2.2 机械波的描述 课件-2025-2026学年高二下学期物理粤教版选择性必修第一册

第二节 机械波的描述 现场实验：用一根绳子，一端系在课室门把手，一端握在手里，用力抖动，观察绳子的形态。 问题： （1）机械波波形是怎样的？ （2）怎样研究机械波波形？ 2 一、机械波的图像 观察绳子的形态：波动 问题1：在数学中，我们是怎么研究各种图像的？ 利用平面直角坐标系。 问题2：研究波动能否用坐标系？如果引入坐标系，那么怎么样给波形建立坐标？ 小结：结合正余弦函数图像和波动形态，以平衡位置为横轴来建立坐标，则纵坐标就是上下偏离平衡位置的变化量——波形图。 3 一、机械波的图像 y 位移 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 平衡位置 正方向 负方向 O 4 3. 学会画波形图：在yOx坐标平面上画出某时刻各质点偏离平衡位置的位移. y 位移 x 平衡位置 O 将某时刻各质点偏离平衡位置的位移矢量的末端用光滑的曲线连接起来。 一、机械波的图像 5 一、机械波的图像 4.确定波的图像变化的情况有两种方法。 （1）是描点作图法。 （2）是图像平移作图法。 根据t=0时刻波的图像及传播方向，可知此时刻A、B、C、D、E、F各质点在该时刻的振动方向，由各个质点的振动方向可确定出经T/4后各个质点所在的位置，将这些点所在位置用平滑曲线连接起来，便可得到经T/4后时刻的波的图像。 6 二、描述机械波的物理量 问题3：振动图像和波的图像的区别和联系。 两种图像的不同含义 (1) 横坐标轴和纵坐标轴的含义 (2) 图像中某一点所表示的含义 (3) 图像的整体含义 A A x /m t /s 1 2 3 4 5 6 7 8 0 0.10 x y /m x /m 1 2 3 4 5 6 7 8 0 0.10 Y 振动图象（x-t） 波的图象(y-x) B B   波形图 振动图像 横坐标轴 x t 质点数量 无数个 1个 时间 某时刻，随时间发生平移 一段时间， 随时间增添 7 二、描述机械波的物理量 问题4：要想知道波从一个位置（如A）传到另一位置（如B）需要多长时间，我们还需要什么物理量呢？ （1）每一个质点的振动频率和周期有何特点？（相同） （2）为什么经过特定的时间,振动形式可以从第一个质点传到第二个质点，这个传播的快慢由谁决定？ 图像随时间的演变情况 14 0 t / s x / m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 15 振动图像 y/cm x/cm v O 波的图像 小结：机械波的速度我们就用一个新的物理量来表示：波速（v） 8 二、描述机械波的物理量 1.波速 y/cm x/cm O v （1）波速：振动状态在介质中的传播速度，用v表示。 （2）物理意义：描述振动形式在介质中传播的快慢程度。 ①波速的大小由介质的性质决定，与波源振动快慢无关。 （3）理解： ②一列波在同一均匀介质中是匀速传播的。 9 二、描述机械波的物理量 问题5：请同学们仔细观察动画演示，慢速下绳波的传播过程，观察波源在振动一个周期时波的传播特点，以及一个周期以后波的传播特点。 哪些点的振动步调完全一致？哪些点振动步调相反？ 在波动中，振动相位总是相同的两相邻质点间的距离叫做波长，这两个质点振动的时间差即质点振动的周期，也是波动的周期。（质点振动周期=波动的周期） 10 2.波长、周期 二、描述机械波的物理量 （1）从波动形状上看： 横波：两个相邻的波峰(或波谷)之间的距离等于一个波长。 λ λ λ 纵波：两个相邻的密部(或疏部)之间的距离等于一个波长。 11 二、描述机械波的物理量 （2）从质点振动角度看：各质点振动一周后又回到回到原来位置，所以相隔一个周期的两时刻波形相同。 （3）从波平移的角度看：每经过一个周期波形就沿传播方向平移一个波长距离。 λ λ λ 12 二、描述机械波的物理量 3.波速、波长、周期（频率）的关系 由可得 y/cm x/cm O v 13 二、描述机械波的物理量 注意区分波速与质点振动速度之间的关系。 波速：在同种均匀介质中具有某一定值。 质点振动速度：大小和方向都是随时间改变的。 x /cm y /cm 0 v 1 2 3 4 5 6 v 14 二、描述机械波的物理量 各物理量决定因素 ①波的周期T（频率f）：由波源决定，与介质无关。 ②波速v：由介质决定，与波源无关。 ③波长λ：由波源与介质共同决定。 一列波进入两种不同的介质，其频率不变，波速与波长相应改变。 15 三、机械波问题实例分析 【例题1】一列简谐横波波源振动图像如图所示，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。 【分析】机械波是机械振动在介质中的传播。简谐机械波的周期、振幅与波源处的简谐运动的周期、振幅相同。 三、机械波问题实例分析 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，其波形图像如图所示。 三、机械波问题实例分析 【例题2】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。有一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长。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长，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。 三、机械波问题实例分析 解：小船每分钟上下浮动30次，即每分钟完成30次全振动，故水波周期 甲船在波峰，乙船在波谷，两船间还有两个波峰，则水波波长 因此波速 四、本课小结 1.机械波的图像。 2.描述机械波的物理量：波速、波长、频率及之间的关系。 ， ， $