3.2 波的描述 课件 -2024-2025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 学习目标 1.能用描点法作横波的图像，理解波的图像的物理意义。 2.理解波长、频率和波速的意义及其关系。 3.能判断波的传播方向和质点的振动方向。 知识复习：振动图像 振动图像的形成 物理意义：描述了振动质点在任意时刻离开平衡位置的位移。 振动图像可以获得的信息： 1.质点任意时刻离开平衡位置的位移 2.振幅A 3.周期T 4.质点任意时刻的运动方向 5.质点在任意时刻的回复力和加速度的方向 一、波的图像 1.作图方法： (1)建立坐标系：用横坐标x表示在波的传播方向上各质点的平衡位置，纵坐标y表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移。 (2)选取正方向：规定位移向上时y取正值，向下时y取负值。 (3)描点。 (4)连线：用平滑曲线将各点连接起来。 波的图像有时也称波形图。 但波的图像并不总反映波的形状 如：纵波的图像 x y 一、波的图像 2．简谐波 (1)定义：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。 (2)介质中有正弦波传播时，介质的质点在做简谐运动。 (3)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。 一、波的图像 3.波的图像可以获得的信息： (1)各个质点在该时刻的位移； (2)振幅A: 图像的峰值；(3)波长； (4)周期、频率；(5)波速。 二、波的描述 1．波长 (1)定义：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。 (2)特征：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等于波长。 二、波的描述 2．周期和频率 (1)规律：在波动中，各质点的振动周期或频率，等于波源的振动周期或频率。也叫作波的周期或频率。 (2)决定因素：由波源的周期或频率决定。 (3)时空的对应性：在一个周期的时间内，振动在介质中传播的距离等于一个波长。 (4)周期与频率关系：f＝。 3．波速 (1)定义：机械波在介质中传播的速度。 (2)定义式：v＝＝λf。 (3)决定因素：由介质本身的性质决定，在不同的介质中，波速是不同的。 x y 二、波的描述 思考与讨论：(1)图中实线为t＝0时刻的波形图，虚线为t＝0.1s时刻的波形图。据此能否判定波的传播方向？ 不能 (2)若波向x轴正方向传播，求波的周期。 （n=0,1,2……） (3)若波向x轴负方向传播，求波的周期。 （n=0,1,2……） 波的图像的周期性：在波的传播过程中，质点的振动位移做周期性变化，则波的图像也做周期性变化。经过一个周期，波的图像复原一次。 二、波的描述 若该波的周期T大于0.5s，该波的波长已知，如图所示： （1）如果波是向左传播的，波的速度是多大？波的周期是多大？ （2）如果波是向右传播的，波的速度是多大？波的周期是多大？ 二、波的描述 练习1. (多选)如图所示的是一列向右传播的简谐波某一时刻的波形图。对于图中A、B、C、D、E、F、G、H、I 9个质点，下列说法中正确的是(　　) A．A、C、E、F、H具有相同的位移 B．A、C位移相同，H、F位移方向相反 C．B、I振幅相同 D．A、B振幅相同 思考：质点A、B、C此刻的振动方向向哪？ 三、振动方向和波传播方向互判 1．上下坡法：沿波的传播方向看，“上坡”的点向下运动，“下坡”的点向上运动，简称“上坡下，下坡上”。如图所示。 2．微平移法：原理：波向前传播，波形也向前平移。 3. 同侧法：在波的图像上的某一点，画出一个箭头表示质点运动方向，并在同一点画一个箭头表示波的传播方向，则这两个箭头总是在曲线的同侧。 4．带动法：原理：先振动的质点带动邻近的后振动的质点。 三、振动方向和波传播方向互判 练习2.简谐横波某时刻的波形图如图所示。 (1)a向下运动，则波向什么方向传播？ (2)若质点b向上运动，则波向什么方向传播？ (3)若波从右向左传播，则质点c向什么方向运动？ [答案]　(1)向左　(2)向右　(3)向上 波速公式的理解和用用 波速公式： 练习3.某时刻的两列简谐横波在同种介质中沿相同方向传播的波形图如图所示，此时质点P的运动方向如图所示，已知质点P在a波上，质点Q在b波上，则下列说法错误的是(　　) A．两列波具有相同的波速 B．此时质点Q正沿y轴正方向运动 C．一个周期内，质点Q沿x轴前进的距离是质点P的1.5倍 D．在质点P完成30次全振动的时间内质点Q可完成20次全振动 介质决定 波源决定 与介质有关 巩固练习 一列简谐横波沿x轴正方向传播，波速为4 m/s，某时刻刚好传到x＝2 m处的P点，波形如图所示，从此时刻开始计时，设为t＝0时刻。 (1)P点开始振动以后，振动的频率为多少？ (2)求波传到x＝8 m处的M点所需时间及此过程中P点通过的路程； (3)请在图中画出t＝1.25 s时刻的波形图； (4)请用铅笔与尺作图，画出M点从t＝0到t＝2 s位移随时间变化的图像。 [答案](1)2 Hz (2)1.5 s　0.36 m 振动图像 波动图像 物理意义 表示一个质点在不同时刻的位移 表示各个质点在某时刻的位移 图线 形象理解 比喻为一个质点的“录像带” 比喻为无数质点某一时刻拍摄的“集体照片” 图线变化 振动图像随着时间的推移而延伸，但原有的图象形状不变 波的图像随着时间的推移沿传播方向平移 图像信息 振幅A、周期T，以及各个时刻该质点的位移y 振幅A、波长λ，以及该时刻各质点的位移y 质点运动方向 根据图像的斜率来判断 带动法、同侧法、微平移法 联系 由振动图像可画出波的图像，由波的图像也可画出质点的振动图像。 $$