版选修3_4.pptx

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1、第2章,机械波,第1讲 波的形成和描述,目标定位 1.理解机械波的形成过程和产生条件,知道波的分类及横波和纵波的概念,明确机械波传播的特点. 2.知道波的图象,能从中获取波长、振幅、质点运动方向或波的传播方向等信息. 3.能区别振动图象和波动图象.,4.知道波长、周期、频率和波速的概念,会用vf进行有关计算. 5.掌握波在传播过程中的周期性和双向性特点,栏目索引 CONTENTS PAGE,一、波的形成与传播,1介质:绳子、水、空气、地壳等传播 的物质 2机械波: 在介质中的传播称为机械波,简称波 3波的形成:前一质点的振动总是要 后一个质点振动,依次带动下去, 也就由发生区域向远处传播,从而

2、形成了波,机械振动,波,带动,振动,4机械波是 这种运动形式的传播,介质本 身 沿着波的传播方向迁移 5波也是传递 的一种方式,机械振动,不会,能量,二、波的分类,1根据质点的振动方向和波的传播方向之间的关系,可以把机械波分为 和 两类 2横波 (1)定义:质点的振动方向与波的传播方向 的波 (2)描述 波峰:凸起的 处 波谷:凹下的 处,横波,纵波,垂直,最高,最低,3纵波 (1)定义:质点的振动方向与波的传播方向在 上 的波 (2)描述 密部:质点分布最 的地方 疏部:质点分布最 的地方,同一直线,密,疏,三、波的描述,1波的图象描述 (1)波的图象:用横坐标x表示波传播方向上各个质点的

3、,用纵坐标y表示各个质点离开平衡位置的 ,规定位移方向向上为正值在坐标平面内,以 时刻 质点的x、y值描出各对应点,再把这些点用光滑的曲线连接起来,就得到该时刻波的图象,也称波形曲线或波形,平衡位置,位移,某一,各个,(2)简谐波 定义:如果介质中各个质点做 运动,它所形成的波就是一种最基本、最简单的波,叫做简谐波 波形:正弦(或余弦)曲线,简谐,2波的特征 (1)周期:质点完成一次全振动经历的 ,用T表示波在介质中传播时,各质点的振动周期 ,都等于 的振动周期 (2)频率:介质中的质点 完成全振动的次数,用f表示,时间,相同,波源,每秒,(4)波长:沿着波的传播方向,两个 的、相对平衡位置的

4、位移和振动方向总是 的质点间的距离 (5)波速,决定因素:机械波在介质中的传播速率是由 本身的性质决定的,相邻,相同,介质,f,(3)周期和频率的关系:T,想一想 波速就是振动速度吗? 答案 不是波速是振动形式向外传播的速度,始终沿传播方向,在同一介质中波速不变;振动速度是指质点在平衡位置附近振动的速度,大小和方向都随时间做周期性变化.,一、波的形成和传播,1波的形成 传播波的物质,如水、绳、空气等,可以分成许多小部分,每一小部分都可以看作质点当其中一个质点振动时,由于质点间的相互作用,就带动相邻的质点振动起来,该质点又带动后面的质点振动起来,这样振动的状态就传播出去,形成了机械波,3机械波的

5、传播 (1)波动的周期等于质点振动的周期,且各质点的振动周期都与波源的振动周期相同 (2)离波源越远,质点的振动越滞后,但各质点的起振方向与波源起振方向相同,(3)机械振动在介质中的传播形成机械波,所以有机械波,一定有机械振动;但有机械振动,不一定有机械波 (4)波传播的只是振动形式,介质中的每个质点只在自己平衡位置附近振动,并不随波迁移,例1 下列关于机械波的说法中,正确的是( ) A质点都在各自的平衡位置附近振动 B相邻质点间必有相互作用力 C前一质点的振动带动相邻的后一质点的振动,后一质点的振动必定落后于前一质点 D各质点随波的传播而迁移 E离波源越远,质点的振动频率越小,解析 振源依靠

6、介质中各相邻质点间的相互作用力使周围的质点依次振动起来,且后一质点的振动必定落后于前一质点,选项B、C正确; 质点只在它们各自的平衡位置附近做受迫振动,它们振动的频率均与波源的频率相同,选项A正确,E错误; 波在传播过程各质点不随波迁移,选项D错误 答案 ABC,二、波长、频率、周期、波速,1周期和频率:只取决于波源,波的周期和频率就是指波源的周期和频率,与v、无任何关系 2速度v:决定于介质的性质,同一种均匀介质,波在其中传播的速度恒定 3波长:对于同一列波,其波长、波速、周期的关系不会变化,始终是v f,既然v、T都由相关因素决定,所以这些因素共同决定了波长,即波长由波源和介质共同决定,例

7、2 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 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,选项A错误;由波的频率定义可知选项B正确; 波速是波的传播速度,与波源的振动速度不同,选项C错误; 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vf可知波长改变,选项D正确 答案 BD,借题发挥 波长的定义中要强调“总是相同”的理解;波的频率等于波源的振动频率;波速由介质决定;波长由

8、波源和介质共同决定,三、波的图象的理解和应用,由波的图象可获取的信息 1直接读出波长,若已知波速,可计算出周期、频率,或已知周期、频率可计算出波速 2直接读出该时刻各质点的位移,间接判断回复力、加速度等的情况 3介质中各质点的振幅,4已知波的传播方向,可判断质点的振动方向常用方法有: (1)带动法: 原理:先振动的质点带动邻近的后振动质点 方法:在质点P靠近波源一方附近的图象上另找一点P,若P在P上方,则P向上运动,若P在P下方,则P向下运动如图1所示,图1,(2)上、下坡法: 如图2所示,沿波的传播方向看,“上坡”的质点向下振动,如D、E、F;“下坡”的质点向上振动,如A、B、C,简称“上坡

9、下振,下坡上振”,图2,(3)同侧法: 质点的振动方向与波的传播方向在波的图象 的同一侧,如图3所示 5已知质点的振动方向,可判断波的传播方向 仍是上述几种方法,只需将判定的程序倒过来,“反其道而行之”,图3,例3 一列沿x轴正方向传播的简谐机械横波,波速为2 m/s.某时刻波形如图4所示,下列说法正确的是( ),A这列波的振幅为4 cm B这列波的周期为3 s C此时x1 m处的质点的加速度为0 D此时x2 m处的质点运动方向沿y轴正方向,图4,答案 D,针对训练1,图5为一列简谐横波在介质中传播的波形图在传播过程中,某一质点在10 s内运动的路程是16 m,则此波的波速是( ) A1.6

10、m/s B2.0 m/s C40 m/s D20 m/s,图5,答案 C,四、振动图象与波动图象的比较,例4 根据图6甲、乙所示,分别判断下列说法正确的是( ),A甲是振动图象,乙是波动图象 B甲是波动图象,乙是振动图象 C甲中A质点向下振,乙中B时刻质点向下振 D甲中A质点向上振,乙中B时刻质点向下振,图6,解析 波动图象的横坐标为波的传播方向上各质点的平衡位置,振动图象的横坐标为时间,故A错,B对; 甲中A质点被其左侧的质点带动向上振,乙中B时刻后位移由零变为负值,故向下振,所以C错,D对 答案 BD,借题发挥 振动图象与波的图象的区别: (1)波的图象和振动图象是不同的,波的图象描述的是

11、介质中的“各质点”在“某一时刻”离开平衡位置的位移;而振动图象描述的是“一个质点”在“各个时刻”离开平衡位置的位移 (2)坐标轴所表示的物理量:波动图象中的横轴x表示介质中各个振动质点的平衡位置,纵轴y表示各个振动质点在某时刻的位移;振动图象的横轴t表示一个振动质点振动的时间,纵轴y表示这个质点振动时各个不同时刻的位移,针对训练2 图7a为一列简谐横波在t2 s时的波形图,图b为介质中平衡位置在x1.5 m处的质点的振动图象,P是平衡位置为x2 m的质点下列说法正确的是( ),图7,A波速为0.5 m/s B波的传播方向向右 C02 s时间内,P运动的路程为8 cm D02 s时间内,P向y轴

12、正方向运动 E当t7 s时,P恰好回到平衡位置,答案 ACE,1如图8所示,沿水平方向的介质中的部分质点,相邻质点间的距离相等,其中O为波源,设波源的振动周期为T,自波源通过平衡位置竖直向下振动开始计时,经过 ,质点1开始振动,则下列关于各质点的振动和介质中的波的说法正确的是( ),波的形成和传播,图8,A介质中所有的质点的起振方向都竖直向下,图中质点9起振最晚 B图中所画出的质点起振时间都是相同的,起振的位置和起振的方向是不同的 C图中质点8的振动完全重复质点7的振动,只是质点8起振时,通过平衡位置或最大位移处的时间总是比质点7通过相同位置时落后,D只要图中所有的质点都已振动了,质点1与质点

13、9的振动步调就完全一致,但如果质点1发生的是第100次振动,则质点9发生的是第98次振动,解析 从题图可知,质点9是图中距波源最远的点,尽管与振源起振方向相同,但起振时刻最晚,故选项A正确、选项B错误; 质点7与质点8相比较,质点7是质点8的前质点,7、8质点间的振动步调相差 ,故选项C正确; 质点9与质点1相距2个波长,质点9比质点1晚2T开始起振,一旦质点9起振后,质点1、9振动步调就完全一致,故选项D正确 答案 ACD,波的描述,2一竖直悬挂的弹簧振子,下端装有一记录笔,在竖直面内放置有一记录纸当振子上下振动时,以速率v水平向左匀速拉动记录纸,记录笔在纸上留下如图9所示的图象y1、y2、

14、x0、2x0为纸上印迹的位置坐标由此图求振动的周期和振幅,图9,3如图10所示是一列简谐波在t0时刻的波形图,介质中质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式为y10sin 5t(cm)关于这列简谐波,下列说法中正确的是( ),A周期为5 s B振幅为20 cm C传播速度为25 cm/s D沿x轴正方向传播,图10,因是正弦函数,所以t0时刻P点沿y轴正方向运动,根据“上下坡”法可知波沿x轴正方向传播,故D对,答案 D,波的图象与振动图象的比较,4图11(a)为一列简谐横波在t0.1 s 时刻的波形图,P是平衡位置在x1 m处的质点,Q是平衡位置在x4.0 m处的质点;图(b)为质点Q的振动图象下列说法正确的是_,图11,结合题图(a),由“同侧法”判得波沿x轴负方向传播,画出t0.25 s时的波形图,标出P、Q点,如图,此时P点在x轴下方,其加速度沿y轴正方向,B正确t0.25 s0.1 s0.15 s,xvt6 m,C正确,P点起始位置不在平衡位置或最大位移处,故D错误,答案 BCE,

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