3.2 波的描述 课件-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

第2节 波的描述 人教版选择性必修第一册 第三章 动量守恒定律 新知导入 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？ 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，不方便使用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。 新知讲解 一、波的图像 图3.2-1 绳上的横波 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上波的图像。 通过观察，绳波在某时刻的图像有什么特点？ 新知讲解 一、波的图像 O y x 图3.2-2 横波的图像 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y取正值，向下时y取负值。 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。 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。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。 注意：简谐波的波形图与质点的振动图象的物理意义不同 波形图表示介质中“各个质点”在某一时刻的位移，在不同时刻质点振动的位移不同，波形也随之改变，不同时刻的波形曲线是不同的。而振动图像则表示质点中“某一质点”在“各个时刻“的位移。 我们可以形象的说：波的图像是“照相式”的。而振动图像是“录像式”的。 根据波的图像上可以获取的信息： （2）能判断各质点的位移、回复力（加速 度）、振动速度各量的方向及一小段 时间内各量的大小变化情况。 （3）质点振动方向与波的传播方向的互判。 O y x 图3.2-2 横波的图像 （1）可以直接读出各质点的振幅A。 判断质点振动方向或波传播方向的方法： 方法①：带动法：先振动的质点带动邻近的后振动质点，在质点P0靠近波源一方附近的图像上另找一点P，若P在P0点上方，则P0向上振动，若P在下方，则P向下振动。如图A O y x P0 P P向下运动 O y x P P0 P向上运动 v v 图A 方法②：上下坡法：沿波的传播方向看去，“上坡”处的质点向下振动；“下坡”处的质点向上振动，简称“上坡下、下坡上”。如图B O y x v 图B 下坡上 上坡下 方法③：同侧法:在波的图像上的某一点，沿竖直方向画出一个箭头表示质点振动方向，并设想在同一点沿水平方向画一个箭头表示波的传播方向，那么这两个箭头总是在曲线的同侧。如图C O y x v 图C v v 方法④：微平移法:如图D所示,实线为t时刻的波形,作出微小时间Δt后的波形如虚线所示。由图可见t时刻的质点由P1(或P2)位置经Δt后运动到P1′ (或P2′)处,这样就可以判断质点的振动方向了。 O y x v 图D P1 P2 P1′ P2′ 例题 例 （多选）如图所示是一列向右传播的简谐横波在某一时刻的波动图像。绳上有A、B、C等九个质点，下列说法正确的是(　 　) A、A、B振幅相同 B、A、C、E、F、H具有相同的位移 C、B、I振幅相同 D、A、C位移相同，H、F位移方向相反 ACD 新知讲解 二、波长、频率和波速 1、波长：在波的传播方向上，振动相位总是相 同的两个相邻质点间的距离，叫作波长，通常用λ表示（如图所示） 。 注意：“位移总是相等” 且“相邻”两质点的准确含义。 特点： （1）在横波中两个相邻波峰或两个相邻波谷之间的距离等于波长； （2）在纵波中，两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离为纵波的波长。 注意：同一波源产生的机械波，随着传播介质的不同，波长会发生改变。 2、周期： 在波动中，各个质点的振动周期或频率是相同的，它们都等于波源的振动周期或频率，这个周期或频率也叫作波的周期或频率。 注意：质点的振动周期由波源决定。 3、波速：在图3.1-2中，由质点P0发出的振动，经过一个周期传到质点P8，也就是说，经过一个周期T，振动在介质中传播的距离等于一个波长λ，所以机械波在介质中传播的速度为： 而 所以上式也可以写成： 注意：波速由介质决定，波在同一均匀介质中匀速传播，波速不变；在不同介质中，波速是不同的。声速还与温度有关，表中列出了0℃时声波