3.2 波的描述 课件 2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

第三章 机械波 3.2 波的描述 课堂引入 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? 问题: ? 过去我们研究的是单个质点的运动情况,用 x-t 图像可以很方便地描述质点在任意时刻的位移。 而波却是很多质点的运动,在同一时刻各个质点的位移都不尽相同,不方便用 x-t 图像来描述。 能否用其他的图像来描述波呢?我们以横波为例研究波的图像 课堂引入 一、波的图像 如图 3.2-1 是根据一张绳上横波的照片画出的图,记录了绳上各质点在该时刻的具体位置。如果建立直角坐标系,把该时刻绳上各质点的具体位置反映在坐标系中就可以得到这一时刻绳子上波的图像。 一、波的图像 在图 3.2-2 中,用横坐标 x 表示在波的传播方向上绳中各质点的平衡位置,纵坐标 y 表示某一时刻绳中各质点偏离平衡位置的位移。 我们规定,位移向上时 y 取正值,向 下时 y 取负值。 一、波的图像 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。 一、波的图像 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 简谐波是一种最基本、最简单的波 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 一、波的图像 简谐波的波形图与质点的振动图像都是正弦曲线,但它们的意义是不同的。 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。 我们可以形象地说:波 的 图 像 是“ 照 相 式 ”的, 而振动图像是“录像式”的。 一、波的图像 我们可以用照相机把横波的形状拍摄下来,就是按下快门瞬间各个质点离开各自平衡位置时的情形。反映了该时刻波的形态,就是该时刻的波的图象。 利用频闪照相、照相机连拍(底片匀速移动),或用摄像机摄像后逐帧观察的方式,都可以得到相等时间间隔的不同时刻小球的位置。从而得到振子的位移-时间图像 横波动画展示 二、波的图像的应用 1.从波的图象可以知道振幅 2.从波的图象可以知道该时刻 各个质点对平衡位置的位移 3.已知波的传播方向可求各个质点的振动方向。 由波的图象及波的传播方向确定该时刻质点振动方向的方法: 带动法:在波的图像上质点P靠近波源一方找紧邻P点的另一点P’,若P’在P上方,则此时P向+y方向振动;若P’在P下方,则此时P向-y方向振动 O x/m y/cm 传播方向 波源 a b c d e f g 3.已知波的传播方向可求各个质点的振动方向。 (2)图像微平移法:把波的图像沿传播方向平移一微小距离,看各质点在原位置的+y方向还是在原位置的-y方向,从而确定各质点的振动方向 二、波的图像的应用 O x/m y/cm 传播方向 波源 a b c d e f g (2)图像微平移法 3.已知波的传播方向可求各个质点的振动方向。 二、波的图像的应用 O x/m y/cm 传播方向 波源 a b c d e f g 3.已知波的传播方向可求各个质点的振动方向。 (3)口诀法:“上山下,下山上”,根据带动法或微平移法我们可以总结出方便快捷的口诀法,有利迅速答题 二、波的图像的应用 从波源沿传播方向“走”: 上山下,下山上 O x/m y/cm 传播方向 波源 a b c d e f g 二、波的图像的应用 从波源沿传播方向“走”: 上山下,下山上 (3)口诀法:“上山下,下山上” 3.已知波的传播方向可求各个质点的振动方向。 O x/m y/cm 传播方向 a b c d e f g 二、波的图像的应用 口诀法:“上山下,下山上” 4.已知波的图像中某质点的振动方向可求波的传播方向。 二、波的图像的应用 5.借助波的图象还可以说明各个质点的速度、加速度的方向和速度、加速度在该时刻的变化情况 图 3.2-6 为一列沿 x 轴正方向传播的简谐波在某时刻的波形,请确定该时刻图中 A、B、C、D 四个质点的振动方向及此时质点速度大小的变化情况 再确定该时刻图中 A、B、C、D 四个质点在回复力下产生的加速度方向及此时该加速度大小的变化情况 三、波长、频率和波速 在上节图 3.1-2 中,从 t = 0 到 t = T 这段时间里,由质点 P0 发出的振动传到质点 P8,使质点 P8 开始振动。这时质点 P0 恰好结束了一次全振动而开始下一次全振动,此后质点 P0 和质点 P8 的振动步调完全一致 也就是说,这两个质点振动的相位相同,它们在任何时刻对平衡位置的位移的大小和方向总是相同的。同样,质点 P1 和 P9、P2 和 P10……它们每一对在振