2018-2019學(xué)年高中物理 第2章 機(jī)械波 第1講 波的形成和描述課件 魯科版選修3-4.ppt

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第2章——,機(jī)械波,,第1講波的形成和描述,目標(biāo)定位1.理解機(jī)械波的形成過程和產(chǎn)生條件，知道波的分類及橫波和縱波的概念，明確機(jī)械波傳播的特點(diǎn).2.知道波的圖象，能從中獲取波長、振幅、質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向或波的傳播方向等信息.3.能區(qū)別振動(dòng)圖象和波動(dòng)圖象.,4.知道波長、周期、頻率和波速的概念，會(huì)用v＝λf進(jìn)行有關(guān)計(jì)算.5.掌握波在傳播過程中的周期性和雙向性特點(diǎn)．,,欄目索引CONTENTSPAGE,一、波的形成與傳播,1．介質(zhì)：繩子、水、空氣、地殼等傳播的物質(zhì)．2．機(jī)械波：在介質(zhì)中的傳播稱為機(jī)械波，簡稱波．3．波的形成：前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)總是要后一個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，依次帶動(dòng)下去，也就由發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處傳播，從而形成了波．,機(jī)械振動(dòng),波,帶動(dòng),振動(dòng),4．機(jī)械波是這種運(yùn)動(dòng)形式的傳播，介質(zhì)本身沿著波的傳播方向遷移．5．波也是傳遞的一種方式．,機(jī)械振動(dòng),不會(huì),能量,二、波的分類,1．根據(jù)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向之間的關(guān)系，可以把機(jī)械波分為和兩類．2．橫波(1)定義：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向的波．(2)描述波峰：凸起的處．波谷：凹下的處．,橫波,縱波,垂直,最高,最低,3．縱波(1)定義：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在上的波．(2)描述①密部：質(zhì)點(diǎn)分布最的地方．②疏部：質(zhì)點(diǎn)分布最的地方．,同一直線,密,疏,三、波的描述,1．波的圖象描述(1)波的圖象：用橫坐標(biāo)x表示波傳播方向上各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的，用縱坐標(biāo)y表示各個(gè)質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的，規(guī)定位移方向向上為正值．在坐標(biāo)平面內(nèi)，以時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的x、y值描出各對(duì)應(yīng)點(diǎn)，再把這些點(diǎn)用光滑的曲線連接起來，就得到該時(shí)刻波的圖象，也稱波形曲線或波形．,平衡位置,位移,某一,各個(gè),(2)簡諧波①定義：如果介質(zhì)中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)做運(yùn)動(dòng)，它所形成的波就是一種最基本、最簡單的波，叫做簡諧波．②波形：正弦(或余弦)曲線．,簡諧,2．波的特征(1)周期：質(zhì)點(diǎn)完成一次全振動(dòng)經(jīng)歷的，用T表示．波在介質(zhì)中傳播時(shí)，各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期，都等于的振動(dòng)周期．(2)頻率：介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)完成全振動(dòng)的次數(shù)，用f表示．,時(shí)間,相同,波源,每秒,(4)波長：沿著波的傳播方向，兩個(gè)的、相對(duì)平衡位置的位移和振動(dòng)方向總是的質(zhì)點(diǎn)間的距離．(5)波速,②決定因素：機(jī)械波在介質(zhì)中的傳播速率是由本身的性質(zhì)決定的．,相鄰,相同,介質(zhì),λf,(3)周期和頻率的關(guān)系：T＝,,想一想波速就是振動(dòng)速度嗎？答案不是．波速是振動(dòng)形式向外傳播的速度，始終沿傳播方向，在同一介質(zhì)中波速不變；振動(dòng)速度是指質(zhì)點(diǎn)在平衡位置附近振動(dòng)的速度，大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化.,一、波的形成和傳播,,1．波的形成傳播波的物質(zhì)，如水、繩、空氣等，可以分成許多小部分，每一小部分都可以看作質(zhì)點(diǎn)．當(dāng)其中一個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)，由于質(zhì)點(diǎn)間的相互作用，就帶動(dòng)相鄰的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)起來，該質(zhì)點(diǎn)又帶動(dòng)后面的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)起來，這樣振動(dòng)的狀態(tài)就傳播出去，形成了機(jī)械波．,3．機(jī)械波的傳播(1)波動(dòng)的周期等于質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期，且各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期都與波源的振動(dòng)周期相同．(2)離波源越遠(yuǎn)，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)越滯后，但各質(zhì)點(diǎn)的起振方向與波源起振方向相同．,(3)機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播形成機(jī)械波，所以有機(jī)械波，一定有機(jī)械振動(dòng)；但有機(jī)械振動(dòng)，不一定有機(jī)械波．(4)波傳播的只是振動(dòng)形式，介質(zhì)中的每個(gè)質(zhì)點(diǎn)只在自己平衡位置附近振動(dòng)，并不隨波遷移．,例1下列關(guān)于機(jī)械波的說法中，正確的是()A．質(zhì)點(diǎn)都在各自的平衡位置附近振動(dòng)B．相鄰質(zhì)點(diǎn)間必有相互作用力C．前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)帶動(dòng)相鄰的后一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，后一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)必定落后于前一質(zhì)點(diǎn)D．各質(zhì)點(diǎn)隨波的傳播而遷移E．離波源越遠(yuǎn)，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率越小,解析振源依靠介質(zhì)中各相鄰質(zhì)點(diǎn)間的相互作用力使周圍的質(zhì)點(diǎn)依次振動(dòng)起來，且后一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)必定落后于前一質(zhì)點(diǎn)，選項(xiàng)B、C正確；質(zhì)點(diǎn)只在它們各自的平衡位置附近做受迫振動(dòng)，它們振動(dòng)的頻率均與波源的頻率相同，選項(xiàng)A正確，E錯(cuò)誤；波在傳播過程各質(zhì)點(diǎn)不隨波遷移，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．答案ABC,二、波長、頻率、周期、波速,1．周期和頻率：只取決于波源，波的周期和頻率就是指波源的周期和頻率，與v、λ無任何關(guān)系．2．速度v：決定于介質(zhì)的性質(zhì)，同一種均勻介質(zhì)，波在其中傳播的速度恒定．3．波長λ：對(duì)于同一列波，其波長、波速、周期的關(guān)系不會(huì)變化，始終是v＝＝λf，既然v、T都由相關(guān)因素決定，所以這些因素共同決定了波長λ，即波長λ由波源和介質(zhì)共同決定．,例2關(guān)于機(jī)械波的頻率、波速、波長，下列說法正確的是()A．兩個(gè)相鄰的均處于平衡位置的質(zhì)點(diǎn)間的距離為一個(gè)波長B．波的頻率等于波源的振動(dòng)頻率C．波速等于波源的振動(dòng)速度D．波由一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)，波速和波長都要改變,解析由波長的定義可知，兩個(gè)相鄰的均處于平衡位置的質(zhì)點(diǎn)間的距離為半個(gè)波長，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由波的頻率定義可知選項(xiàng)B正確；波速是波的傳播速度，與波源的振動(dòng)速度不同，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；波在同一種均勻介質(zhì)中勻速傳播，進(jìn)入不同介質(zhì)時(shí)，頻率不變，但波速改變，由v＝λf可知波長改變，選項(xiàng)D正確．答案BD,借題發(fā)揮波長的定義中要強(qiáng)調(diào)“總是相同”的理解；波的頻率等于波源的振動(dòng)頻率；波速由介質(zhì)決定；波長由波源和介質(zhì)共同決定．,三、波的圖象的理解和應(yīng)用,由波的圖象可獲取的信息1．直接讀出波長，若已知波速，可計(jì)算出周期、頻率，或已知周期、頻率可計(jì)算出波速．2．直接讀出該時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的位移，間接判斷回復(fù)力、加速度等的情況．3．介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振幅,4．已知波的傳播方向，可判斷質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向．常用方法有：(1)帶動(dòng)法：原理：先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)鄰近的后振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)．方法：在質(zhì)點(diǎn)P靠近波源一方附近的圖象上另找一點(diǎn)P′，若P′在P上方，則P向上運(yùn)動(dòng)，若P′在P下方，則P向下運(yùn)動(dòng)．如圖1所示．,圖1,(2)上、下坡法：如圖2所示，沿波的傳播方向看，“上坡”的質(zhì)點(diǎn)向下振動(dòng)，如D、E、F；“下坡”的質(zhì)點(diǎn)向上振動(dòng)，如A、B、C，簡稱“上坡下振，下坡上振”．,圖2,(3)同側(cè)法：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在波的圖象的同一側(cè)，如圖3所示．5．已知質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向，可判斷波的傳播方向．仍是上述幾種方法，只需將判定的程序倒過來，“反其道而行之”．,圖3,例3一列沿x軸正方向傳播的簡諧機(jī)械橫波，波速為2m/s.某時(shí)刻波形如圖4所示，下列說法正確的是(),A．這列波的振幅為4cmB．這列波的周期為3sC．此時(shí)x＝1m處的質(zhì)點(diǎn)的加速度為0D．此時(shí)x＝2m處的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向沿y軸正方向,圖4,答案D,針對(duì)訓(xùn)練1,圖5為一列簡諧橫波在介質(zhì)中傳播的波形圖．在傳播過程中，某一質(zhì)點(diǎn)在10s內(nèi)運(yùn)動(dòng)的路程是16m，則此波的波速是()A．1.6m/sB．2.0m/sC．40m/sD．20m/s,圖5,答案C,四、振動(dòng)圖象與波動(dòng)圖象的比較,例4根據(jù)圖6甲、乙所示，分別判斷下列說法正確的是(),A．甲是振動(dòng)圖象，乙是波動(dòng)圖象B．甲是波動(dòng)圖象，乙是振動(dòng)圖象C．甲中A質(zhì)點(diǎn)向下振，乙中B時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)向下振D．甲中A質(zhì)點(diǎn)向上振，乙中B時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)向下振,圖6,解析波動(dòng)圖象的橫坐標(biāo)為波的傳播方向上各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置，振動(dòng)圖象的橫坐標(biāo)為時(shí)間，故A錯(cuò)，B對(duì)；甲中A質(zhì)點(diǎn)被其左側(cè)的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)向上振，乙中B時(shí)刻后位移由零變?yōu)樨?fù)值，故向下振，所以C錯(cuò)，D對(duì)．答案BD,借題發(fā)揮振動(dòng)圖象與波的圖象的區(qū)別：(1)波的圖象和振動(dòng)圖象是不同的，波的圖象描述的是介質(zhì)中的“各質(zhì)點(diǎn)”在“某一時(shí)刻”離開平衡位置的位移；而振動(dòng)圖象描述的是“一個(gè)質(zhì)點(diǎn)”在“各個(gè)時(shí)刻”離開平衡位置的位移．(2)坐標(biāo)軸所表示的物理量：波動(dòng)圖象中的橫軸x表示介質(zhì)中各個(gè)振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的平衡位置，縱軸y表示各個(gè)振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)在某時(shí)刻的位移；振動(dòng)圖象的橫軸t表示一個(gè)振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的時(shí)間，縱軸y表示這個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)各個(gè)不同時(shí)刻的位移．,針對(duì)訓(xùn)練2圖7a為一列簡諧橫波在t＝2s時(shí)的波形圖，圖b為介質(zhì)中平衡位置在x＝1.5m處的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象，P是平衡位置為x＝2m的質(zhì)點(diǎn)．下列說法正確的是(),圖7,A．波速為0.5m/sB．波的傳播方向向右C．0～2s時(shí)間內(nèi)，P運(yùn)動(dòng)的路程為8cmD．0～2s時(shí)間內(nèi)，P向y軸正方向運(yùn)動(dòng)E．當(dāng)t＝7s時(shí)，P恰好回到平衡位置,答案ACE,1．如圖8所示，沿水平方向的介質(zhì)中的部分質(zhì)點(diǎn)，相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離相等，其中O為波源，設(shè)波源的振動(dòng)周期為T，自波源通過平衡位置豎直向下振動(dòng)開始計(jì)時(shí)，經(jīng)過，質(zhì)點(diǎn)1開始振動(dòng)，則下列關(guān)于各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)和介質(zhì)中的波的說法正確的是(),波的形成和傳播,,圖8,A．介質(zhì)中所有的質(zhì)點(diǎn)的起振方向都豎直向下，圖中質(zhì)點(diǎn)9起振最晚B．圖中所畫出的質(zhì)點(diǎn)起振時(shí)間都是相同的，起振的位置和起振的方向是不同的C．圖中質(zhì)點(diǎn)8的振動(dòng)完全重復(fù)質(zhì)點(diǎn)7的振動(dòng)，只是質(zhì)點(diǎn)8起振時(shí)，通過平衡位置或最大位移處的時(shí)間總是比質(zhì)點(diǎn)7通過相同位置時(shí)落后,D．只要圖中所有的質(zhì)點(diǎn)都已振動(dòng)了，質(zhì)點(diǎn)1與質(zhì)點(diǎn)9的振動(dòng)步調(diào)就完全一致，但如果質(zhì)點(diǎn)1發(fā)生的是第100次振動(dòng)，則質(zhì)點(diǎn)9發(fā)生的是第98次振動(dòng),解析從題圖可知，質(zhì)點(diǎn)9是圖中距波源最遠(yuǎn)的點(diǎn)，盡管與振源起振方向相同，但起振時(shí)刻最晚，故選項(xiàng)A正確、選項(xiàng)B錯(cuò)誤；質(zhì)點(diǎn)7與質(zhì)點(diǎn)8相比較，質(zhì)點(diǎn)7是質(zhì)點(diǎn)8的前質(zhì)點(diǎn)，7、8質(zhì)點(diǎn)間的振動(dòng)步調(diào)相差，故選項(xiàng)C正確；質(zhì)點(diǎn)9與質(zhì)點(diǎn)1相距2個(gè)波長，質(zhì)點(diǎn)9比質(zhì)點(diǎn)1晚2T開始起振，一旦質(zhì)點(diǎn)9起振后，質(zhì)點(diǎn)1、9振動(dòng)步調(diào)就完全一致，故選項(xiàng)D正確．答案ACD,波的描述,2．一豎直懸掛的彈簧振子，下端裝有一記錄筆，在豎直面內(nèi)放置有一記錄紙．當(dāng)振子上下振動(dòng)時(shí)，以速率v水平向左勻速拉動(dòng)記錄紙，記錄筆在紙上留下如圖9所示的圖象．y1、y2、x0、2x0為紙上印跡的位置坐標(biāo)．由此圖求振動(dòng)的周期和振幅．,圖9,3．如圖10所示是一列簡諧波在t＝0時(shí)刻的波形圖，介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)P沿y軸方向做簡諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式為y＝10sin5πt(cm)．關(guān)于這列簡諧波，下列說法中正確的是(),A．周期為5sB．振幅為20cmC．傳播速度為25cm/sD．沿x軸正方向傳播,圖10,因是正弦函數(shù)，所以t＝0時(shí)刻P點(diǎn)沿y軸正方向運(yùn)動(dòng)，根據(jù)“上下坡”法可知波沿x軸正方向傳播，故D對(duì)．,答案D,波的圖象與振動(dòng)圖象的比較,4．圖11(a)為一列簡諧橫波在t＝0.1s時(shí)刻的波形圖，P是平衡位置在x＝1m處的質(zhì)點(diǎn)，Q是平衡位置在x＝4.0m處的質(zhì)點(diǎn)；圖(b)為質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)圖象．下列說法正確的是________．,圖11,結(jié)合題圖(a)，由“同側(cè)法”判得波沿x軸負(fù)方向傳播，畫出t＝0.25s時(shí)的波形圖，標(biāo)出P、Q點(diǎn)，如圖，此時(shí)P點(diǎn)在x軸下方，其加速度沿y軸正方向，B正確．Δt＝0.25s－0.1s＝0.15s，Δx＝vΔt＝6m，C正確．,P點(diǎn)起始位置不在平衡位置或最大位移處，故D錯(cuò)誤．,答案BCE,