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

新教材人教版 物理（选择性必修第一册） 第三章 机械波 第2节 波的描述 课堂引入 在第二章，我们学习了简谐运动，用 x-t 图像描述了弹簧振子或单摆一个质点在任意时刻的位移。 思考与讨论：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，不同时刻波的形态也不相同，为了方便研究，我们应该选择研究描绘某一时刻（瞬间）还是一段时间内的波形图像？ 课堂引入 某一时刻（瞬间） 只研究某一瞬间的波形图像，相当于照相研究 课堂引入 我们可以用照相机把波的形状摄下来，就是按下快门瞬间各个质点离开各自平衡位置时的情形。我们就把这些质点连成曲线，就是该时刻的波的图象。 波的图象也称波形图或波形曲线。 一、波的图像（波形图或波形曲线） y ｏ Ａ －Ａ 1.波的图象表示法 思考1：横纵坐标分别表示什么？ 横坐标x： 纵坐标y： 在波的传播方向上介质中各质点的平衡位置 某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移 （2）简谐波是一种最基本、最简单的波 一、波的图像 3.图像的物理意义：波的图像表示某一时刻各个质点相对平衡位置的位移。 4.简谐波：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。 （1）简谐运动在介质中传播形成简谐波 简谐波 常用方法： （1）质点带动法 （2）上下坡法 （3）同侧法 （4）微平移法 若已知波的传播方向，如何判断质点的振动方向？或已知质点的振动方向，如何判断波的传播方向呢？ 二、波的图像的应用 Y X O 传播方向 从波的图象上可获得的信息： X y /m x /m 1 2 3 4 5 6 7 8 0 A 0.10 A v a v 1.质点的位移； 2.各个质点的振幅A ; 3.能根据波的传播方向判断各个质点在该时刻的运动方向、加速度方向及其变化情况； 4.可以画出另一时刻的波形图。 二、波的图像的应用 8 （2）振动图描述的是一个质点在一段时间内位移随时间的变化（单人录像） 波的图象与振动图象的区别： 二、波的图像的应用 （1）波形图描述的是在某一时刻介质中各振动质点离开平衡位置的位移（集体照） 9 0 0.2 0.4 0.6 0.8 X/cm Y/cm 思考：根据波的图像可知，波动也具有周期性，则在图中 1、哪些位置的质点与x=0cm处的质点总是振动情况相同？ 2、哪些位置的质点与x=0.1cm处的质点总是振动情况相同？ 2、相邻的振动情况总是相同的质点间的水平距离相同吗？ 思考与讨论 1.波长: 在波动中，对平衡位置的位移总是相等的两个相邻质点间的距离，叫做波的波长。用λ 表示。 想一想，为什么要强调“相邻”两个字？ 三、波长、频率和波速 在横波中，两个相邻的波峰(或波谷)之间的距离等于波长。 在纵波中，两个相邻的密部(或疏部)之间的距离等于波长。 11 观察与思考：在波动中，相隔等于波长的两个点的振动特点？ （1）对平衡位置的位移的大小和方向总保持相同 （2）速度大小和方向总保持相同 （3）振动步调总保持相同 三、波长、频率和波速 拓展：相隔λ/2的奇数倍两个质点的步调总是相反 2.知识与规律： （1）同相点:相距为整数个波长(nλ)的两质点的振动完全相同,称同相点。 三、波长、频率和波速 （2）反相点:相距为半波长的奇数倍 (2n+1)λ/2的两质点的振动完全相反，称反相点。 思考与讨论 思考1：振源P0完成一次全振动的时间里,波是否也完成了一次周期性的波动? 思考2：由振源 P0 发出的振动，经过一个周期T，振动在介质中传播的距离等于多长一段距离？ 你认为波的周期和频率由什么决定？ 波源 三、波长、频率和波速 3.周期和频率：波源质点振动的周期（或频率）就是波的周期（或频率） 几点说明 (1)波的周期（或频率）应由波源决定，与传播波的介质无关。 (2)每经过一个周期的时间波就沿传播方向传播一个波长的距离。 (3)每经历一个周期，原有的波形图不改变。 三、波长、频率和波速 4.波速：机械波在介质中传播的速度。 在单位时间内某一波峰或波谷（疏部和密部）向前移动的距离，等于波速 ｘ ｙ ｏ ｔ时刻的波形 △x ｔ＋△ｔ 时刻波形 物理意义：反映振动在介质中传播的快慢程度 ｔ时刻 波形 t+Δt时刻波形 Δx=λ x/m y/m 1 2 3 4 2 －2 传播方向 5 t t=T 6 7 5 三、波长、频率和波速 4.波长、频率和波速之间的关系 三、波长、频率和波速 说明: (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。 (2)波从一种介质进入另一种介质，周期不变，波长和波速均发生变化；波在同一介质中传播，当周期发生变化，波长也发生变化。 图 象 相同点 1.形状 2.纵坐标 不同点 1.研究对象 2.横坐标表示 3.读出的物理量 X t 0 振动图象 Y X 0 波的图象 1.图象形状都是正弦或余弦曲线 2.纵坐标都表示质点离开平衡位置的位移 1.某一质点（不同时刻） 一群质点（同一时刻） 2.横轴表时间 横轴表平衡位置 3.可直接读出周期 可直接读出波长 3.纵坐标的最大值都表示振幅 波的图象与振动图象的区别 (1)周期性 ①时间周期性：相隔周期整数倍时间的两个时刻的波形图完全相同，时间间隔Δt与周期T的关系不明确造成多解． ②空间周期性：沿传播的方向上，相隔波长的整数倍距离的两质点的振动情况完全相同，质点间距离Δx与波长λ的关系不明确造成多解． 六、波的多解问题 1．造成波动问题多解的主要因素 (2)双向性 对给定的波形图，波的传播方向不同，质点的振动方向也不同，反之亦然 六、波的多解问题 ①传播方向双向性：波的传播方向不确定． ②振动方向双向性：质点振动方向不确定． (1)质点达到最大位移处，则有正向和负向最大位移两种可能． (2)质点由平衡位置开始振动，则有起振方向向上、向下(或向左、向右)的两种可能． (3)只告诉波速不指明波的传播方向，应考虑沿x轴正方向和x轴负方向两个方向传播的可能． (4)只给出两时刻的波形，则有多次重复出现的可能等． 六、波的多解问题 2．波动问题的几种可能性 (1)解决周期性多解问题时，一般采用从特殊到一般的思维方法，即找出一个周期内满足条件的关系Δ t或Δ x，若此关系为时间，则t ＝ nT＋ Δ t(n ＝ 0，1，2，…)；若此关系为距离，则x ＝ n λ＋Δ x(n ＝ 0，1，2，…)。 六、波的多解问题 3．解决波的多解问题的方法 (2)解决双向性多解问题时,养成全面思考的习惯，熟知波有向正、负(或左、右)两方向传播的可能，质点有向上、下(或左、右)两方向振动的可能。 课堂小结 01 波的图像 02 波长 周期 03 波的应用 波的图像是在波 的传播方向上介质中 各振动质点的连线在 某一时刻的波形． 简谐波：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。 常用方法： （1）质点带动法 （2）图象平移法 （3）上下坡法 （4）三角形法 （5）同侧法 学科网 rbm.xkw.com rbm.xkw.com rbm.xkw.com Lavf57.83.100 学科网版权所有 $$