高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第一册第二节 机械波的描述课文内容课件ppt

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1.知道什么是波峰和波谷,理解波长、频率和波速的关系,理解波的图像的意义.(物理观念)2.能够由波的图像判断相关信息,能由相关信息画出波的图像.(科学思维)
一、机械波的图像1.建立坐标系:用横坐标表示介质中各个质点的平衡位置,用纵坐标表示这一时刻各个质点偏离平衡位置的位移.2.连线:连接各位移矢量的末端,就得出一条光滑曲线,这条曲线就是简谐波在这一时刻的图像.3.波峰和波谷:从横波的图像中可以看到,在波的传播方向上达到正向最大位移的质点和达到反向最大位移的质点交替出现.前者所在处叫作波峰,后者所在处叫作波谷.
想一想为什么不同时刻波的图像的形状不同?提示 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,故不同时刻波的图像不同.
二、描述机械波的物理量1.波长:(1)在波动中,对平衡位置的位移总是相同的两个相邻质点之间的距离,叫作波长,通常用 λ 表示.(2)横波的相邻波峰或者波谷的距离等于横波波长;纵波的两个相邻最密部或者相邻最疏部的距离等于纵波波长.2.波的周期:机械波传播一个波长的时间正好等于波源的振动周期,这个周期就是波的周期T.波的周期T与波的频率f的关系是
3.波速:振动状态在介质中的传播速度叫作波速,用v表示.与波长和周期的
4.决定因素:波从一种介质进入另一种介质中传播时,频率(或周期)不变;机械波在介质中的传播速度由介质的性质决定,在不同介质中,波的传播速度也不同.
想一想某时刻,两个相邻的、位移相等的质点间的距离一定等于波长吗?提示 不一定.某时刻两质点位移相等,间距却不一定等于波长.
1.正误判断,判断结果为错误的小题请说明原因.(1)同一波形上各质点的振幅相等.(　　)答案 √(2)波的图像表示各个时刻各个质点的位移.(　　)答案 ×解析 波的图像表示某一时刻各个质点的位移.(3)质点做简谐运动时,在介质中形成的波形为正弦曲线.(　　)答案 √
(4)横波中相邻两个波峰之间的距离,纵波中密部中央和疏部中央之间的距离都是一个波长.(　　)答案 ×解析 波长是相邻的两个振动情况始终完全相同的质点之间的距离,横波是相邻两个波峰(或波谷)之间的距离,纵波是相邻的两个密部中央(或疏部中央)之间的距离.(5)波在同一种均匀介质中匀速传播,波由一种介质进入另一种介质,频率、波速和波长都要改变.(　　)答案 ×解析 波在同一种均匀介质中匀速传播,波由一种介质进入另一种介质,频率不变,但波速和波长都要改变.
2.(多选)如图所示为一列向右传播的简谐横波在某个时刻的波形,由图像可知(　　)A.质点b此时位移为零B.质点b此时向-y方向运动C.质点d的振幅是2 cm
解析 由波形知,质点b在平衡位置,所以其位移此时为零,故A正确;波向右传播,波源在左侧,在质点b的左侧选一参考点b',b'在b上方,质点b此时向+y方向运动,故B错误;简谐波在传播过程中,介质中各质点的振幅相同,所以质点d的振幅是2 cm,故C正确;再过 的时间,质点a将运动到负向最大位移处,路程是4 cm,故D正确.
3.(多选)关于波的周期下列说法中正确的是(　　)A.质点的振动周期就是波的周期B.波的周期是由波源驱动力的周期决定的C.波的周期与形成波的介质的密度有关D.波的周期与形成波的介质的密度无关答案 ABD解析 波的周期是由质点振动的周期决定的,与介质无关,故A、B、D选项正确,C选项错误.
机械波是机械振动在介质里的传播过程,从波源开始,随着波的传播,介质中的大量质点先后开始振动起来.虽然这些质点都在平衡位置附近重复波源的振动,但由于它们振动步调不一致,所以在某一时刻介质中各质点对平衡位置的位移各不相同.
(1)在平面直角坐标系中,要画出波的图像,横、纵坐标应分别表示什么物理量?(2)波的图像表示了怎样的物理意义?要点提示 (1)横坐标表示在波的传播方向上各质点的平衡位置,纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移.(2)波的图像表示介质中各质点在某一时刻偏离平衡位置的位移的空间分布情况.
质点振动方向跟波的传播方向存在着必然的联系,若知道波的传播方向,便知道波源的方位,任给一质点,我们便可判定它跟随哪些质点振动,便知道它的振动方向,反之亦然.常见方法如下:
要点笔记以上四种方法,都是以波的产生或传播作为依据,掌握这四种方法,有助于我们理解波的产生和传播.
例1(多选)如图所示为一列简谐横波在某一时刻的波形图,已知质点A在此时刻的振动方向如图中箭头所示,则以下说法正确的是(　　)A.波向左传播B.波向右传播C.质点B向上振动D.质点C向下振动
答案 AC解析 解决该题有许多方法,现用“上下坡”法判断,若波向右传播,则A质点处于下坡,应向上振动,由此可知波向左传播.同理可判断B向上振动,C向上振动.
规律方法判断振动与波动关系的两点注意(1)在利用带动法由波传播方向确定质点振动方向时,参考点与被判点一定要在同一坡上.(2)在利用微平移法的时候,重在“微”字,Δt一定要短,Δx一定要小.
变式训练1如图所示为一列简谐波在某一时刻的波形.(1)求该波的振幅;(2)已知该波向右传播,求A、B、C、D各质点的振动方向.
答案 (1)5 cm　(2)见解析解析 (1)波的图像上纵坐标的最大值就是波的振幅,所以该波的振幅是5 cm.(2)该波向右传播,在A、B、C、D各质点左侧选邻近的参考点A'、B'、C'、D',利用带动法可以判断出B的振动方向向上,A、C、D的振动方向向下.
机械波传播过程中,波速就是质点的振动速度吗?要点提示 不是.波速与振动速度是两个不同的概念.
1.关于波长的定义:偏离平衡位置的位移总是相同和相邻两质点是波长定义的两个必要条件,缺一不可;在波的图像中,无论从什么位置开始,一个完整的正(余)弦曲线对应的水平距离为一个波长.
(1)相隔距离为一个波长的整数倍的两质点,振动情况完全相同,且离开平衡位置的位移“总是”相等,振动速度大小和方向也“总是”相同,因而波长显示了波的空间周期性.(2)相隔距离为半波长的奇数倍的两质点的振动情况完全相反,即在任何时刻它们的位移大小相等、方向相反,速度也是大小相等、方向相反,特殊点为一个在波峰、一个在波谷或同时从相反方向经过平衡位置.
描述振动的各个物理量
4.波速的实质:波的传播速度即波形的平移速度.
5.波速与振动速度的区别:波速与质点的振动速度不同,波速是振动形式匀速向外传播的速度,始终沿传播方向;振动速度是指质点在平衡位置附近振动的速度,大小和方向都随时间做周期性变化.
6.决定因素:波从一种介质进入另外一种介质,波源没变,波的频率不会发生变化;介质的变化导致了波速和波长的改变.
例2(2021吉林洮南第一中学高二月考)如图所示,左边为竖直弹簧振动系统,振子连接一根水平的很长的软绳,沿绳方向取x轴.振子以10 Hz的频率从平衡位置向上开始运动,从该时刻计时,经t=1 s后,x=5 cm处的绳开始振动,则下列说法正确的是(　　)A.绳上产生的波的波长为5 cmB.绳上各质点都沿x轴方向运动,因此绳波为横波C.弹簧振子振动的快慢决定了绳上产生的波的传播快慢D.t=1 s时,x=5 cm处的绳从平衡位置开始向上振动
规律方法波长的确定方法(1)根据定义确定:①在波动中,振动位移总是相同的两个相邻质点间的距离等于一个波长.②波在一个周期内传播的距离等于一个波长.(2)根据波的图像确定:①在波的图像上,运动状态总是相同的两个相邻质点间的距离为一个波长.②在波的图像上,两个相邻波峰(或波谷)间的距离为一个波长.(3)根据公式确定:①λ=vT.
变式训练2(2021湖北高二期末)一列简谐横波在某时刻的波形图如图所示.已知图中的质点b比质点a晚0.5 s起振,质点b和质点c的平衡位置之间的距离为5 m,则该波的波速为(　　)A.2 m/s　　　　　　B.3 m/sC.4 m/s D.5 m/s
解析 由题,b和c的平衡位置之间的距离是5 m,则波长为λ=5 m,b、a两点振动相差半个周期,质点b比质点a延迟了0.5 s起振,则周期为T=2×0.5 s=1 s,
1.(多选)关于波长的下列说法中正确的是(　　)A.机械振动在一个周期内传播的距离就是一个波长B.在波形图上位移相同的相邻两质点之间的距离等于一个波长C.在波形图上速度最大且相同的相邻两质点间的距离等于一个波长D.波长是波的空间周期性的体现
答案 ACD解析 机械振动在一个周期内向远处传播一个完整的波形,故A项正确;位移相同的相邻两质点之间的距离不一定等于一个波长,位移总是相同的相邻两质点之间的距离才等于一个波长,故B项错误;速度最大且相同的质点,在波形图上是在平衡位置上,如果相邻,那么两点间正好是一个完整波形,所以C项正确;振动情况总是相同的两质点间的距离是波长的整数倍,即波长是波的空间周期性的体现,故D项正确.
2.(2021广西钦州第四中学高二月考)一列声波在第一种均匀介质中的波长为λ1,在第二种均匀介质中的波长为λ2,若λ1=2λ2,则该声波在两种介质中的频率之比和波速之比分别为(　　)A.2∶1　1∶1B.1∶2　1∶4C.1∶1　2∶1D.1∶1　1∶2答案 C解析 波在两种介质中传播时频率不变,即频率之比为1∶1;根据v=λf,可知,波速之比为2∶1.
3.(2021陕西高二期末)某同学漂浮在海面上,虽然水面波正平稳地以1.8 m/s的速率向着海滩传播,但他并不向海滩靠近.该同学发现从第1个波峰到第10个波峰通过身下的时间间隔为15 s.下列说法正确的是(　　)A.该水面波的频率为6 HzB.该水面波的波长为3 mC.水面波没有将该同学推向岸边,是因为波传播时能量不会传递出去D.若水面波的频率增大,则水面波会将该同学推向岸边
4.小明将不同规格的橡皮筋A、B系在一起,连接点为O,请两个同学抓住橡皮筋的两端,并将橡皮筋靠近瓷砖墙面水平拉直.小明用手抓住O点,上下快速抖动.某时刻橡皮筋形状如图所示,下列判断正确的是(　　)A.两种橡皮筋中波的波长相同B.两种橡皮筋中波的频率相同C.两种橡皮筋中波的波速相同D.此时两种橡皮筋中a、b两质点的运动方向相反
答案 B解析 由题图可知,橡皮筋A的波长为橡皮筋B的波长的两倍,选项A错误;两橡皮筋的振动为受迫振动,橡皮筋中波的频率相同,都为小明抖动的频率,选项B正确;由v=λf知,橡皮筋A的波速为橡皮筋B的波速的两倍,选项C错误;由题图可判断,此时两种橡皮筋中a、b两质点的运动方向相同,选项D错误.