2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修1 第3章机械波第2节波的描述课件

2.波的描述一、横波的图像一、横波的图像1.1.波的图像的画法波的图像的画法:位移位移y y轴轴位移位移 平滑平滑2.2.横波图像的物理意义横波图像的物理意义:波的图像直观地表明了离波源波的图像直观地表明了离波源不同距离的各振动质点在某一时刻的不同距离的各振动质点在某一时刻的_._.3.3.横波图像的特点横波图像的特点:简谐波的波形为简谐波的波形为_曲线曲线.位置位置正弦正弦【判一判判一判】(1)(1)波的图像是质点的运动轨迹波的图像是质点的运动轨迹.()(2)(2)波的图像一定是正弦波波的图像一定是正弦波.()(3)(3)波的图像可以表示同一时刻各质点偏离平衡位置的波的图像可以表示同一时刻各质点偏离平衡位置的位移位移.()提示提示:(1)(1).波的图像不能描述质点的运动轨迹波的图像不能描述质点的运动轨迹.(2)(2).简谐波的波形为正弦波简谐波的波形为正弦波,其他波的波形不一定为其他波的波形不一定为正弦波正弦波.(3).(3).波的图像描述的是波在传播方向上的介质中的波的图像描述的是波在传播方向上的介质中的各质点在某一时刻偏离平衡位置的位移各质点在某一时刻偏离平衡位置的位移.二、波的图像与振动图像的比较二、波的图像与振动图像的比较比较内容比较内容波的图像波的图像(简谐波简谐波)振动图像振动图像(简谐运动简谐运动)研究内容研究内容某一时刻介质中各某一时刻介质中各质点的位置相对于质点的位置相对于_的位移的位移某一质点在振动过某一质点在振动过程中程中,各时刻相对于各时刻相对于_的位移的位移图像形状图像形状_(_(或或_)_)曲线曲线_(_(或或_)_)曲线曲线平衡位置平衡位置平衡位置平衡位置正弦正弦余弦余弦正弦正弦余弦余弦比较内容比较内容波的图像波的图像(简谐波简谐波)振动图像振动图像(简谐运动简谐运动)横坐标横坐标表示在波的传播表示在波的传播方向上各质点的方向上各质点的_表示表示_纵坐标纵坐标某一时刻各质点某一时刻各质点偏离偏离_的位移的位移某一质点各时刻偏离某一质点各时刻偏离_的位移的位移平衡位置平衡位置时间时间t t平衡位置平衡位置平衡位置平衡位置比较内容比较内容波的图像波的图像(简谐波简谐波)振动图像振动图像(简谐运动简谐运动)横轴上相邻横轴上相邻的两个状态的两个状态总一致的点总一致的点之间的距离之间的距离的含义的含义_波长波长周期周期T T【想一想想一想】如图甲为波的图像如图甲为波的图像,图乙为振动图像图乙为振动图像,波的波的图像外形上与振动图像相似图像外形上与振动图像相似,如何辨别它们如何辨别它们?提示提示:可根据图像的横坐标的意义进行区别可根据图像的横坐标的意义进行区别,若横坐标若横坐标为时间为时间t,t,表示振动图像表示振动图像,若横坐标为位置若横坐标为位置x,x,表示波的图表示波的图像像.知识点一知识点一对波的图像的理解及应用对波的图像的理解及应用思考探究思考探究:如图所示是一列简谐波在某一时刻的图像如图所示是一列简谐波在某一时刻的图像.(1)(1)波的图像是什么形状的曲线波的图像是什么形状的曲线?(2)(2)由图像可读出什么由图像可读出什么?提示提示:(1)(1)波的图像是波的图像是余弦曲线余弦曲线.(2)(2)由图像可读出振幅由图像可读出振幅A,A,某一时刻各质点的位移某一时刻各质点的位移.【归纳总结归纳总结】1.1.对波的图像的理解对波的图像的理解:(1)(1)波的图像是某一时刻介质中各个质点运动情况的波的图像是某一时刻介质中各个质点运动情况的“定格定格”.可以将波的图像比喻为某一时刻对所有质点拍可以将波的图像比喻为某一时刻对所有质点拍摄下的摄下的“集体照集体照”.(2)(2)简谐波的图像是正简谐波的图像是正(余余)弦曲线弦曲线,是最简单的一种波是最简单的一种波,各个质点振动的最大位移都相等各个质点振动的最大位移都相等,介质中有正弦波传播介质中有正弦波传播时时,介质中的质点做简谐运动介质中的质点做简谐运动.(3)(3)横波的图像形状与波在传播过程中介质中各质点某横波的图像形状与波在传播过程中介质中各质点某时刻的分布相似时刻的分布相似,波形中的波峰即为图像中的位移正向波形中的波峰即为图像中的位移正向的最大值的最大值,波谷即为图像中的位移负向的最大值波谷即为图像中的位移负向的最大值,波形波形中通过平衡位置的质点在图像中也恰处于平衡位置中通过平衡位置的质点在图像中也恰处于平衡位置.2.2.由波的图像获得的三点信息由波的图像获得的三点信息:(1)(1)可以直接看出在该时刻沿传播方向上各个质点的位可以直接看出在该时刻沿传播方向上各个质点的位移移.(2)(2)可以直接看出在波的传播过程中各质点的振幅可以直接看出在波的传播过程中各质点的振幅A.A.(3)(3)若已知该波的传播方向若已知该波的传播方向,可以确定各质点的振动方可以确定各质点的振动方向向;或已知某质点的振动方向或已知某质点的振动方向,可以确定该波的传播方可以确定该波的传播方向向.3.3.波的图像的周期性波的图像的周期性:在波的传播过程中在波的传播过程中,各质点都在各质点都在各自的平衡位置附近振动各自的平衡位置附近振动,不同时刻质点的位移不同不同时刻质点的位移不同,则不同时刻波的图像不同则不同时刻波的图像不同.质点的振动位移做周期性变质点的振动位移做周期性变化化,则波的图像也做周期性变化则波的图像也做周期性变化.经过一个周期经过一个周期,波的图波的图像复原一次像复原一次.4.4.波的传播方向的双向性波的传播方向的双向性:如果只知道波沿如果只知道波沿x x轴传播轴传播,则则有可能沿有可能沿x x轴正向传播轴正向传播,也可能沿也可能沿x x轴负向传播轴负向传播,具有双具有双向性向性.【特别提醒特别提醒】(1)(1)质点位移与振幅方面质点位移与振幅方面:在某一时刻各个质点的位移在某一时刻各个质点的位移不同不同,但各个质点的振幅是相同的但各个质点的振幅是相同的.(2)(2)各质点的振动方面各质点的振动方面:简谐波中的所有质点都做简谐简谐波中的所有质点都做简谐运动运动,它们的周期均相同它们的周期均相同.【典例示范典例示范】(多选多选)一列沿一列沿x x轴正方向传播的简谐横波轴正方向传播的简谐横波在在t=0t=0时刻的波形如图所示时刻的波形如图所示,质点质点P P的的x x坐标为坐标为3m.3m.已知任已知任意振动质点连续意振动质点连续2 2次经过平衡位置的时间间隔为次经过平衡位置的时间间隔为0.4s.0.4s.下列说法正确的是下列说法正确的是()A.A.波速为波速为4m/s4m/sB.B.波的频率为波的频率为1.25Hz1.25HzC.xC.x坐标为坐标为15m15m的质点在的质点在t=0.6st=0.6s时恰好位于波谷时恰好位于波谷D.xD.x坐标为坐标为22m22m的质点在的质点在t=0.2st=0.2s时恰好位于波峰时恰好位于波峰E.E.当质点当质点P P位于波峰时位于波峰时,x,x坐标为坐标为17m17m的质点恰好位于波的质点恰好位于波谷谷【解题探究解题探究】(1)(1)如何求波的波速如何求波的波速?提示提示:v=v=.(2)(2)如何确定该横波的周期如何确定该横波的周期?提示提示:由任意振动质点连续由任意振动质点连续2 2次经过平衡位置的时间间次经过平衡位置的时间间隔可求得周期隔可求得周期.【正确解答正确解答】选选B B、D D、E.E.任意振动质点连续任意振动质点连续2 2次经过次经过平衡位置的时间间隔为平衡位置的时间间隔为0.4s,0.4s,则则 T=0.4s,T=0.4s,解得解得T=0.8s.T=0.8s.从图像中可知从图像中可知=4m,=4m,所以根据公式所以根据公式v=m/s=5m/s,v=m/s=5m/s,故故A A错误错误;根据公式根据公式f=f=可得波的频率为可得波的频率为1.25Hz,B1.25Hz,B正确正确;x x坐标为坐标为15m15m的质点和的质点和x x坐标为坐标为3m3m的质点相隔的质点相隔12m,12m,为波长为波长的整数倍的整数倍,即两质点为同相点即两质点为同相点,而而x x坐标为坐标为3m3m的质点经过的质点经过t=0.6st=0.6s即四分之三周期振动到平衡位置即四分之三周期振动到平衡位置,所以所以x x坐标为坐标为15m15m的质点在的质点在t=0.6st=0.6s时振动到平衡位置时振动到平衡位置,C,C错误错误;x;x坐标为坐标为22m22m的质点和的质点和x x坐标为坐标为2m2m的质点为同相点的质点为同相点,x,x坐标为坐标为2m2m的的质点经过质点经过t=0.2st=0.2s即四分之一周期恰好位于波峰即四分之一周期恰好位于波峰,故故x x坐坐标为标为22m22m的质点在的质点在t=0.2st=0.2s时恰好位于波峰时恰好位于波峰,D,D正确正确;当质当质点点P P位于波峰时位于波峰时,经过了半个周期经过了半个周期,而而x x坐标为坐标为17m17m的质点的质点和和x x坐标为坐标为1m1m的质点为同相点的质点为同相点,经过半个周期经过半个周期x x坐标为坐标为1m1m的质点恰好位于波谷的质点恰好位于波谷,E,E正确正确.【过关训练过关训练】1.1.如图所示是一如图所示是一列简谐横波在列简谐横波在t=0t=0时刻的波动图像时刻的波动图像.如果如果此时刻质点此时刻质点P P的运动方向沿的运动方向沿y y轴负方向轴负方向,且且经过经过0.55s0.55s质点质点P P恰好第恰好第3 3次到达次到达y y轴正方向最大位移处轴正方向最大位移处.关于这列横波关于这列横波,下列说法正确的是下列说法正确的是()A.A.这列横波沿着这列横波沿着x x轴正向传播轴正向传播B.B.这列横波的周期为这列横波的周期为0.4s0.4sC.C.这列横波的波速为这列横波的波速为2m/s2m/sD.D.在在0 01.2s1.2s时间内时间内,质点质点Q Q经过的路程为零经过的路程为零【解析解析】选选C.C.由于由于t=0t=0时刻时质点时刻时质点P P的运动方向沿的运动方向沿y y轴轴负方向负方向,所以这列横波沿着所以这列横波沿着x x轴负向传播轴负向传播,故选项故选项A A错误错误;经过经过0.55s0.55s质点质点P P恰好第恰好第3 3次到达次到达y y轴正方向最大位移处轴正方向最大位移处,即即2 T=0.55s,2 T=0.55s,所以周期是所以周期是0.2s,0.2s,横波的波速为横波的波速为v=v=m/s=2m/s,m/s=2m/s,在在0 01.2s1.2s时间内即时间内即6 6个周期内个周期内,质点质点Q Q经经过的路程为过的路程为1.2m,1.2m,故选项故选项D D错误错误.2.2.一简谐横波沿一简谐横波沿x x轴正向传播轴正向传播,图甲是图甲是t=0t=0时刻的波形图时刻的波形图,图乙是介质中某质点的振动图像图乙是介质中某质点的振动图像,则该质点的则该质点的x x坐标值坐标值合理的是合理的是()A.0.5mA.0.5mB.1.5mB.1.5mC.2.5mC.2.5mD.3.5mD.3.5m【解析解析】选选C.C.根据题干中图乙可知根据题干中图乙可知,该质点在该质点在t=0t=0时刻时刻竖直方向的坐标为竖直方向的坐标为-0.2my-0.1m,-0.2my-0.1m,并且向并且向y y轴的负方向轴的负方向运动运动.根据题意该波沿根据题意该波沿x x轴正向传播轴正向传播,所以该质点的所以该质点的x x坐坐标值只能为标值只能为2mx3m,2mx3m,故选项故选项C C正确正确.3.(3.(多选多选)如图所示为一列向右传播的简谐横波在某个如图所示为一列向右传播的简谐横波在某个时刻的波形时刻的波形,由图像可知由图像可知()A.A.质点质点b b此时位移为零此时位移为零B.B.质点质点b b此时向此时向-y-y方向运动方向运动C.C.质点质点d d的振幅是的振幅是2cm2cmD.D.质点质点a a再经过再经过 通过的路程是通过的路程是4cm,4cm,偏离平衡位置的位偏离平衡位置的位移是移是4cm4cm【解析解析】选选