高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册2 波的描述教课内容ppt课件

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册2 波的描述教课内容ppt课件，共54页。PPT课件主要包含了波的描述，知识点一波的图像，正弦曲线，正弦波，简谐运动，答案AC，答案40ms，答案D，答案ACD，答案C等内容，欢迎下载使用。

1.根据下图中绳子上的横波,从总体上用图像描绘出波在该时刻的运动情况.
2.在平面直角坐标系中,你画出的波的图像的横、纵坐标分别表示什么物理量?
答案:横坐标x表示在波的传播方向上绳中各质点的平衡位置,纵坐标y表示各质点偏离平衡位置的位移.
3.你画出的波的图像是质点的运动轨迹吗?
答案:波的图像不是质点的运动轨迹.
4.简谐波:如果波的图像是 ,那么这样的波叫作 ,也叫简谐波.介质中有正弦波传播时,介质中的质点在做 .
5.阅读教材第62~63页,尝试总结简谐波的波形图与质点的振动图像有哪些相同点与不同点.
答案:简谐波的波形图与质点的振动图像都是正弦曲线,但它们的意义是不同的.波形图表示介质中的“各个质点”在“某一时刻”的位移,振动图像则表示介质中“某一质点”在“各个时刻”的位移.
知识点二　波长、频率和波速
1.阅读教材第63页,了解什么是波长.思考横波和纵波的波长有何区别.
答案:在波的传播方向上,振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离,叫作波长,通常用λ表示.在横波中,两个相邻波峰或两个相邻波谷之间的距离等于波长.在纵波中,两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离等于波长.
2.根据波的形成条件,波的周期或频率是由 决定的.
3.波的传播速度和质点的振动速度有何区别?波速、波长、频率和周期满足什么关系?
知识点三　振动图像和波的图像的比较
1.怎样区分振动图像和波动图像?
答案:振动图像的横坐标表示时间,波动图像的横坐标表示在波的传播方向上各质点的平衡位置.
2.尝试用形象的语句描述振动图像和波的图像的区别.
答案:例如:振动图像像单人舞的录像,而波的图像像抓拍的集体舞照片.(答案不唯一)
1.波的图像描述了某一时刻各质点离开平衡位置的位移情况.( )2.只有横波才能画出波的图像.( )3.简谐波中各质点做的是简谐运动.( )4.一列声波从空气传入水中,声波频率变小.( )5.简谐波在给定的介质中传播时,振幅越大,波速越大.( )6.一渔船停泊在岸边,若海浪的两相邻波峰之间的距离是12 m,海浪的传播速度是6 m/s,则渔船摇晃的周期是2 s.( )
探究一　对波的图像的理解
1.观察绳上的横波(图甲)和横波的图像(图乙).
(1)横波的波形图与波的形状有何区别?
答案:波的图像又叫波形图.从图中可以看出横波的图像与波的形状相似,但二者实质上是不同的.波的图像是一种数学函数图像,它的长短、高低取决于坐标标度的选择;而波的形状不会因为坐标标度的选取不同而改变.所以,波形图并不反映实际的波的形状.
(2)波的图像表示了怎样的物理意义?
答案:波的图像描述的是在波的传播方向上的介质中的各质点在某一时刻偏离平衡位置的位移.
2.观察不同时刻的波的图像,为什么不同时刻波的图像的形状不同?根据图像能否判断出图甲、乙中质点A的速度方向?
答案:在波的传播过程中,各质点都在各自的平衡位置附近振动,不同时刻质点的位移不同,不同时刻波的图像不同.波的传播方向未知,无法根据图像确定图甲中质点A的速度方向;图乙中,质点A的速度为0.
1.波的图像的建立(1)建立坐标系:以横坐标x表示在波的传播方向上各质点的平衡位置,纵坐标y表示该时刻各质点偏离平衡位置的位移.(2)选取正方向:规定位移的方向向上为正值,向下为负值.(3)描点:把该时刻各质点的位置描点画在坐标系里.(4)连线:用平滑曲线将各点连接起来就得到了这一时刻波的图像.2.横波的图像的物理意义:波的图像直观地表明了离波源不同距离的各振动质点在某一时刻的位置.
3.波的图像的特点(1)波的图像是某一时刻介质中各个质点运动情况的“定格”.可以将波的图像比喻为某一时刻对所有质点拍摄下的“集体照”.(2)横波的图像形状与波在传播过程中介质中各质点某时刻的分布相似,波形中的波峰对应图像中的位移正向的最大值,波谷对应图像中的位移负向的最大值,波形中通过平衡位置的质点在图像中也恰处于平衡位置.(3)波的图像的周期性:在波的传播过程中,各质点都在各自的平衡位置附近振动,不同时刻质点的位移不同,则不同时刻波的图像不同.质点的位移做周期性变化,波的图像也做周期性变化.经过一个周期,波的图像重复一次.
【典例1】(多选)一列简谐横波沿x轴传播,某时刻的波形如图所示,已知此时质点F向y轴负方向运动,则( )
A.质点B此时位移为0B.质点B的振幅为0C.质点D的振幅是2 cmD.质点B此时向y轴负方向运动
解析:由波形图知,质点B在平衡位置,所以其位移此时为0,选项A正确.简谐波传播过程中,各质点振幅相同,所以质点B、D的振幅都是2 cm,选项B错误,选项C正确.因为波向右传播,波源在左侧,所以质点B此时向y轴正方向运动,选项D错误.
【变式】上图中质点B、D振动情况相同吗?质点A、E呢?
答案:质点B、D的振动情况不同.质点A、E的振动情况相同.
“上下坡法”判断波的传播方向和质点的振动方向(1)原理:波向前传播,波形也向前平移.(2)方法:沿波的传播方向看,“上坡”的点向下运动,“下坡”的点向上运动,简称“上坡下,下坡上”,如图所示.
探究二　波长、频率和波速
1.下图是一列简谐波在某一时刻的波形图.质点B、F是处在相邻的两个波峰的点,它们的振动步调完全相同,在振动过程中位移总是相等的.还有哪些点之间也有这样的特点?
答案:A和E、E和I、C和G、D和H,每对质点的振动步调完全相同,在振动过程中位移总是相等的.共同点是它们的平衡位置之间的距离都为一倍波长.而A和I的振动步调也完全相同,在振动过程中位移总是相等的,但是这两个质点的平衡位置之间的距离为两倍波长.所以,平衡位置之间的距离等于波长的整数倍的质点的振动相位总是相同的.
2.正弦波中各质点做简谐运动,简谐运动是一种变加速运动,是否说明波的传播也是变加速运动?
答案:虽然波中各质点做变加速运动,但是在均匀介质中波是匀速传播的.
3.一沿x轴正方向传播的简谐横波的波速为4 m/s,某时刻波形如图所示.(1)你能从波形图中知道哪些信息?
(2)此时x=4 m处的质点的速度方向如何?加速度如何?
答案:由波动与振动的关系知,此时x=4 m处的质点沿y轴正方向运动,且此质点正处在平衡位置,加速度 a=0.
1.波的特征(1)波长:在波的传播方向上,振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离,通常用λ表示.如图所示.
(2)周期:质点完成一次全振动经历的时间,用T表示.(3)频率:介质中的质点完成全振动的次数与所用时间之比,用f表示.波在介质中传播时,各质点的振动周期和频率相同,都等于波源的振动周期和频率,即各质点的振动周期和频率由波源决定.
【典例2】下图为一列简谐横波在介质中传播的波形图.在传播过程中,某一质点在10 s内运动的路程是16 m,则此波的波速为多少?
【变式】下图是一列简谐波在t=0时刻的波形图,介质中质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式为y=10sin 5πt(cm).关于这列简谐波,下列说法正确的是( )
A.该波的周期为5 sB.该波的振幅为20 cmC.波速为25 cm/sD.波沿x轴正方向传播
由波的图像获得的三个关键点(1)直接读出波长,若已知波速,可计算出周期、频率,或已知周期、频率,可计算出波速.(2)直接读出该时刻各质点的位移,间接判断速度、加速度等的情况.(3)直接读出介质中各质点的振幅.
探究三　振动图像和波的图像的比较
1.振动图像和波动图像的物理意义有什么不同?
答案:振动图像表示一个质点在不同时刻的位移情况,波动图像表示某一时刻各个质点的位移.
答案:波的图像描述的是介质中的“各质点”在“某一时刻”离开平衡位置的位移;而振动图像描述的是“某个质点”在“各个时刻”离开平衡位置的位移.波的图像中的横轴x表示介质中各个质点的平衡位置,纵轴y表示各个质点在某时刻的位移;振动图像的横轴t表示某个质点振动的时间,纵轴y表示这个质点在不同时刻的位移.
振动图像与波的图像的比较
【典例3】(多选)图甲为一列简谐横波在t=2 s时的波形图,图乙为介质中平衡位置在x=1.5 m处的质点的振动图像,P是平衡位置为x=2 m的质点.下列说法正确的是( )
A.波速为0.5 m/sB.波的传播方向向右C.0~2 s时间内,P运动的路程为8 cmD.当t=7 s时,P恰好回到平衡位置
1.关于波的图像的物理意义,下列说法正确的是( )A.表示某一时刻某一质点相对平衡位置的位移B.表示各个时刻某一质点相对平衡位置的位移C.表示某一时刻各个质点相对平衡位置的位移D.表示各个时刻各个质点相对平衡位置的位移
解析:由波的图像的物理意义知选项C正确.
2.(多选)一列简谐横波沿绳子向右传播,某时刻绳子形成如图所示的形状.对于此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点,下列说法正确的是( )
A.它们的振幅相同B.质点D和F的速度方向相同C.质点A和C的速度方向相同D.从此时算起,质点B比C先回到平衡位置
解析:简谐波在介质中传播时,各质点都做简谐运动,振幅都相同,选项A正确;由波的传播方向可知此时A、E、F向下运动,B、C、D向上运动,选项B、C错误;B比C先运动,B比C先回到平衡位置,选项D正确.
3.一列沿x轴正方向传播的简谐横波,波速为2 m/s.某时刻波形如图所示,下列说法正确的是( )
A.这列波的振幅为4 cmB.这列波的周期为3 sC.此时x=1 m处的质点的加速度为0D.此时x=2 m处的质点运动方向沿y轴正方向
4.(多选)根据下图判断下列说法正确的是( )
A.甲是振动图像,乙是波动图像B.甲是波动图像,乙是振动图像C.甲中此时质点A向下运动,乙中B时刻质点向下运动D.甲中此时质点A向上运动,乙中B时刻质点向下运动
解析:波动图像的横坐标表示波的传播方向上各质点的平衡位置,振动图像的横坐标表示时间,选项A错误,选项B正确;甲图中质点A被其左侧的质点带动向上运动,乙图中B时刻后质点位移由0变为负值,说明质点向下运动,所以选项C错误,选项D正确.
5.图甲为某一列波在t=1.0 s时刻的图像,图乙为参与波动的某一质点的振动图像.(1)两图中AA'、OC各表示什么物理量?量值各是多少?(2)说明两图中OA'B段图线的意义.
答案:(1)图甲中,AA'表示振幅和在t=1.0 s时x=1 m处的质点相对平衡位置的位移,振幅为0.2 m,位移大小为0.2 m,方向与正方向相反;OC表示波长,为4 m.图乙中,AA'为某一质点振动的振幅,也是该质点在t=0.25 s 时相对平衡位置的位移,振幅是0.2 m,位移大小是0.2 m,方向与正方向相反;OC表示该质点的振动周期,为1.0 s.(2)由波形图意义知,图甲中OA'B段图线表示O和B之间各质点在t=1.0 s时相对平衡位置的位移.图乙中,由振动图像的意义知,OA'B段图线表示某一质点在t=0至 t=0.5 s内位移随时间的变化情况,在0~0.25 s 内该质点正偏离平衡位置沿负方向运动,在 0.25 s 时到达负方向最大位移处,在0.25~0.5 s内该质点正向着平衡位置沿正方向运动.
质点振动方向和波的传播方向的互判方法已知质点的振动方向来判断波的传播方向或已知波的传播方向来判断质点的振动方向,依据是横波的形成与传播的特点,常用方法有下列几种.1.微平移法(如图所示)
原理:波向右传播,波形向右平移.方法:作出经微小时间Δt后的波形,就知道了各质点经过Δt时间到达的位置,质点的振动方向也就知道了.
2.同侧法在波的图像上选一点,如P点,沿竖直方向画出一个箭头表示质点运动方向,并在同一点沿水平方向画一个箭头表示波的传播方向,那么这两个箭头总是在曲线的同侧,如图所示.若波向右传播,则P向下运动.
3.带动法原理:先振动的质点带动邻近的后振动的质点.方法:在质点P与波源之间的图像上靠近P点另找一点P',若P'在P上方,则P向上运动,若P'在P下方,则P向下运动.如图所示.
【典例】简谐横波某时刻的波形图如图所示.(1)若质点a向下运动,则波向什么方向传播?(2)若质点b向上运动,则波向什么方向传播?(3)若波从右向左传播,则质点c向什么方向运动?
解析:(1)先在质点a上标出向下的振动方向,如图所示,根据“同侧法”可知,波的传播方向一定向左.(2)先在质点b上标出向上的振动方向,如图所示,再根据“同侧法”可知波的传播方向一定向右.(3)先在质点c上标出波的传播方向(向左),如图所示,根据“同侧法”可知质点c振动方向一定向上.
答案:(1)向左　(2)向右　(3)向上
【变式】下图为一列简谐横波在某一时刻的波形图,已知质点A在此时的振动方向如图中箭头所示,则波向　　　　(选填“左”或“右”)传播,质点B向　　　　(选填“上”或“下”)振动,质点C向　　　　(选填“上”或“下”)振动.