高中粤教版 (2019)第三章 机械波第二节 机械波的描述精品课件ppt

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观察波的实际图像，能通过建立直角坐标系建模的方法画出波的图像来描述横波。通过观察、分析波的图像，理解波峰、波谷等概念。理解波速、波长和频率的关系，能用波长、波速和频率等概念解释波的传播问题；通过分析波形在相邻质点间的传播过程，理解质点间的作用和能量关系。能应用波的图像结合描述波的物理量解决实际问题，感受应用物理学工具解决问题的乐趣。
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？
思考：通过观察，绳波在某时刻的图像是什么形式？
2.波的图像的物理意义波的图象表示介质中各个质点在某一时刻(同一时刻)偏离平衡位置的位移的空间分布情况。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。
4.由波的图像上提取的信息（1）直接读出各质点的振幅A
（2）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
3.波峰、波谷：从横波的图像中可以看到，在波的传播方向上达到正向最大位移的质点和达到反向位移的最大质点交替出现。前者所在处叫波峰，后者所在处叫波谷。
5.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P靠近波源一方附近的图像上另找一点P′，若P′在P点上方，则P向上振动，若P′在下方，则P向下振动．
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
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。如图丙
例 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、D、E、F、G、H、I 九个质点，下列说法错误的是(　　)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
解析：在波动图像中纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移，故A说法错误，B说法正确；在简谐波中各质点都做简谐运动，振幅都等于波源的振幅，故C、D说法正确．
拓展：振动图像与波动图像的比较
思考1.两种图像横轴坐标的意义有何不同？2.两种图像描述的对象有何不同？3.两个图像最本质的区别是什么？4.两个图像中如何找质点的振动方向？
反映一个质点在各个时刻的位移
反映某一时刻各个质点的位移
二、描述机械波的物理量
探究：在一不可伸长的细绳上等距离地固定几个质量很小的小球,某时刻小球及绳位置如图所示,然后加入一直角坐标系。
讨论:(1)1、5小球的距离和2、6小球的距离有何关系?(2)1与5小球振动情况、2与6小球振动情况有何关系?
提示:(1)相等　(2)1与5小球振动情况相同、2与6小球振动情况相同。
1、波长：在波动中，对平衡位置的位移总是相同的两个相邻质点之间的距离，叫作波长。（1）注意：“位移总是相同” 且“相邻”两质点的准确含义（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.波速：（1）定义：振动状态（以波峰或者波谷作为标记）在介质中的传播速度。
（2）波速的理解:波速由介质决定，波在同一均匀介质中匀速传播，波速不变；区分质点的振动速度和波的传播速度
3.周期：在波动中，各个质点都是在波源的带动下做受迫振动，振动周期或频率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。质点的振动周期由波源决定。
4.波速和波长、频率的决定因素及关系
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。
例2：两人分别乘坐静止在湖面上的甲、乙两条小船，两串在湖面上相距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。
1.波的传播方向的双向性(1)波的传播方向不确定。(2)质点振动方向不确定。
2.由于波的周期性造成多解 (1)时间的周期性:时间间隔Δt与周期T的关系不明确。 (2)空间的周期性:波的传播距离Δx与波长λ的关系不明确
例 图中的实线是一列正弦波在某一时刻的波形图。经过0.5 s 后，其波形如图中虚线所示。设该波的周期 T 大于 0.5 s。 （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？
分析 这列波的周期大于 0.5 s，所以经过 0.5 s 的时间，这列波传播的距离不可能大于一个波长 λ。当波向左传播时，图中的波峰 1 只能到达波峰 2，而不可能向左到达更远的波峰。当波向右传播时，图中的波峰 1 只能到达波峰 3，而不可能向右到达更远的波峰。
解：（1）如果波是向左传播，则 ，由 得v ＝ 0.12 m/s
（2）如果波是向左传播，则 ， 由 得v ＝ 0.36 m/s
1、 波形图像与振动图像的区别：波形图像表示介质中的“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。2、波的传播方向与质点振动方向的关系：带动法、上下坡发、同侧法、微平移法。3、波长、频率、周期、波速之间的关系：
1.［多选］关于机械波的频率、波速、波长，下列说法正确的是（　　）A.两个相邻的均处于平衡位置的质点间的距离为一个波长B.波的频率等于波源的振动频率C.波速等于波源的振动速度D.波由一种介质进入另一种介质，波速和波长都要改变
解析：A错：由波长的定义可知，两个相邻的均处于平衡位置的质点间的距离为半个波长。B对：由波的频率定义可判断。C错：波速是波的传播速度，与波源的振动速度不同。D对：波在同一种均匀介质中匀速传播，进入不同介质时，频率不变，但波速改变，由v=λf可知波长改变。
2.［多选］如图 所示，波源在O点沿y轴振动所形成的一列简谐横波向x轴正方向传播，波速为10 m/s。此时x=18 m处的质点刚好起振，且质点P和Q的位移分别为1 cm和-1 cm。则（ 　 　） A.波源的起振方向为y轴正方向B.P和Q两质点的速度相同C.P质点再经过0.5 s回到平衡位置D.再经过10 s，x=115 m处的质点恰好在波谷处
解：方法一（平移法）由题意知，波速v= =4 m/s，波长λ=8 m，则周期T= = =2 s，17 s内的周期数n= = ，根据波的时间与空间的周期性，将波向x轴正方向平移 即可，如图甲中虚线所示。 甲　　　　　　 　　 乙方法二（特殊点法）如图乙所示，在图中原波形上取两个特殊质点a、b，因为Δt= ，取 ，找出a、b两质点再振动 后的位置a′、b′，过a′、b′画一条正弦曲线即可。
3.如图所示是一列简谐横波在某时刻的波形图，若每隔0.2 s，波沿x轴正方向推进0.8 m，试画出此后17 s时的波形图。
解：可以画出PQ之间的最简单的波形，如所示。由于PQ间可能含有多个完整的波形，则 （n=0，1，2，…）整理可以得到λ= （n=0，1，2，…）当n=0时，λ=0.30 m当n=1时，λ=0.10 m，故选项B正确。
4. 如图 所示，一列简谐横波向右传播，P、Q两质点平衡位置相距0.15 m。当P运动到上方最大位移处时，Q刚好运动到下方最大位移处，则这列波的波长可能是（　　） m m m m
5.如图所示，实线是某时刻的波形图，虚线是0.2 s后的波形图。（1）若波向左传播，求它的可能周期和最大周期。（2）若波向右传播，求它的可能传播速度。（3）若波速是45 m/s，求波的传播方向。
【解】（1）若波向左传播，传播的时间为Δt= T+nT（n=0，1，2，…），所以T= = s= s（n=0，1，2，3，…），最大周期为Tm= s≈0.27 s。（2）若波向右传播，传播的时间为Δt= +nT（n=0，1，2，…），T= = = s（n=0，1，2，…），而λ=4 m，所以v= =5（4n+1）m/s（n=0，1，2，…）。（3）若波速是45 m/s，设波向右传播，由v= =5（4n+1）得45=5（4n+1），解得n=2。故假设成立，波向右传播。或Δx=vΔt=45×0.2 m=9 m，因为λ=4 m，所以Δx=2λ+ λ。由图像可知波向右传播。