高中物理 2.2 機械波的圖象描述課件 粵教版選修3-4.ppt

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目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,一、波的圖象 1.波的圖象的作法 (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)點的平衡位置,縱坐標(biāo)y表示某一時刻各質(zhì)點偏離平衡位置的位移。 (2)選取正方向:選取質(zhì)點振動的某一個方向為y軸正方向,x軸一般向右為正。 (3)描點:把某一時刻所有質(zhì)點的位移畫在坐標(biāo)系里。 (4)連線:用一條平滑的曲線把坐標(biāo)系中的各點連接起來,就是這一時刻的波的圖象。,,,,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,2.波的圖象的特點 (1)波源做簡諧運動時,介質(zhì)的各個質(zhì)點隨之做簡諧運動,所形成的波就是簡諧波。 (2)簡諧波中表示各個質(zhì)點同一時刻的位移的圖象是一條正弦或余弦曲線。 (3)簡諧波是一種最基本、最簡單的波,其他的波可以看作是由若干簡諧波合成的。 3.波的圖象與振動圖象的比較 (1)波的圖象表示介質(zhì)中的“各個質(zhì)點”在“某一時刻”的位移。 (2)振動圖象表示介質(zhì)中“某個質(zhì)點”在“各個時刻”的位移。,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,二、波長(λ) 1.定義:在波動中,對平衡位置的位移總是相同的兩個相鄰質(zhì)點間的距離。 2.特征:在橫波中,兩個相鄰波峰或兩個相鄰波谷之間的距離等于波長。在縱波中,兩個相鄰密部或兩個相鄰疏部之間的距離等于波長。,,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,三、波的波速、周期和頻率 1.波速:波動中振動(以波峰或波谷作為標(biāo)志)在介質(zhì)中的傳播速度。 2.波的周期等于波上各質(zhì)點的振動周期。 3.在波動中,各個質(zhì)點的振動周期(或頻率)是相同的,它們都等于波源的振動周期(或頻率)。 5.在一個周期的時間內(nèi),振動在介質(zhì)中傳播的距離等于一個波長。 6.公式:v=λf。它還等于波長除以周期的商,公式為 ,這兩個公式雖然是從機械波得到的,但也適用于我們以后將會學(xué)到的電磁波。 7.波速的決定因素:同種機械波在介質(zhì)中的傳播速度由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定,在不同的介質(zhì)中,波速一般不同,另外,波速還與溫度有關(guān)。,,,,,,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,甲、乙兩同學(xué)關(guān)于波的認(rèn)識提出以下兩個觀點。甲說:在一個周期內(nèi),介質(zhì)中的質(zhì)點通過的路程為一個波長。乙說:由公式v=λf知波的頻率越高,波速越大。他們的觀點正確嗎? 提示 他們的觀點均不正確。波在傳播時,介質(zhì)中的質(zhì)點都在平衡位置附近振動。不隨波的傳播而遷移,一個周期內(nèi)質(zhì)點通過的路程為四倍振幅,而不等于一個波長。機械波的傳播速度只與介質(zhì)本身和溫度有關(guān),與波的頻率(周期)無關(guān)。,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,四,五,一、波的圖象 1.波的圖象是某一時刻介質(zhì)中各個質(zhì)點運動情況的“定格”,可借用“定格”這一比喻加深理解?？梢詫⒉ǖ膱D象比喻為某一時刻對所有質(zhì)點拍攝下的“集體照”。 2.簡諧波的圖象是正(余)弦曲線,是最簡單的一種波,各個質(zhì)點振動的最大位移都相等。 3.波的圖象的周期性:在波的傳播過程中,各質(zhì)點都在各自的平衡位置附近振動,不同時刻質(zhì)點的位移不同,則不同時刻波的圖象不同。質(zhì)點的振動位移做周期性變化,則波的圖象也做周期性變化。經(jīng)過一個周期,波的圖象復(fù)原一次。 4.波的傳播方向的雙向性:如果只知道波沿x軸傳播,則有可能沿x軸正向傳播,也有可能沿x軸負(fù)向傳播,具有雙向性。,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,四,五,波中各質(zhì)點做簡諧運動,是一種變加速運動,是否說明波的傳播也是變加速運動? 答案:可根據(jù)圖象的橫坐標(biāo)的意義進(jìn)行區(qū)別,若橫坐標(biāo)為時間t,表示振動圖象,若橫坐標(biāo)為位置x,表示波的圖象。,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,四,五,【例1】 (多選)如圖所示為一列向右傳播的簡諧橫波在某個時刻的波形圖象,由圖象可知( ) (導(dǎo)學(xué)號51150024) A.質(zhì)點b此時的位移為零 B.質(zhì)點b此時向y軸負(fù)方向運動 C.質(zhì)點d的振幅是2 cm D.質(zhì)點a再經(jīng)過 通過的路程是4 cm, 偏離平衡位置的位移是4 cm 思路分析解答本題要理解以下三點: (1)理解波的圖象的物理意義: (2)掌握已知某一時刻波的圖象,確定質(zhì)點運動方向的方法; (3)理解波的傳播可看成波形的傳播,不能誤認(rèn)為是質(zhì)點的平移。,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,四,五,解析:由圖象可知質(zhì)點b此時位于平衡位置,故其位移為零,選項A正確;根據(jù)帶動法,在質(zhì)點b靠近波源一側(cè)的附近,選參考質(zhì)點b,由于質(zhì)點b在質(zhì)點b上方,所以此刻質(zhì)點b向y軸正方向運動,選項B錯誤;簡諧波在介質(zhì)中傳播時,介質(zhì)中各質(zhì)點的振幅都相同,選項C正確;再經(jīng)過 ,質(zhì)點a運動到負(fù)的最大位移處,其路程為2A,即4 cm,位移為-2 cm,選項D錯誤。 答案:AC,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,四,五,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,四,五,細(xì)繩的一端在外力作用下從t=0時刻開始做簡諧運動,激發(fā)出一列簡諧橫波,在細(xì)繩上選取15個點,圖甲為 t=0時刻各點所處的位置,圖乙為 時刻的波形圖。 (導(dǎo)學(xué)號51150025) 答案:見解析,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,四,五,解析:機械波在傳播的過程中,介質(zhì)中的質(zhì)點都在各自的平衡位置附近振動,時間上依次滯后。從波形圖上看出,在 時刻第4個質(zhì)點才開始振動,則在 時刻第10個質(zhì)點剛開始振動,此時第4個質(zhì)點已振動了 的時間回到了自己的平衡位置,第1個質(zhì)點到達(dá)下方最大位移處,新的波形圖如圖所示。,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,四,五,二、波的圖象與振動圖象的比較 波的圖象和振動圖象的區(qū)別首先是橫軸表示的物理量不同,波的圖象橫軸表示各介質(zhì)質(zhì)點的平衡位置,而振動圖象橫軸表示時間。另外,圖象的意義、隱含信息等方面也不相同,具體比較如下:,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,四,五,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,四,五,【例2】 (1)一列簡諧橫波沿x軸負(fù)方向傳播,圖(a)是t=1 s時的波形圖,圖(b)是波中某質(zhì)點振動位移隨時間變化的振動圖線(兩圖用同一時間起點),則圖(b)可能是圖(a)中哪個質(zhì)點的振動圖線( ) (導(dǎo)學(xué)號51150026) A.x=0處的質(zhì)點 B.x=1 m處的質(zhì)點 C.x=2 m處的質(zhì)點 D.x=3 m處的質(zhì)點,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,四,五,(2)若波沿x軸正方向傳播,則圖(b)可能是圖(a)中哪個質(zhì)點的振動圖線( ) A.x=0處的質(zhì)點 B.x=1 m處的質(zhì)點 C.x=2 m處的質(zhì)點 D.x=3 m處的質(zhì)點 解析:(1)當(dāng)t=1 s時,由圖(b)振動圖線可知,質(zhì)點在t=1 s時在平衡位置,正要沿y軸負(fù)方向運動,由圖(a)波動圖線向x軸負(fù)方向傳播判斷x=0處和x=4 m處的質(zhì)點在平衡位置,正沿y軸負(fù)方向運動。 (2)由圖(a)波動圖線向x軸正方向傳播可判斷x=2 m處的質(zhì)點在平衡位置,正沿y軸負(fù)方向運動,故選C。 答案:(1)A (2)C,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,四,五,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,四,五,一列簡諧波在t=0時刻的波形圖如圖(a)所示,圖(b)表示該波傳播的介質(zhì)中某質(zhì)點此后一段時間內(nèi)的振動圖象,則( ) (導(dǎo)學(xué)號51150027) A.若波沿x軸正方向傳播,(b)圖應(yīng)為a點的振動圖象 B.若波沿x軸正方向傳播,(b)圖應(yīng)為b點的振動圖象 C.若波沿x軸正方向傳播,(b)圖應(yīng)為c點的振動圖象 D.若波沿x軸正方向傳播,(b)圖應(yīng)為d點的振動圖象 答案:B,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,四,五,解析:在圖(b)的振動圖象中,t=0時刻質(zhì)點在平衡位置并向y軸的正方向運動,而圖(a)的波形圖卻表明,在t=0時刻,質(zhì)點b、d在平衡位置,而a、c不在平衡位置,故A、C選項不可能正確。若波沿x軸正方向傳播,質(zhì)點b應(yīng)向上運動(逆著波的傳播方向在質(zhì)點b附近找一相鄰點,此點正好在質(zhì)點b的上方,質(zhì)點b就應(yīng)跟隨該點向上運動),B選項正確。若波沿x軸正方向傳播,同理可以確定質(zhì)點d應(yīng)向下運動,D選項錯。故正確選項為B。,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,四,五,三、質(zhì)點振動方向與波傳播方向的判斷方法 由波傳播方向判定,質(zhì)點振動方向可以根據(jù)實際情況靈活選擇不同的方法: (1)上下坡法 沿波的傳播方向看,“上坡”的點向下運動,“下坡”的點向上運動,簡稱“上坡下,下坡上”。如圖a。 圖a,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,四,五,(2)帶動法 原理:先振動的質(zhì)點帶動鄰近的后振動質(zhì)點。 方法:在質(zhì)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b。 圖b,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,四,五,(3)微平移法 原理:波向前傳播,波形也向前平移。 方法:作出經(jīng)微小時間Δt后的波形,就知道了各質(zhì)點經(jīng)過Δt時間到達(dá)的位置,此刻質(zhì)點振動方向也就知道了。如圖c。 圖c 圖d (4)同側(cè)法:質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在波的圖象的同一側(cè)。如圖d所示。若波向右傳播,則P向下運動。,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,四,五,【例3】 如圖所示是某波源振動一個周期形成的波動圖象,下列說法正確的是( )(導(dǎo)學(xué)號51150028) A.若P是波源,開始時向上振動 B.若P是波源,Q點將向上振動 D.若Q是波源,P將向上振動,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,四,五,答案:D,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,四,五,(多選)一簡諧橫波在x軸上傳播,在某時刻的波形如圖所示,已知此時質(zhì)點F的運動方向向下,則( ) A.此波朝x軸負(fù)方向傳播 B.質(zhì)點D此時向下運動 C.質(zhì)點B將比質(zhì)點C先回到平衡位置 D.質(zhì)點E的振幅為零 答案:AB 解析:根據(jù)上下坡法可判斷,F向下運動時,波從右向左傳播,F與D在同一側(cè),即D也向下運動,故A、B對。又D向下運動帶動C向下運動,D與B不在同一側(cè),即B向上運動,C將比B先回到平衡位置,故C錯。振幅指質(zhì)點偏離平衡位置的最大距離,所以E點的振幅不為零,故D錯。故正確選項為A、B。,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,四,五,四、波長 1.關(guān)于波長的定義 “振動相位總是相同”和“相鄰兩質(zhì)點”是波長定義的兩個必要條件,缺一不可;在波的圖象中,無論從什么位置開始,一個完整的正(余)弦曲線對應(yīng)的水平距離為一個波長。 2.關(guān)于波長與周期,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,四,五,3.波的空間周期性 (1)相隔距離為一個波長的整數(shù)倍的兩質(zhì)點,振動情況完全相同,即離開平衡位置的位移“總是”相等,振動速度大小和方向也“總是”相同,因而波長顯示了波的空間周期性。 (2)相隔距離為半波長的奇數(shù)倍的兩質(zhì)點的振動情況完全相反,即在任何時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,會同時一個在波峰、一個在波谷或同時從相反方向經(jīng)過平衡位置。,一,二,三,四,五,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,【例4】 (多選)如圖所示是一列簡諧波在某一時刻的波形圖象,下列說法中正確的是( ) (導(dǎo)學(xué)號51150029) A.質(zhì)點A、C、E、G、I在振動過程中位移總是相同 B.質(zhì)點B、F在振動過程中位移總是相同 C.質(zhì)點D、H的平衡位置間的距離等于一個波長 D.質(zhì)點A、I在振動過程中位移總是相同,它們的平衡位置間的距離等于一個波長 思路分析判斷波長可以從三個方面進(jìn)行:(1)從波的傳播上;(2)從各質(zhì)點的相互聯(lián)系上;(3)從波形圖上。,一,二,三,四,五,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,解析:從題圖中可以看出質(zhì)點A、C、E、G、I在該時刻的位移都是零,由于波的傳播方向是向右的,容易判斷出質(zhì)點A、E、I的速度方向是向下的,而質(zhì)點C、G的速度方向是向上的,因而這五個點的位移不總是相同,選項A錯誤;質(zhì)點B、F是處在相鄰的兩個波峰的點,它們的振動步調(diào)完全相同,在振動過程中位移總是相同,選項B正確;質(zhì)點D、H是處在相鄰的兩個波谷的點,它們的平衡位置之間的距離等于一個波長,選項C正確;雖然質(zhì)點A、I在振動過程中位移總是相同,振動步調(diào)也完全相同,但由于它們不是相鄰的振動步調(diào)完全相同的兩個點,它們的平衡位置之間的距離不等于一個波長(應(yīng)等于兩個波長),選項D錯誤。 答案:BC,一,二,三,四,五,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,三,四,五,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,(多選)關(guān)于波長的下列說法中正確的是( ) A.機械振動在一個周期內(nèi)傳播的距離就是一個波長 B.在波形圖上位移相同的相鄰兩質(zhì)點之間的距離等于一個波長 C.在波形圖上速度最大且相同的相鄰兩質(zhì)點間的距離等于一個波長 D.在波形圖上振動情況總是相同的兩點間的距離等于一個波長 答案:AC 解析:機械振動的質(zhì)點在一個周期內(nèi)向遠(yuǎn)處傳播一個完整的波形,故A選項正確;由波形圖可知,在一個完整波形上,位移相同的相鄰質(zhì)點之間的距離不一定等于一個波長,故B選項錯誤;速度最大且相同的質(zhì)點,在波形圖上是在平衡位置上,如果相鄰,那么正好是一個完整波形的兩個端點,所以C選項正確;振動情況總是相同的兩點間的距離是波長λ的整數(shù)倍,故D選項錯誤。,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,四,五,五、波速 1.波速的實質(zhì):波的傳播速度即波形的平移速度。 2.波從一種介質(zhì)進(jìn)入另外一種介質(zhì),波源沒變,波的頻率不會發(fā)生變化;介質(zhì)的變化導(dǎo)致了波速和波長的改變。 3.波速和波長、頻率的決定因素及關(guān)系:,一,二,三,四,五,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,【例5】 如圖所示,圖甲為某一波在t=1.0 s時的圖象,圖乙為參與該波的質(zhì)點P的振動圖象。 (導(dǎo)學(xué)號51150030) (1)判斷波的傳播方向; (2)求該波的波速。,一,二,三,四,五,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,解析:(1)由乙圖知t=1.0 s時,P質(zhì)點向負(fù)y軸方向運動,結(jié)合甲圖利用上下坡法可以確定該波向左傳播。 (2)由甲圖可知λ=4 m,由乙圖可知T=1.0 s 答案:(1)向左傳播 (2)4.0 m/s,一,二,三,四,五,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,地震時,震源會同時產(chǎn)生兩種波,一種是傳播速度約為3.5 km/s的S波,另一種是傳播速度約為7.0 km/s的P波。一次地震發(fā)生時,某地震監(jiān)測點記錄到首次到達(dá)的P波比首次到達(dá)的S波早3 min。假定地震波沿直線傳播,震源的振動周期為1.2 s,求震源與監(jiān)測點之間的距離x和S波的波長λ。(導(dǎo)學(xué)號51150031) 答案:1 260 km 4.2 km 解析:設(shè)P波的傳播時間為t,則x=vPt,x=vS(t+Δt) 由λ=vST,解得λ=4.2 km。,