高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册2 波的描述评优课课件ppt

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1. 能用描点法作横波的图像，理解波的图像的物理意义。2. 理解波长、频率和波速的意义及其联系。3. 能判断波的传播方向和质点的振动方向。4. 能区分振动图像和波的图像。
观察水波，可以看出波在空间、时间上具有周期性，我们能否用图像的方法来描述一列波呢？如果能，坐标轴表示的是什么物理量？
思考：通过观察，绳波在某时刻的图像是什么形式？
1.把平衡时位于x1, x2, x3，… 的质点的位移y1，y2，y3，…画在Oxy 坐标平面内，得到一系列坐标为（x1，y1），（x2， y2），（x3，y3），… 的点，这些点的集合就是这一时刻波的图像。波的图像有时也称波形图。
2.如果波的图像是正弦曲线，这样的波叫作正弦波，也叫简谐波。可以证明，介质中有正弦波传播时，介质的质点在做简谐运动。
3.波的图象的物理意义波的图象表示介质中各个质点在某一时刻(同一时刻)偏离平衡位置的位移的空间分布情况。在不同时刻质点振动的位移不同，波形也随之改变，不同时刻的波形曲线是不同的。
4.由波的图像上提取的信息（1）直接读出各质点的振幅A
（2）判断各质点的位移、回复力（加速度）、振动速度各量的方向及一小段时间内各量的大小变化情况．
（3）质点振动方向与波的传播方向的互判
5.判断质点振动方向或波传播方向的方法
方法1：带动法：先振动的质点带动邻近的后振动质点，在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点P′，若P′在P点上方，则P向上振动，若P′在下方，则P向下振动．
方法2：上下坡法：沿波的传播方向看去，“上坡”处的质点向下振动；“下坡”处的质点向上振动，简称“上坡下、下坡上”。如图
方法3：同侧法:在波的图像上的某一点，沿竖直方向画出一个箭头表示质点振动方向，并设想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。如图丙
例 如图所示是一列向右传播的简谐横波在某一时刻的波动图像．绳上有A、B、C、D、E、F、G、H、I九个质点，下列说法错误的是(　　)A．A、C、E、F、H具有相同的位移B．A、C位移相同，H、F位移方向相反C．B、I振幅相同D．A、B振幅相同
解析：在波动图像中纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移，故A说法错误，B说法正确；在简谐波中各质点都做简谐运动，振幅都等于波源的振幅，故C、D说法正确．
探究：在一不可伸长的细绳上等距离地固定几个质量很小的小球,某时刻小球及绳位置如图所示,然后加入一直角坐标系。
讨论:(1)1、5小球的距离和2、6小球的距离有何关系?(2)1与5小球振动情况、2与6小球振动情况有何关系?
提示:(1)相等　(2)1与5小球振动情况相同、2与6小球振动情况相同。
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，叫作波长。（1）注意：“位移总是相等” 且“相邻”两质点的准确含义（2）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为纵波的波长。
注意：同一波源产生的机械波，随着传播介质的不同，波长会发生改变。
2.波速：（1）定义：机械波在介质中的传播速度。
观察右图，你会发现什么规律？
（2）波速的理解:波速由介质决定，波在同一均匀介质中匀速传播，波速不变；区分质点的振动速度和波的传播速度
3.周期：在波动中，各个质点都是在波源的带动下做受迫振动，振动周期或频率都等于波源的振动周期或频率，这个周期或频率也叫作波的周期或频率。质点的振动周期由波源决定。
4.波速和波长、频率的决定因素及关系
解：可以画出PQ之间的最简单的波形，如所示。由于PQ间可能含有多个完整的波形，则 （n=0，1，2，…）整理可以得到λ= （n=0，1，2，…）当n=0时，λ=0.30 m当n=1时，λ=0.10 m，故选项B正确。
题 如图 所示，一列简谐横波向右传播，P、Q两质点平衡位置相距0.15 m。当P运动到上方最大位移处时，Q刚好运动到下方最大位移处，则这列波的波长可能是（　　） m m m m
拓展：振动图象与波动图象的比较
思考1.两种图象横轴坐标的意义不同2.两种图象描述的对象不同3.两个图象最本质的区别4.两个图象中如何找质点的振动方向？
反映一个质点在各个时刻的位移
反映某一时刻各个质点的位移
1.波的传播方向的双向性(1)波的传播方向不确定。(2)质点振动方向不确定。
2.由于波的周期性造成多解 (1)时间的周期性:时间间隔Δt与周期T的关系不明确。 (2)空间的周期性:波的传播距离Δx与波长λ的关系不明确
例 图中的实线是一列正弦波在某一时刻的波形图。经过0.5 s 后，其波形如图中虚线所示。设该波的周期 T 大于 0.5 s。 （1）如果波是向左传播的，波的速度是多大？波的周期是多大？（2）如果波是向右传播的，波的速度是多大？波的周期是多大？
分析 这列波的周期大于 0.5 s，所以经过 0.5 s 的时间，这列波传播的距离不可能大于一个波长 λ。当波向左传播时，图中的波峰 1 只能到达波峰 2，而不可能向左到达更远的波峰。当波向右传播时，图中的波峰 1 只能到达波峰 3，而不可能向右到达更远的波峰。
解：（1）如果波是向左传播，则 ，由 得v ＝ 0.12 m/s
（2）如果波是向左传播，则 ， 由 得v ＝ 0.36 m/s
1、 波形图与振动图的区别：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。2、波的传播方向与质点振动方向的关系：带动法、上下坡发、同侧法、微平移法。3、波长、频率、周期、波速之间的关系：
1.［多选］关于机械波的频率、波速、波长，下列说法正确的是（　　）A.两个相邻的均处于平衡位置的质点间的距离为一个波长B.波的频率等于波源的振动频率C.波速等于波源的振动速度D.波由一种介质进入另一种介质，波速和波长都要改变
解析：A错：由波长的定义可知，两个相邻的均处于平衡位置的质点间的距离为半个波长。B对：由波的频率定义可判断。C错：波速是波的传播速度，与波源的振动速度不同。D对：波在同一种均匀介质中匀速传播，进入不同介质时，频率不变，但波速改变，由v=λf可知 波长改变。
2.［多选］如图 所示，波源在O点沿y轴振动所形成的一列简谐横波向x轴正方向传播，波速为10 m/s。此时x=18 m处的质点刚好起振，且质点P和Q的位移分别为1 cm和-1 cm。则（ 　 　） A.波源的起振方向为y轴正方向B.P和Q两质点的速度相同C.P质点再经过0.5 s回到平衡位置D.再经过10 s，x=115 m处的质点恰好在波谷处
解：方法一（平移法）由题意知，波速v= =4 m/s，波长λ=8 m，则周期T= = =2 s，17 s内的周期数n= = ，根据波的时间与空间的周期性，将波向x轴正方向平移 即可，如图甲中虚线所示。 甲　　　　　　 　　 乙方法二（特殊点法）如图乙所示，在图中原波形上取两个特殊质点a、b，因为Δt= ，取 ，找出a、b两质点再振动 后的位置a′、b′，过a′、b′画一条正弦曲线即可。
3.如图所示是一列简谐横波在某时刻的波形图，若每隔0.2 s，波沿x轴正方向推进0.8 m，试画出此后17 s时的波形图。
4.如图所示，实线是某时刻的波形图，虚线是0.2 s后的波形图。（1）若波向左传播，求它的可能周期和最大周期。（2）若波向右传播，求它的可能传播速度。（3）若波速是45 m/s，求波的传播方向。
【解】（1）若波向左传播，传播的时间为Δt= T+nT（n=0，1，2，…），所以T= = s= s（n=0，1，2，3，…），最大周期为Tm= s≈0.27 s。（2）若波向右传播，传播的时间为Δt= +nT（n=0，1，2，…），T= = = s（n=0，1，2，…），而λ=4 m，所以v= =5（4n+1）m/s（n=0，1，2，…）。（3）若波速是45 m/s，设波向右传播，由v= =5（4n+1）得45=5（4n+1），解得n=2。故假设成立，波向右传播。或Δx=vΔt=45×0.2 m=9 m，因为λ=4 m，所以Δx=2λ+ λ。由图像可知波向右传播。