)波長(zhǎng)D．振動(dòng)的頻率越高，則波傳播一個(gè)波長(zhǎng)的距離所用的時(shí)間越短√探究一振動(dòng)圖像與波動(dòng)圖像的對(duì)比【問(wèn)題導(dǎo)引】1．怎樣從圖形上區(qū)分振動(dòng)圖像和波動(dòng)圖像？2．振動(dòng)圖像和波動(dòng)圖像的物理意義有什么不同？提示：1.振動(dòng)圖像的橫坐標(biāo)軸是時(shí)間，波動(dòng)圖像的橫坐標(biāo)軸是各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置．2．振動(dòng)圖像表示一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在各個(gè)不同時(shí)刻的位移變化情況，波動(dòng)圖像表示某一時(shí)刻各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位移．振動(dòng)圖像與波動(dòng)圖像的比較

振動(dòng)圖像波動(dòng)圖像不同點(diǎn)物理意義表示一質(zhì)點(diǎn)在各個(gè)時(shí)刻的位移表示某時(shí)刻各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位移研究對(duì)象一個(gè)振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)所有質(zhì)點(diǎn)

振動(dòng)圖像波動(dòng)圖像不同點(diǎn)圖像變化

隨時(shí)間延伸隨時(shí)間推移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)是組成波動(dòng)的基本要素【例1】在均勻介質(zhì)中，一列沿x軸正向傳播的橫波，其波源O在第一周期內(nèi)的振動(dòng)圖像如圖所示，則該波在第一個(gè)周期末的波形圖是(

)√[解析]

根據(jù)振動(dòng)圖像可知波源O在第一個(gè)周期末向y軸負(fù)方向振動(dòng)，結(jié)合波的傳播方向可知A、C錯(cuò)誤；波的前沿質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況與波源開(kāi)始振動(dòng)情況相同，B錯(cuò)誤，D正確．[針對(duì)訓(xùn)練1]

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

)A．當(dāng)這列波沿x軸正方向傳播時(shí)，是表示a質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像B．當(dāng)這列波沿x軸負(fù)方向傳播時(shí)，是表示a質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像C．當(dāng)這列波沿x軸正方向傳播時(shí)，是表示b質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像D．當(dāng)這列波沿x軸負(fù)方向傳播時(shí)，是表示b質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像√√解析：根據(jù)波的傳播方向，確定質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向，進(jìn)而畫(huà)出該點(diǎn)的振動(dòng)圖像．如果這列波沿x軸正方向傳播，a點(diǎn)應(yīng)向上運(yùn)動(dòng)，b點(diǎn)應(yīng)向下運(yùn)動(dòng)，這樣圖乙表示的是a質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像；如果這列波沿x軸負(fù)方向傳播，a點(diǎn)應(yīng)向下運(yùn)動(dòng)，b點(diǎn)應(yīng)向上運(yùn)動(dòng)，圖乙表示的是b質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像；故A、D正確．探究二質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向和波的傳播方向的互判【問(wèn)題導(dǎo)引】

如圖所示的是一列橫波在某一時(shí)刻的波形圖，波沿x軸正方向傳播，則：A點(diǎn)、C點(diǎn)、D點(diǎn)的振動(dòng)方向各是怎樣的？提示：波沿x軸正方向傳播，所以A點(diǎn)向上振動(dòng)，C點(diǎn)向下振動(dòng)，D點(diǎn)向下振動(dòng)．已知質(zhì)點(diǎn)的振動(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)的振動(dòng)方向時(shí)，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．上下坡法沿坡的傳播方向看，“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(chēng)“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(shí)間Δt后的波形，就知道了各質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)Δt時(shí)間到達(dá)的位置，此刻質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向也就知道了，如圖所示．3．同側(cè)法在波的圖像上的某一點(diǎn)，沿豎直方向畫(huà)出一個(gè)箭頭表示質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向，并在同一點(diǎn)沿水平方向畫(huà)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)，如圖所示．若波向右傳播，則P向下運(yùn)動(dòng)．4．帶動(dòng)法原理：先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)鄰近的后振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)．方法：在質(zhì)點(diǎn)P與波源之間的圖像上靠近P點(diǎn)另找一點(diǎn)P′，若P′在P上方，則P向上運(yùn)動(dòng)，若P′在P下方，則P向下運(yùn)動(dòng)，如圖所示．【例2】(多選)(2022·山東師范大學(xué)附中一模)如圖所示，圖甲為沿x軸傳播的一列簡(jiǎn)諧橫波在t＝0時(shí)刻的波形圖，圖乙為質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)圖像，則下列說(shuō)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(fù)方向C．t＝0到t＝9s時(shí)間內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)P通過(guò)的路程為0.9mD．t＝0到t＝2s時(shí)間內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)P的位移為0，路程為0.2m√√[針對(duì)訓(xùn)練2]一列簡(jiǎn)諧橫波向x軸正方向傳播，如圖所示是某時(shí)刻波的圖像，以下說(shuō)法不正確的是(

)A．各質(zhì)點(diǎn)的振幅均為2cmB．a(chǎn)、c質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向相同C．b質(zhì)點(diǎn)具有正向最大速度D．d質(zhì)點(diǎn)具有正向最大加速度解析：各質(zhì)點(diǎn)振幅均相同，A正確；由“上、下坡法”或“同側(cè)法”可判斷a向下，b、c向上運(yùn)動(dòng)，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(cuò)誤．√探究三波長(zhǎng)、波速的理解和計(jì)算【問(wèn)題導(dǎo)引】1．某時(shí)刻，兩個(gè)相鄰的、位移相等的質(zhì)點(diǎn)間的距離等于波長(zhǎng)嗎？2．當(dāng)波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，波長(zhǎng)、頻率和波速哪個(gè)物理量保持不變？提示：1.不一定．某時(shí)刻兩質(zhì)點(diǎn)位移相等，間距卻不一定等于波長(zhǎng)．2．當(dāng)波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，頻率保持不變，波長(zhǎng)和波速會(huì)發(fā)生變化．1．關(guān)于波長(zhǎng)的定義：“振動(dòng)相位總是相同”和“相鄰兩質(zhì)點(diǎn)”是波長(zhǎng)定義的兩個(gè)必要條件，缺一不可；在波的圖像中，無(wú)論從什么位置開(kāi)始，一個(gè)完整的正(余)弦曲線對(duì)應(yīng)的水平距離為一個(gè)波長(zhǎng)．2．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，且離開(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．3．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．4．波速和波長(zhǎng)、頻率的決定因素及關(guān)系【例3】用手握住較長(zhǎng)軟繩的一端連續(xù)上下抖動(dòng)，形成一列簡(jiǎn)諧橫波．某一時(shí)刻的波形如圖所示，繩上a、b兩質(zhì)點(diǎn)均處于波峰位置．下列說(shuō)法正確的是(

)A．a(chǎn)、b兩點(diǎn)之間的距離為半個(gè)波長(zhǎng)B．a(chǎn)、b兩點(diǎn)振動(dòng)開(kāi)始時(shí)刻相差半個(gè)周期C．b點(diǎn)完成全振動(dòng)次數(shù)比a點(diǎn)多一次D．b點(diǎn)完成全振動(dòng)次數(shù)比a點(diǎn)少一次√[解析]

波的圖像中兩個(gè)相鄰波峰間的距離為一個(gè)波長(zhǎng)，且振動(dòng)開(kāi)始時(shí)刻相差一個(gè)周期，所以A、B錯(cuò)誤；質(zhì)點(diǎn)b開(kāi)始振動(dòng)的時(shí)刻比質(zhì)點(diǎn)a晚一個(gè)周期，因此質(zhì)點(diǎn)b完成全振動(dòng)的次數(shù)比質(zhì)點(diǎn)a少一次，所以D正確，C錯(cuò)誤．【例4】(多選)圖(a)為一列簡(jiǎn)諧橫波在t＝2s時(shí)的波形圖，圖(b)為媒質(zhì)中平衡位置在x＝1.5m處的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像，P是平衡位置為x＝2m的質(zhì)點(diǎn)．下列說(shuō)法正確的是(

)A．波速為0.5m/sB．波的傳播方向向右C．0～2s時(shí)間內(nèi)，P運(yùn)動(dòng)的路程為8cmD．0～2s時(shí)間內(nèi)，P向y軸正方向運(yùn)動(dòng)√√[針對(duì)訓(xùn)練3]

(多選)下列關(guān)于波長(zhǎng)的說(shuō)法中正確的是(

)A．機(jī)械振動(dòng)在一個(gè)周期內(nèi)傳播的距離就是一個(gè)波長(zhǎng)B．在波形圖上位移相同的相鄰兩質(zhì)點(diǎn)之間的距離等于一個(gè)波長(zhǎng)C．在波形圖上速度最大且相同的相鄰兩質(zhì)點(diǎn)間的距離等于一個(gè)波長(zhǎng)D．在波形圖上振動(dòng)情況總是相同的兩質(zhì)點(diǎn)間的距離等于一個(gè)波長(zhǎng)√√解析：機(jī)械振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)在一個(gè)周期內(nèi)向遠(yuǎn)處傳播一個(gè)完整的波形，故A正確；由波形圖可知，在一個(gè)完整波形上，位移相同的相鄰質(zhì)點(diǎn)之間距離不一定等于一個(gè)波長(zhǎng)，故B錯(cuò)誤；速度最大且相同的質(zhì)點(diǎn)，在波形圖上的平衡位置上，如果相鄰，那么正好是一個(gè)完整波形的兩個(gè)端點(diǎn)，故C正確；振動(dòng)情況總是相同的兩質(zhì)點(diǎn)間的距離是波長(zhǎng)的整數(shù)倍，故D錯(cuò)誤．[針對(duì)訓(xùn)練4]

(多選)原點(diǎn)處有一簡(jiǎn)諧橫波波源，t＝0時(shí)波源開(kāi)始振動(dòng)，形成沿x軸正向傳播的機(jī)械波，當(dāng)t＝0.6s時(shí)的波形圖如圖所示，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)P剛好開(kāi)始振動(dòng)，下面說(shuō)法中正確的是(

)A．這列波的傳播速度為10m/sB