3.2机械波的描述 课件-2024-2025学年高二上学期物理粤教版（2019）选择性必修第一册

第三章 机械波 第二节 机械波的描述 授课人：姚文君 我们可以用照象机把简谐运动拍下来，就是按下快门瞬间各个质点离开各自平衡位置时的情形。我们就把这些质点连成曲线，就是该时刻的机械波图像。 一、机械波的图像 y 1. 用横坐标表示在波传播方向上各质点的平衡位置 2. 用纵坐标表示某时刻各质点偏离平衡位置的位移 x 正方向 负方向 3. 机械波图像是在反映介质中各振动质点在某一时刻的图象，又叫波形图． y x O 4. 简谐波 （1）简谐运动在介质中传播形成简谐波. （2）简谐波的图像是正弦曲线（或余弦曲线）. （3）简谐波是一种最基本、最简单的波. y/cm x/m O 机械波的图像表示某一时刻各个质点相对于平衡位置的位移. 5. 物理意义 6. 机械波的图像和振动图像的区别 机械波图像 表示某一时刻各个质点的位移。 振动图像 表示某一质点在各个时刻的位移。 1.从波的图像可以知道振幅 2.从波的图像可以知道该时刻各个质点对平衡位置的位移 3.借助图像还可以说明各个质点的速度、加速度的方向和它们在该时刻的变化情况 二、机械波图像的应用 y/cm x/m O (1)已知波的传播方向可求各个质点的振动方向; (2)已知某质点的振动方向也可确定波的传播方向. 4．介质中质点的振动方向与波的传播方向的关系. 质点1与质点21同步 质点6与质点26同步 质点11与质点31同步 10 三、波长（λ） 1、定义：在波动中，对平衡位置的位移总是相同的两个相邻质点间的距离，叫做波长。 如质点1与质点21，在任何时刻对平衡位置的位移的大小总是相等，方向总是相同。 振动步调一致，振动相位相同 速度大小和方向总保持相同 λ 2、几点说明： （1）“位移总相等” 的含义是“每时每刻都相等” （2）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；在纵波中，两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离也等于波长。 λ 13 四、周期（T）、频率（f） 每个质点都在做受迫振动，因此每个质点的振动频率与波源相同 1、波源质点振动的周期（或频率）就是波的周期（或频率） 2、说明 (1)波的周期（或频率）应由波源决定，与传播波的介质无关。 (2)每经历一个周期，波形图复原一次。 例1、关于简谐波说法中正确的是（ ） A．两个振动情况完全相同的质点之间的距离是一个波长 B．任意两个波峰或波谷之间的距离叫波长 C．波动在一周期内向前传播的距离等于波长 D．在一个周期内质点所走过的路程等于一个波长 C 相邻质点 相邻 4A （3）在振源完成一次全振动的时间里，波恰好也完成了一次周期性的波动，振动在介质中的传播的距离恰好等于一个波长。 λ 1、单位时间内振动所传播的距离叫做波速。 3、几点说明 (2)一列波在同一均匀介质中是匀速传播的 (3)区分波速与质点振动速度的含义 (1)波速的大小由介质的性质决定，同一列波在不同介质中传播速度不同。 反映振动在介质中传播的快慢程度. 2、物理意义 五、波速（v） 根据△x=v△t，可得到时刻t+Δt波的图像. y x O 时刻t的波形 时刻t+Δt的波形 v 2 3 4 5 1 六、波长、周期（或频率）和波速的关系 波速等于波长和频率的乘积这一关系虽从机械波得到，但对其他形式的波（电磁波、光波）也成立 在振源完成一次全振动的时间里，波恰好也完成了一次周期性的波动，振动在介质中的传播的距离恰好等于一个波长。 波速由介质决定，与波的频率、波长及质点的振幅无关。 波的频率只取决于波源，与波速、波长无关。波在传播过程中、从一种介质进入另一种介质时频率不变。 波长则决定于v和T。或者说取决于波源和介质．只要v和T(f)其中一个发生变化，由于v＝λf，波长λ也一定发生变化． 1．波速由什么决定？ 2．频率由什么决定？ 3．波长由什么决定？ 例2、（多选）关于波速说法正确的有（ ） A．波速由介质和波源共同决定 B．提高振源频率，波的传播速度将增大 C．同时在空气中传播两列声波，波长较大的声波传播较快 D．频率大的声波在空气中传播的波长越短 E．波速反映了介质中质点振动的快慢 F．波速反映了振动在介质中传播的快慢 DF 例题3：一列简谐横波波源的振动图像如图所示，若已知该列波在某均匀介质中的传播速度为0.85m/s，,请画出该列波在t=0时刻的波的图像.取波源的平衡位置为坐标原点。 解：该机械波波源的周期为10s,振幅为0.81m,故该机械波的周期T=10s,振幅为0.81m.由于其传播速度v=0.85m/s,故波长λ=Tv=8.5m.取t=0时刻的波源的平衡位置为坐标原点，则其波的图像如图所示。 例题4:两人分别乘坐静止在湖面上的甲、乙两条小船，两船在湖面上相距20m.有列水波沿甲船到乙船的方向传播，使每条小船每分钟上下浮动30次，当甲船位于波峰时，乙船刚好在波谷，此时两船间还有两个波峰。这列水波的传播速度是多少？ 分析：甲、乙两船位于波的同一个传播方向上，一个周期的时间波传播的距离为一个波靠近波源的甲船先振动，远离波源的乙船后振动，波峰到相邻波谷之间的距离为半个波连续三个波峰之间的长度为两个波长。利用波长和周期的关系求出波的传播速度。 解：小船每分钟上下浮动30次，即每分钟完成30次全振动，故水波的周期T=60/30s=2 s. 甲船在波峰，乙船在波谷，两船间还有两个波峰，则水波波长λ=20/2.5m=8m. 因此波速v=λ/T=4m/s. 例题5：位于O点的波源振动t时间后，在均匀介质中形成如图所示波形，由此可判断t时间内波速v和波源振动周期 T的变化情况是（ ） A.v 不变，T变大 B.v 不变，T变小 C.v 变大，T不变 D.v 变小，T不变 B 一、机械波的图像 1. 用横坐标表示在波传播方向上各质点的平衡位置 2. 用纵坐标表示某时刻各质点偏离平衡位置的位移 课堂小结 1. 波长 λ 2.周期（T）、频率（f） 3.波速（v） 二、描述机械波的物理量 由v和T决定 由波源决定 由介质决定 课后作业 课本P74 1、3、4 谢谢 大家 波在时间上和空间上的周期性，造成了重复性，波动问题一般具有多解性。 例7.如图所示，沿波的传播方向上有两个相距为 1m 的质点 P 和 Q，当 P达到负最大位移处时， Q 正好处于平衡位置且向上运动。那么这列波的波长可能为多少? Q P Q 30 从波的图像上可获得哪些信息 ⑴直接描述量： ①振幅A：图像的峰值. ②波长λ：相邻两个波峰或波谷之间的距离. x/m y/cm 5 -5 0 2 4 6 ③各个质点的位移x：对应于图像上某一点的坐标（y，x）． ⑵间接描述量 ①已知波的传播方向可求各个质点的振动方向。反之亦然。 ④经过一段时间后的波形图 ③质点在一段时间内通过的路程和位移。 ②可判断质点的位移、速度、加速度的大小和方向。 振动图像 波动图像 研究对象 研究内容 图线 物理意义 单一振动质点 沿波传播方向的所有质点 一质点的位移随时间的变化规律 某时刻所有质点的空间分布规律 表示各质点在某时刻的位移 表示一个质点在各时刻的位移 x/m t/s O x/m y/m O 振动图像与波的图像的比较 振动图像 波动图像 图线变化 形象记忆 确定质点运动方向 随时间推移图像延伸，但已有的图像形状不变 随时间推移图像沿传播方向平移 比喻为一个质点的“录象带” 比喻为无数质点某一时刻拍摄的“照片” 根据下一时刻的位移来判断 根据“质点带动原理”来判断 例3.一列波振幅是2cm，频率是4Hz的简谐横波， 以32cm/s的速度沿图中x轴正方向传播，在某时刻x坐标为－7cm处的介质质点正好经过平衡位置向y轴正方向运动，画出此时刻的波形图。 x(cm) y(cm) 0 v 2 4 6 8 10 12 -2 -4 -6 -8 -10 2 -2 定量确定某一时刻的波形除已知波的传播方向和某质点的振动方向外，还需要知道波的振幅和波长.(四要素定量确定波形) 3. 已知波的传播方向和质点的振动方向画波形图 $$