2018-2019學年高中物理 第2章 機械波 第1講 波的形成和描述課件 魯科版選修3-4.ppt

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第2章——,機械波,,第1講波的形成和描述,目標定位1.理解機械波的形成過程和產生條件，知道波的分類及橫波和縱波的概念，明確機械波傳播的特點.2.知道波的圖象，能從中獲取波長、振幅、質點運動方向或波的傳播方向等信息.3.能區(qū)別振動圖象和波動圖象.,4.知道波長、周期、頻率和波速的概念，會用v＝λf進行有關計算.5.掌握波在傳播過程中的周期性和雙向性特點．,,欄目索引CONTENTSPAGE,一、波的形成與傳播,1．介質：繩子、水、空氣、地殼等傳播的物質．2．機械波：在介質中的傳播稱為機械波，簡稱波．3．波的形成：前一質點的振動總是要后一個質點振動，依次帶動下去，也就由發(fā)生區(qū)域向遠處傳播，從而形成了波．,機械振動,波,帶動,振動,4．機械波是這種運動形式的傳播，介質本身沿著波的傳播方向遷移．5．波也是傳遞的一種方式．,機械振動,不會,能量,二、波的分類,1．根據質點的振動方向和波的傳播方向之間的關系，可以把機械波分為和兩類．2．橫波(1)定義：質點的振動方向與波的傳播方向的波．(2)描述波峰：凸起的處．波谷：凹下的處．,橫波,縱波,垂直,最高,最低,3．縱波(1)定義：質點的振動方向與波的傳播方向在上的波．(2)描述①密部：質點分布最的地方．②疏部：質點分布最的地方．,同一直線,密,疏,三、波的描述,1．波的圖象描述(1)波的圖象：用橫坐標x表示波傳播方向上各個質點的，用縱坐標y表示各個質點離開平衡位置的，規(guī)定位移方向向上為正值．在坐標平面內，以時刻質點的x、y值描出各對應點，再把這些點用光滑的曲線連接起來，就得到該時刻波的圖象，也稱波形曲線或波形．,平衡位置,位移,某一,各個,(2)簡諧波①定義：如果介質中各個質點做運動，它所形成的波就是一種最基本、最簡單的波，叫做簡諧波．②波形：正弦(或余弦)曲線．,簡諧,2．波的特征(1)周期：質點完成一次全振動經歷的，用T表示．波在介質中傳播時，各質點的振動周期，都等于的振動周期．(2)頻率：介質中的質點完成全振動的次數，用f表示．,時間,相同,波源,每秒,(4)波長：沿著波的傳播方向，兩個的、相對平衡位置的位移和振動方向總是的質點間的距離．(5)波速,②決定因素：機械波在介質中的傳播速率是由本身的性質決定的．,相鄰,相同,介質,λf,(3)周期和頻率的關系：T＝,,想一想波速就是振動速度嗎？答案不是．波速是振動形式向外傳播的速度，始終沿傳播方向，在同一介質中波速不變；振動速度是指質點在平衡位置附近振動的速度，大小和方向都隨時間做周期性變化.,一、波的形成和傳播,,1．波的形成傳播波的物質，如水、繩、空氣等，可以分成許多小部分，每一小部分都可以看作質點．當其中一個質點振動時，由于質點間的相互作用，就帶動相鄰的質點振動起來，該質點又帶動后面的質點振動起來，這樣振動的狀態(tài)就傳播出去，形成了機械波．,3．機械波的傳播(1)波動的周期等于質點振動的周期，且各質點的振動周期都與波源的振動周期相同．(2)離波源越遠，質點的振動越滯后，但各質點的起振方向與波源起振方向相同．,(3)機械振動在介質中的傳播形成機械波，所以有機械波，一定有機械振動；但有機械振動，不一定有機械波．(4)波傳播的只是振動形式，介質中的每個質點只在自己平衡位置附近振動，并不隨波遷移．,例1下列關于機械波的說法中，正確的是()A．質點都在各自的平衡位置附近振動B．相鄰質點間必有相互作用力C．前一質點的振動帶動相鄰的后一質點的振動，后一質點的振動必定落后于前一質點D．各質點隨波的傳播而遷移E．離波源越遠，質點的振動頻率越小,解析振源依靠介質中各相鄰質點間的相互作用力使周圍的質點依次振動起來，且后一質點的振動必定落后于前一質點，選項B、C正確；質點只在它們各自的平衡位置附近做受迫振動，它們振動的頻率均與波源的頻率相同，選項A正確，E錯誤；波在傳播過程各質點不隨波遷移，選項D錯誤．答案ABC,二、波長、頻率、周期、波速,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無任何關系．2．速度v：決定于介質的性質，同一種均勻介質，波在其中傳播的速度恒定．3．波長λ：對于同一列波，其波長、波速、周期的關系不會變化，始終是v＝＝λf，既然v、T都由相關因素決定，所以這些因素共同決定了波長λ，即波長λ由波源和介質共同決定．,例2關于機械波的頻率、波速、波長，下列說法正確的是()A．兩個相鄰的均處于平衡位置的質點間的距離為一個波長B．波的頻率等于波源的振動頻率C．波速等于波源的振動速度D．波由一種介質進入另一種介質，波速和波長都要改變,解析由波長的定義可知，兩個相鄰的均處于平衡位置的質點間的距離為半個波長，選項A錯誤；由波的頻率定義可知選項B正確；波速是波的傳播速度，與波源的振動速度不同，選項C錯誤；波在同一種均勻介質中勻速傳播，進入不同介質時，頻率不變，但波速改變，由v＝λf可知波長改變，選項D正確．答案BD,借題發(fā)揮波長的定義中要強調“總是相同”的理解；波的頻率等于波源的振動頻率；波速由介質決定；波長由波源和介質共同決定．,三、波的圖象的理解和應用,由波的圖象可獲取的信息1．直接讀出波長，若已知波速，可計算出周期、頻率，或已知周期、頻率可計算出波速．2．直接讀出該時刻各質點的位移，間接判斷回復力、加速度等的情況．3．介質中各質點的振幅,4．已知波的傳播方向，可判斷質點的振動方向．常用方法有：(1)帶動法：原理：先振動的質點帶動鄰近的后振動質點．方法：在質點P靠近波源一方附近的圖象上另找一點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1所示．,圖1,(2)上、下坡法：如圖2所示，沿波的傳播方向看，“上坡”的質點向下振動，如D、E、F；“下坡”的質點向上振動，如A、B、C，簡稱“上坡下振，下坡上振”．,圖2,(3)同側法：質點的振動方向與波的傳播方向在波的圖象的同一側，如圖3所示．5．已知質點的振動方向，可判斷波的傳播方向．仍是上述幾種方法，只需將判定的程序倒過來，“反其道而行之”．,圖3,例3一列沿x軸正方向傳播的簡諧機械橫波，波速為2m/s.某時刻波形如圖4所示，下列說法正確的是(),A．這列波的振幅為4cmB．這列波的周期為3sC．此時x＝1m處的質點的加速度為0D．此時x＝2m處的質點運動方向沿y軸正方向,圖4,答案D,針對訓練1,圖5為一列簡諧橫波在介質中傳播的波形圖．在傳播過程中，某一質點在10s內運動的路程是16m，則此波的波速是()A．1.6m/sB．2.0m/sC．40m/sD．20m/s,圖5,答案C,四、振動圖象與波動圖象的比較,例4根據圖6甲、乙所示，分別判斷下列說法正確的是(),A．甲是振動圖象，乙是波動圖象B．甲是波動圖象，乙是振動圖象C．甲中A質點向下振，乙中B時刻質點向下振D．甲中A質點向上振，乙中B時刻質點向下振,圖6,解析波動圖象的橫坐標為波的傳播方向上各質點的平衡位置，振動圖象的橫坐標為時間，故A錯，B對；甲中A質點被其左側的質點帶動向上振，乙中B時刻后位移由零變?yōu)樨撝?，故向下振，所以C錯，D對．答案BD,借題發(fā)揮振動圖象與波的圖象的區(qū)別：(1)波的圖象和振動圖象是不同的，波的圖象描述的是介質中的“各質點”在“某一時刻”離開平衡位置的位移；而振動圖象描述的是“一個質點”在“各個時刻”離開平衡位置的位移．(2)坐標軸所表示的物理量：波動圖象中的橫軸x表示介質中各個振動質點的平衡位置，縱軸y表示各個振動質點在某時刻的位移；振動圖象的橫軸t表示一個振動質點振動的時間，縱軸y表示這個質點振動時各個不同時刻的位移．,針對訓練2圖7a為一列簡諧橫波在t＝2s時的波形圖，圖b為介質中平衡位置在x＝1.5m處的質點的振動圖象，P是平衡位置為x＝2m的質點．下列說法正確的是(),圖7,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E．當t＝7s時，P恰好回到平衡位置,答案ACE,1．如圖8所示，沿水平方向的介質中的部分質點，相鄰質點間的距離相等，其中O為波源，設波源的振動周期為T，自波源通過平衡位置豎直向下振動開始計時，經過，質點1開始振動，則下列關于各質點的振動和介質中的波的說法正確的是(),波的形成和傳播,,圖8,A．介質中所有的質點的起振方向都豎直向下，圖中質點9起振最晚B．圖中所畫出的質點起振時間都是相同的，起振的位置和起振的方向是不同的C．圖中質點8的振動完全重復質點7的振動，只是質點8起振時，通過平衡位置或最大位移處的時間總是比質點7通過相同位置時落后,D．只要圖中所有的質點都已振動了，質點1與質點9的振動步調就完全一致，但如果質點1發(fā)生的是第100次振動，則質點9發(fā)生的是第98次振動,解析從題圖可知，質點9是圖中距波源最遠的點，盡管與振源起振方向相同，但起振時刻最晚，故選項A正確、選項B錯誤；質點7與質點8相比較，質點7是質點8的前質點，7、8質點間的振動步調相差，故選項C正確；質點9與質點1相距2個波長，質點9比質點1晚2T開始起振，一旦質點9起振后，質點1、9振動步調就完全一致，故選項D正確．答案ACD,波的描述,2．一豎直懸掛的彈簧振子，下端裝有一記錄筆，在豎直面內放置有一記錄紙．當振子上下振動時，以速率v水平向左勻速拉動記錄紙，記錄筆在紙上留下如圖9所示的圖象．y1、y2、x0、2x0為紙上印跡的位置坐標．由此圖求振動的周期和振幅．,圖9,3．如圖10所示是一列簡諧波在t＝0時刻的波形圖，介質中質點P沿y軸方向做簡諧運動的表達式為y＝10sin5πt(cm)．關于這列簡諧波，下列說法中正確的是(),A．周期為5sB．振幅為20cmC．傳播速度為25cm/sD．沿x軸正方向傳播,圖10,因是正弦函數，所以t＝0時刻P點沿y軸正方向運動，根據“上下坡”法可知波沿x軸正方向傳播，故D對．,答案D,波的圖象與振動圖象的比較,4．圖11(a)為一列簡諧橫波在t＝0.1s時刻的波形圖，P是平衡位置在x＝1m處的質點，Q是平衡位置在x＝4.0m處的質點；圖(b)為質點Q的振動圖象．下列說法正確的是________．,圖11,結合題圖(a)，由“同側法”判得波沿x軸負方向傳播，畫出t＝0.25s時的波形圖，標出P、Q點，如圖，此時P點在x軸下方，其加速度沿y軸正方向，B正確．Δt＝0.25s－0.1s＝0.15s，Δx＝vΔt＝6m，C正確．,P點起始位置不在平衡位置或最大位移處，故D錯誤．,答案BCE,