2018-2019高中物理 第12章 機械波 12.2 波的圖象課件 新人教版選修3-4.ppt

2 波的圖象,【自主預習】 1.波的圖象: (1)波的圖象的畫法: 建立坐標系:用橫坐標x表示在波的傳播方向上各質(zhì) 點的_,用縱坐標y表示某時刻各質(zhì)點偏離平衡 位置的_。,平衡位置,位移,選取正方向:選取質(zhì)點振動的某一個方向為_的正 方向。 描點:把某一時刻所有質(zhì)點的_畫在坐標系里。 連線:用一條_的線把描出的點連接起來就是此 時波的圖象。,y軸,位移,平滑,(2)波的圖象的特點: 波的圖象也稱波形圖,簡稱_,如果波形是正弦曲 線,這樣的波叫作_波,也稱為_波。 介質(zhì)中有正弦波傳播時,介質(zhì)中的質(zhì)點做_運動。 波的圖象的周期性:相隔時間為周期整數(shù)倍的兩時刻 的波形完全_,即波形的出現(xiàn)具有_性。,波形,正弦,簡諧,簡諧,相同,周期,波的傳播方向的雙向性:在不指定波的傳播方向時, 圖象中的波可能沿x軸_傳播,也可能沿x軸_ 傳播,遇到此類問題時我們應對這兩種情況進行分類 分析。,正向,負向,2.波的圖象和振動圖象: (1)波的圖象表示介質(zhì)中的“各個質(zhì)點”在_ _的位移。 (2)振動圖象表示介質(zhì)中“某個質(zhì)點”在_的 位移。,“某一時,刻”,各個時刻,【預習小測】 1.關于波的圖象的物理意義,下列說法中正確的 是 ( ) A.表示某一時刻某一質(zhì)點相對平衡位置的位移 B.表示各個時刻某一質(zhì)點相對平衡位置的位移 C.表示某一時刻各個質(zhì)點相對平衡位置的位移 D.表示各個時刻各個質(zhì)點相對平衡位置的位移,【解析】選C。波的圖象的物理意義是表示某一時刻各個質(zhì)點,相對平衡位置的位移,C正確。,2.如圖所示是一列簡諧波在某一時刻的波形圖, 則 ( ) A.只有B、D有相同振幅 B.只有A、F有相同振幅 C.只有A、C、F有相同的振幅 D.所有各質(zhì)點的振幅都相同,【解析】選D。波傳播過程中,各質(zhì)點的振動過程是對波源振動的重復,所以振幅都相同,D正確。,3.判斷如圖所示的兩圖象屬于何種圖象 ( ),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.都是波動圖象 D.都是振動圖象,【解析】選B。區(qū)別波動圖象和振動圖象是看橫坐標軸是空間軸還是時間軸,橫坐標是空間軸時為波動圖象,橫坐標是時間軸時為振動圖象,B正確。,主題一 波的圖象 【互動探究】 用波動演示器演示橫波,如圖所示。觀察此橫波并思考以下問題:,(1)形成凹凸相間波形的原因是什么? 提示:先振動的質(zhì)點帶動后振動的質(zhì)點振動,后振動的質(zhì)點重復先振動質(zhì)點的振動,但后振動的質(zhì)點落后于先振動的質(zhì)點,導致同一時刻各質(zhì)點對平衡位置的位移不同,故形成了凹凸相間的形狀。,(2)波的圖象是質(zhì)點的運動軌跡嗎?波的圖象的物理意義是什么? 提示:波的圖象不是描述質(zhì)點的運動軌跡。它是描述在波的傳播方向上的介質(zhì)中的各質(zhì)點在某一時刻偏離平衡位置的位移。,(3)為什么不同時刻波的圖象的形狀不同?波的圖象是否具有周期性? 提示: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,故不同時刻波的圖象不同; 各質(zhì)點振動的位移隨時間做周期性的變化,故波的圖象也做周期性的變化,經(jīng)過一個周期,波的圖象復原一次。,(4)波動演示器演示的是橫波的圖象,能否畫出縱波的圖象? 提示:能。波的圖象是一種數(shù)學的表示方法,只是在橫波的情況下能直觀地表示出波形。在縱波中,如彈簧波,如果規(guī)定質(zhì)點的位移方向向右時為正,向左時為負,同樣可以畫出正弦或余弦形狀的圖象,只是縱波的圖象與縱波的形狀無相同之處。,(5)判斷波的傳播方向和質(zhì)點振動方向關系的方法有哪些? 提示:上、下坡法: a.圖象:,b.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”。 同側(cè)法: a.圖象:,b.在波的圖象上某一點,沿豎直方向畫出箭頭表示質(zhì)點運動方向,并設想在同一點沿水平方向畫一個箭頭表示波的傳播方向,那么這兩個箭頭總是在曲線的同側(cè)。,微小平移法: a.圖象:,b.如圖所示,實線為t時刻的波形圖,沿波的傳播方向平 移一微小距離x,使x< ,得到(t+t)(t< T) 時刻的波形圖,如虛線所示,即t時刻的質(zhì)點由P1(P2)位 置經(jīng)過t的微小時間運動到P1(P2)的位置。這樣, 我們就可以判斷質(zhì)點在t時刻的運動方向了。,【探究總結(jié)】 1.簡諧橫波的特點: (1)橫波的圖象形狀與波在傳播過程中介質(zhì)中各質(zhì)點某時刻的分布相似。 (2)波形中的波峰即為圖象中的位移正向的最大值,波谷即為圖象中位移負向的最大值。 (3)波形中通過平衡位置的質(zhì)點在圖象中也恰處于平衡位置。,2.由波的圖象獲得的三點信息: (1)可以直接看出在該時刻沿傳播方向上各個質(zhì)點的位移。 (2)可以直接看出在波的傳播過程中各質(zhì)點的振幅A。 (3)可以判斷出沿傳播方向各個質(zhì)點在該時刻的運動方向。,【典例示范】 如圖所示為一列簡諧橫波在某一時刻的波的圖象,求:,(1)該波的振幅。 (2)已知波向右傳播,說明A、B、C、D質(zhì)點的振動方向。,【解題指南】解答本題應注意以下兩點: (1)波的振幅跟質(zhì)點的振幅相同。 (2)橫波的傳播方向跟質(zhì)點的振動方向垂直。,【解析】(1)波的振幅即質(zhì)點振動的振幅,由圖象可知波的振幅為5cm。 (2)波向右傳播,A點在最大位移處,A點速度為零,由同側(cè)法可確定質(zhì)點B振動方向向上,C向下,D向下。 答案:(1)5cm (2)A速度為零,B向上,C向下,D向下,【探究訓練】 1.(2018滁州高二檢測)一列簡諧機械橫波某時刻的波形圖如圖所示,波源的平衡位置坐標為x=0。當波源質(zhì)點處于其平衡位置上方且向下運動時,介質(zhì)中平衡位置坐標x=2m的質(zhì)點所處位置及運動情況是 ( ),A.在其平衡位置下方且向上運動 B.在其平衡位置下方且向下運動 C.在其平衡位置上方且向上運動 D.在其平衡位置上方且向下運動,【解析】選A。波源和x=2m處的質(zhì)點振動方向始終相反,步調(diào)反向,判斷A正確。,2.(多選)(2018?？诟叨z測)圖中畫出了一列向右 傳播的橫波在某個時刻的波形圖線,由圖線可知 ( ) A.質(zhì)點b此時的位移是零 B.質(zhì)點b此時向-y方向運動 C.質(zhì)點d的振幅是2cm D.質(zhì)點d此時的加速度沿正方向,【解析】選A、C、D。此時質(zhì)點b剛好位于平衡位置,故位移為零,A項正確;由波向右傳播,知此時質(zhì)點b應向+y方向運動,故B項錯誤;質(zhì)點d與其余各點的振幅都是2cm,所以C項正確;質(zhì)點d此時應向下運動,即遠離平衡位置,所以加速度應指向平衡位置,即沿正方向,則D項正確。,【補償訓練】 如圖所示為一列橫波在某時刻的波形圖,已知波向右傳播。則下列敘述正確的是 ( ),A.經(jīng)過一定的時間,C點將運動到E點處 B.M點和P點的振動情況時刻相同 C.O點比M點先到達最低位置 D.B、D兩點的振動步調(diào)相反,【解析】選D。質(zhì)點不隨波移動,A錯誤;此時M點和P點的振動方向相反,B錯誤;O點沿y軸正方向運動,而M點沿y軸負方向運動,故M點先到達最低位置,C錯誤;B、D兩點的振動步調(diào)相反,D正確。,主題二 波的圖象和振動圖象 【互動探究】 1.完成下列表格,比較波的圖象與振動圖象的不同點。,提示:,一質(zhì)點,時間,空間分布規(guī)律,2.波的圖象和振動圖象的相同點有哪些? 提示:(1)圖象形狀相同,都是正弦曲線。 (2)由圖象可確定質(zhì)點振動的振幅、位移、加速度的方向。,【探究總結(jié)】 振動圖象與波的圖象 (1)區(qū)別振動圖象與波的圖象可以從研究的對象、坐標軸的物理意義等來區(qū)別:振動圖象研究的對象是一個質(zhì)點,而波的圖象研究的是各個質(zhì)點;振動圖象的橫軸表示振動的時間,而波的圖象的橫軸表示質(zhì)點的平衡位置。,(2)將質(zhì)點的振動圖象與波的圖象聯(lián)系起來:它們的振幅、振動周期(或頻率)相同。,【典例示范】 一列簡諧波在t=0時刻的波形圖如圖甲所示,圖乙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 ( ),A.若波沿x軸正方向傳播,乙圖可能是a點的振動圖象 B.若波沿x軸正方向傳播,乙圖可能是b點的振動圖象 C.若波沿x軸正方向傳播,乙圖可能是c點的振動圖象 D.若波沿x軸正方向傳播,乙圖可能是d點的振動圖象,【解題指南】解答本題應把握以下兩點: (1)根據(jù)乙圖判定t=0時刻位于平衡位置的質(zhì)點的振動方向。 (2)根據(jù)甲圖由同側(cè)法可判定沿y軸正方向振動的質(zhì)點。,【解析】選B。在乙圖的振動圖象中,t=0時質(zhì)點在平衡位置且向y軸正方向運動,在平衡位置的點只有b、d,故選項A、C錯誤;因題干中未給出波的傳播方向,此時還不知b、d的運動方向。若波沿x正向傳播,波源在左側(cè),b、d兩點都是在其左側(cè)點的帶動下振動的,b左側(cè)的點在其上方,因此b質(zhì)點正向上運動,符合要求,選項B正確;d左側(cè)的點在其下方,d質(zhì)點正向下運動,不符合要求,選項D錯誤。,【探究訓練】 1.(多選)(2018南京高二檢測)一列簡諧橫波在某一時刻的波形圖如圖甲所示,圖中P、Q兩質(zhì)點的橫坐標分別為x=1.5m和x=4.5m。P點的振動圖象如圖乙所示。Q點的振動圖象可能是下列四幅圖中的 ( ),【解析】選B、C。本題考查波的傳播。P、Q兩點間的距離為3m。當波沿x軸正方向傳播時,P在平衡位置向上振動時,Q點應處于波峰,B對。當波沿x軸負方向傳播時,P點處于向上振動時,Q點應處于波谷,C對。,2.(多選)(2018南陽高二檢測)如圖甲是一列簡諧橫波在t=0.01s時刻的波形圖,圖乙是質(zhì)點P的振動圖象,則下列說法正確的是 ( ),A.t=0.005s時,1m<x<2m范圍內(nèi)的質(zhì)點正在向y軸的負方向運動 B.從t=0.01s到t=0.025s,該波沿x軸負方向傳播了1.5m C.從t=0.01s到t=0.015s,質(zhì)點Q的動能逐漸減小 D.從t=0s到t=0.025s,質(zhì)點R通過的路程為30cm,【解析】選A、C。由乙圖知,質(zhì)點P的振動周期為0.02s, 在t=0.01s時質(zhì)點P由平衡位置向上運動,由波動圖象可 知,t=0.005s時,質(zhì)點P在波谷處,Q在波峰處,此時質(zhì)點P 向平衡位置運動,質(zhì)點Q由波峰向平衡位置運動,故1m<x <2m范圍內(nèi)的質(zhì)點正在向y軸的負方向運動,所以A正確; 由乙圖知t=0.01s時質(zhì)點P向上運動,由甲圖,根據(jù)波形 的平移法得知,波沿x軸正方向傳播,故B錯誤;t=0.01s,到t=0.015s,質(zhì)點Q由平衡位置向波谷運動,故質(zhì)點Q的 動能逐漸減小,C正確;t=0.01s到t=0.025s質(zhì)點R振動經(jīng) 過 T,由于質(zhì)點初位置不在平衡位置和波峰或波谷,故 質(zhì)點R通過的路程不等于3A,故D錯誤。,【補償訓練】 1.(多選)一列沿x軸正方向傳播的橫波,在t=0時刻的波形如圖甲所示。圖甲中某質(zhì)點的振動圖象如圖乙所示。由圖可知( ),A.該波的振幅為0.5m B.該波的振幅為1m C.圖乙可能是質(zhì)點L的振動圖象 D.圖乙可能是質(zhì)點N的振動圖象,【解析】選A、C。由圖象知波的振幅為0.5m,A正確、B錯誤;由圖乙可知質(zhì)點在t=0時刻向y軸正向運動,結(jié)合圖甲波的圖象可判定是L質(zhì)點的振動圖象,C正確、D錯誤。,2.(2018濰坊高二檢測)振源A帶動細繩上下振動,某時刻在繩上形成的橫波波形如圖所示,規(guī)定繩上各質(zhì)點向上運動方向為正方向,從波傳播到繩上P點開始計時,能表示P點振動圖象的是圖中的 ( ),【解析】選C。由波形圖可知,此時波動剛傳到Q點,Q點的起振方向向上,因各點的起振方向相同,故P點應從平衡位置向上振動,故C正確,A、B、D錯誤。,【通法悟道】解決波的圖象與振動圖象的方法 (1)分清圖象類型,明確是振動圖象還是波的圖象。 (2)結(jié)合題意看清是哪一時刻的波形圖,再看振動圖象中這一時刻質(zhì)點正在向哪一個方向振動,再由振動方向與波的傳播方向的關系來確定是哪一質(zhì)點的振動圖象。反之亦可根據(jù)振動圖象,畫出某一時刻的波形圖。,(3)波的傳播具有雙向性,對于波的傳播方向不明確的,應分情況討論。 (4)波具有周期性。,【課堂小結(jié)】,