高中物理滬科技版（2020）選修第一冊(cè)第二節(jié) 機(jī)械波的描述完美版ppt課件

這是一份高中物理滬科技版（2020）選修第一冊(cè)第二節(jié) 機(jī)械波的描述完美版ppt課件，共36頁。PPT課件主要包含了學(xué)習(xí)目標(biāo)，波的圖像，平衡位置，正弦曲線，簡諧波，簡諧運(yùn)動(dòng)，某一時(shí)刻，各個(gè)時(shí)刻，歸納總結(jié)，波長頻率和波速等內(nèi)容，歡迎下載使用。
1.理解波的圖像的物理意義.2.理解波的圖像和振動(dòng)圖像的區(qū)別.3.掌握波長、頻率和波速的關(guān)系，并會(huì)進(jìn)行有關(guān)計(jì)算.
前面，我們研究簡諧運(yùn)動(dòng)的情況，用 x-t 圖像可以很方便地描述質(zhì)點(diǎn)在任意時(shí)刻的位移。而波卻是很多質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，在同一時(shí)刻各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位移都不盡相同，不方便用 x-t 圖像來描述。能否用其他的圖像來描述波呢？我們以橫波為例研究波的圖像。
1.波的圖像的畫法(1)建立坐標(biāo)系，描點(diǎn)用橫坐標(biāo)x表示在波的傳播方向上各質(zhì)點(diǎn)的　　　　，縱坐標(biāo)y表示某一時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的　　.得到一系列坐標(biāo)為(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)，…的點(diǎn).(2)連線用一條　　的曲線把各點(diǎn)連接起來就是這一時(shí)刻　　圖像，有時(shí)也稱___　　.
2.正弦波(簡諧波)(1)如果波的圖像是　　　　，這樣的波叫作正弦波，也叫　　　.(2)簡諧波中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是　　　　.3.波形圖與振動(dòng)圖像(1)波形圖表示介質(zhì)中的“各個(gè)質(zhì)點(diǎn)”在　　　　的位移.(2)振動(dòng)圖像表示介質(zhì)中“某一質(zhì)點(diǎn)”在　　　　的位移.
3.對(duì)波的圖像的理解(1)波的圖像是某一時(shí)刻介質(zhì)中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)情況的“定格”.可以將波的圖像比喻為某一時(shí)刻對(duì)所有質(zhì)點(diǎn)拍攝下的“集體照”.(2)簡諧波的圖像是正(余)弦曲線，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)做簡諧運(yùn)動(dòng).4.由波的圖像獲得的三點(diǎn)信息(1)可以直接看出在該時(shí)刻沿傳播方向上各個(gè)質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移.(2)可以直接看出在波的傳播過程中各質(zhì)點(diǎn)的振幅A及波長.(3)若已知該波的傳播方向，可以確定各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向；或已知某質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向，可以確定該波的傳播方向.
5.波的圖像的周期性質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移做周期性變化，即波的圖像也做周期性變化，經(jīng)過一個(gè)周期，波的圖像復(fù)原一次.
例1　如圖所示為一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波在某個(gè)時(shí)刻的波形圖，由圖像可知A.質(zhì)點(diǎn)b此時(shí)位移為零B.質(zhì)點(diǎn)b此時(shí)向－y方向運(yùn)動(dòng)C.質(zhì)點(diǎn)d的振幅是4 cm
D.質(zhì)點(diǎn)a再經(jīng)過 通過的路程是4 cm，偏離平衡位置的位移大小是4 cm
解析　由題圖波形圖知，質(zhì)點(diǎn)b在平衡位置，所以此時(shí)其位移為零，選項(xiàng)A正確；因波沿x軸正方向傳播，波源在左側(cè)，由質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向的關(guān)系可知質(zhì)點(diǎn)b此時(shí)向＋y方向運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；
簡諧波在傳播過程中，介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振幅相同，所以質(zhì)點(diǎn)d的振幅是2 cm，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；
再經(jīng)過 的時(shí)間，質(zhì)點(diǎn)a將運(yùn)動(dòng)到負(fù)的最大位移處，通過的路程是4 cm，偏離平衡位置的位移大小是2 cm，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.
1.在某一時(shí)刻各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位移不同，但各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振幅是相同的.2.簡諧波中的所有質(zhì)點(diǎn)都做簡諧運(yùn)動(dòng)，它們的周期均相同.
質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波傳播方向的關(guān)系
1.帶動(dòng)法：后面質(zhì)點(diǎn)依次重復(fù)前面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng).2.上下坡法：沿波的傳播方向看，“上坡”的點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)，“下坡”的點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)，簡稱“上坡下，下坡上”(如圖所示).
3.同側(cè)法：在波的圖像上的某一點(diǎn)，沿y軸方向畫出一個(gè)箭頭表示質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向，并設(shè)想在同一點(diǎn)沿x軸方向畫一個(gè)箭頭表示波的傳播方向，那么這兩個(gè)箭頭總是在曲線的同側(cè)(如圖所示).
4.微平移法：如圖所示，實(shí)線為t時(shí)刻的波形圖，作出微小時(shí)間Δt后的波形如虛線所示，由圖可見t時(shí)刻的質(zhì)點(diǎn)P1(P2)經(jīng)Δt后運(yùn)動(dòng)到P1′(P2′)處，這樣就可以判斷質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向了.
例2　如圖所示為一列簡諧波在某一時(shí)刻的波形圖，此時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)F的振動(dòng)方向如圖所示.則A.該波向右傳播B.質(zhì)點(diǎn)B和D的運(yùn)動(dòng)方向相同C.質(zhì)點(diǎn)B比質(zhì)點(diǎn)C先回到平衡位置D.此時(shí)質(zhì)點(diǎn)F和H的加速度相同
1.波長λ(1)定義：在波的傳播方向上，振動(dòng)相位總是　　 的兩個(gè)　　 質(zhì)點(diǎn)間的距離.(2)特征①在橫波中，兩個(gè)相鄰　　 或兩個(gè)相鄰　　 之間的距離等于波長.②在縱波中，兩個(gè)相鄰　　 或兩個(gè)相鄰 　　之間的距離等于波長.
（3）波長的三種確定方法【1】定義法：在波動(dòng)中，振動(dòng)相位總是相同的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離等于一個(gè)波長.注意　兩個(gè)關(guān)鍵詞：“振動(dòng)相位總是相同”、“兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)”.“振動(dòng)相位總是相同”的兩質(zhì)點(diǎn)，在波的圖像上振動(dòng)位移總是相同，振動(dòng)速度總是相同.【2】圖像法①在波的圖像上，無論從什么位置開始，一個(gè)完整的正(余)弦曲線對(duì)應(yīng)的水平距離為一個(gè)波長.②在波的圖像上，振動(dòng)位移總是相同的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離為一個(gè)波長.【3】公式法：根據(jù)公式λ＝vT來確定.
2.周期T、頻率f(1)周期(頻率)：在波動(dòng)中，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的　　　　　　　　叫作波的周期(或頻率).(2)周期T和頻率f的關(guān)系：f＝　.(3)波長與周期的關(guān)系：經(jīng)過一個(gè)周期T，振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的距離等于　　　　 .
3.波速(1)定義：機(jī)械波在　　　 的傳播速度.(2)決定因素：由　　 本身的性質(zhì)決定，在不同的介質(zhì)中，波速是_____(選填“相同”或“不同”)的.(3)波長、周期、頻率和波速的關(guān)系：v＝ ＝ .
波長、頻率和波速的關(guān)系(1)在一個(gè)周期內(nèi)，振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的距離等于一個(gè)波長.波速與波長、周期、頻率的關(guān)系為v＝ ＝λf.
(2)波的周期和頻率由波源決定，與v、λ無關(guān)，當(dāng)波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，周期和頻率不發(fā)生改變.(3)波速由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定，在同一種均勻介質(zhì)中波速不變.
例3　如圖所示，一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，從波傳到x＝5 m的M點(diǎn)時(shí)開始計(jì)時(shí)，已知P點(diǎn)相繼出現(xiàn)兩個(gè)波峰的時(shí)間間隔為0.4 s，下面說法中正確的是A.這列波的波長是5 mB.這列波的傳播速度是10 m/sC.質(zhì)點(diǎn)Q(x＝9 m)經(jīng)過0.5 s才第一次到達(dá)波峰D.M點(diǎn)以后各質(zhì)點(diǎn)開始振動(dòng)的方向都是向上的
解析　從波的圖像可以看出該波的波長為λ＝4 m，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；
由波的圖像可以看出，M點(diǎn)開始振動(dòng)的方向向下，說明M點(diǎn)以后各質(zhì)點(diǎn)開始振動(dòng)的方向都是向下，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.
針對(duì)訓(xùn)練1　一列沿x軸以5 m/s的速度傳播的簡諧橫波，t＝0時(shí)刻的波形如圖所示，P、Q兩質(zhì)點(diǎn)的橫坐標(biāo)分別為3.5 m、2.5 m.已知t＝0時(shí)質(zhì)點(diǎn)Q的運(yùn)動(dòng)方向沿y軸正方向，則下列說法正確的是
A.波的傳播方向沿x軸正方向B.質(zhì)點(diǎn)P振動(dòng)的周期為1.25 sC.0～3.4 s時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)Q的路程為17 cmD.t＝0時(shí)刻起，質(zhì)點(diǎn)P比質(zhì)點(diǎn)Q先回到平衡位置
解析　t＝0時(shí)，質(zhì)點(diǎn)Q的運(yùn)動(dòng)方向沿y軸正方向，由“上下坡法”可知波沿x軸負(fù)方向傳播，故A錯(cuò)誤；
在題圖所示狀態(tài)質(zhì)點(diǎn)Q向上運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)P向下運(yùn)動(dòng)，故質(zhì)點(diǎn)P比質(zhì)點(diǎn)Q先回到平衡位置，故D正確.
振動(dòng)圖像和波的圖像的比較
如圖甲、乙為某一列波在某時(shí)刻的波的圖像和某質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像，兩圖像橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別表示什么意義？兩圖線的物理意義分別是怎樣的？
答案　波的圖像橫坐標(biāo)表示各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置，縱坐標(biāo)表示某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的位移；而振動(dòng)圖像橫坐標(biāo)表示某質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，縱坐標(biāo)表示該質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻離開平衡位置的位移.波的圖像表示某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的位移，振動(dòng)圖像表示質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間變化的規(guī)律.
例4　如圖甲所示為一列簡諧橫波在t＝0時(shí)的波的圖像，圖乙所示為該波中平衡位置位于x＝4 m處的質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)圖像.下列說法正確的是A.此波的波速為2 m/sB.此波沿x軸正方向傳播C.t＝0.5 s時(shí)質(zhì)點(diǎn)P的速度最大D.t＝1.0 s時(shí)質(zhì)點(diǎn)P的加速度最大
平衡位置位于x＝4 m處的質(zhì)點(diǎn)P在t＝0時(shí)刻向下振動(dòng)，根據(jù)“上下坡法”知，波沿x軸負(fù)方向傳播，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；t＝0.5 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P運(yùn)動(dòng)到平衡位置向上振動(dòng)，速度最大，選項(xiàng)C正確；t＝1.0 s時(shí)質(zhì)點(diǎn)P運(yùn)動(dòng)到平衡位置向下振動(dòng)，加速度為零，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.
針對(duì)訓(xùn)練2　(2019·全國卷Ⅰ改編)一簡諧橫波沿x軸正方向傳播，在t＝ 時(shí)刻，該波的波形圖如圖(a)所示，P、Q是介質(zhì)中的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn).圖(b)表示介質(zhì)中某質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像.下列說法正確的是
A.質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)圖像與圖(b)相同B.在t＝0時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)P的速率比質(zhì)點(diǎn)Q　的大C.在t＝0時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)P的加速度的大小　比質(zhì)點(diǎn)Q的小D.平衡位置在坐標(biāo)原點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像如圖(b)所示
在t＝0時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)P處在波谷位置，速率為零，與平衡位置的距離最大，加速度最大，而質(zhì)點(diǎn)Q運(yùn)動(dòng)到平衡位置，速率最大，加速度為零，即
在t＝0時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)P的速率比質(zhì)點(diǎn)Q的小，質(zhì)點(diǎn)P的加速度大小比質(zhì)點(diǎn)Q的大，選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤.
SUITANGYANLIAN　 ZHUDIANLUOSHI
1.(波的圖像的理解)如圖所示為一列簡諧橫波在某時(shí)刻的波形圖，傳播方向向左，則此時(shí)刻有
A.各質(zhì)點(diǎn)的位移都為5 cmB.x＝2 m處的質(zhì)點(diǎn)速度方向沿y軸正方向C.x＝4 m處的質(zhì)點(diǎn)加速度方向沿y軸正方向D.x＝8 m處的質(zhì)點(diǎn)速度為零
解析　從題圖波的圖像可以看出，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)波的傳播方向和波的圖像可以得出，此時(shí)刻x＝2 m處的質(zhì)點(diǎn)速度方向沿y軸負(fù)方向，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；
x＝4 m 處的質(zhì)點(diǎn)此時(shí)處于負(fù)的最大位移處，加速度方向沿y軸正方向，選項(xiàng)C正確；x＝8 m處的質(zhì)點(diǎn)位于平衡位置，速度方向沿y軸正方向，所以速度為正的最大值，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.