【物理】波的描述教学课件-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册.pptx

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1、3.2波的描述人教版（2019）选修 第一册1.1.能用描点法作横波的图像，理解波的图像的意义。能用描点法作横波的图像，理解波的图像的意义。2.2.理解波长、频率和波速的意义及其关系。理解波长、频率和波速的意义及其关系。3.3.能判断波的传播方向与质点振动的方向。能判断波的传播方向与质点振动的方向。学习目标学习目标观察水波，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？描述一列波呢？如果能，坐标轴表示的是什么物理量？为了从整体上形象地描绘出波的运动情况为了从整体上形象

2、地描绘出波的运动情况，可应用波的图像来刻画。，可应用波的图像来刻画。导入新课导入新课用相机对绳上横波进行拍照，照片记录了用相机对绳上横波进行拍照，照片记录了各个质点在各个质点在按下快门瞬间的按下快门瞬间的具体位置。具体位置。思考：要描述传播机械波的介质中各质点的空间位置，在直角坐标系中，要描述传播机械波的介质中各质点的空间位置，在直角坐标系中，横、纵横、纵坐标应分别表示什么物理量？怎样得到波的图像？坐标应分别表示什么物理量？怎样得到波的图像？一、波的图像一、波的图像yxO O本实例中规定：本实例中规定：本实例中规定：本实例中规定：位移向上为正值，向下为负值。x轴轴：表示在波：表示在波传播方向上

3、传播方向上各质点的各质点的平衡位置平衡位置。y轴轴：表示：表示某时刻某时刻各质点各质点偏离平衡位置的位移偏离平衡位置的位移。1.1.波的图象画法波的图象画法建立直角坐标系建立直角坐标系将将该时刻各质点该时刻各质点偏离平衡位置的偏离平衡位置的位移矢量的末端位移矢量的末端用光滑的曲线连接起来。用光滑的曲线连接起来。在在x0y坐标系中画出坐标系中画出某时刻各质点某时刻各质点偏离平衡位置的偏离平衡位置的位移位移。vyxO描述某一时刻介质各个质点偏离平衡位置的位移。2.2.波的图像物义波的图像物义 3.3.波的图象与振动图象的比较波的图象与振动图象的比较振动图象振动图象波动图象波动图象相相同同点点图线形

4、状图线形状纵坐标纵坐标纵坐标最大值纵坐标最大值不不同同点点研究对象研究对象物理意义物理意义横坐标横坐标图线变化图线变化运动特点运动特点xt0 0yx0 0都表示质点离开平衡位置的位移都表示质点离开平衡位置的位移表示振幅或波幅表示振幅或波幅不同时刻的一个质点不同时刻的一个质点某一时刻介质中的各个质点某一时刻介质中的各个质点不同时刻的一个质点偏离平不同时刻的一个质点偏离平衡位置的位移衡位置的位移某一时刻的各个质点偏离平某一时刻的各个质点偏离平衡位置的位移衡位置的位移时间的延续时间的延续，可求周期可求周期T T各质点平衡位置离波源的距离各质点平衡位置离波源的距离，可求波长可求波长变加速运动变加速运动

5、，速度周期性变化速度周期性变化同种均匀介质中匀速运动同种均匀介质中匀速运动xt0 0yx0 0延伸延伸平移平移放录像带放录像带拍合影拍合影波长：在波的传播方向上，波长：在波的传播方向上，相邻相邻的两个的两个振动相位总是相同振动相位总是相同的质点间的距离。的质点间的距离。1.1.波长波长二、波的波长、频率和波速二、波的波长、频率和波速建立波长概念：建立波长概念：演示：演示：演示：演示：（观察点）（观察点）编号编号1212的质点与波源振动相位关系的质点与波源振动相位关系编号编号1 1与与1313、2 2与与1414等质点振动等质点振动相位关系相位关系横波中横波中相邻相邻两个两个波峰波峰（或波谷或波

6、谷）之间之间的距离等于一个波长的距离等于一个波长纵波中纵波中相邻相邻两个两个密部密部（或疏部或疏部）之间的距离之间的距离等于一个波长等于一个波长密部密部疏部疏部密部密部密部密部疏部疏部3.3.波速波速 单位时间内振动所传播的距离叫做波速。单位时间内振动所传播的距离叫做波速。定义：定义：xt+t时刻时刻物义：物义：反映振动在介质中传播的快慢程度。反映振动在介质中传播的快慢程度。波的周期波的周期（或频率或频率）等于波源的等于波源的振动振动周期周期（或频率或频率）。2.2.频率频率 一列简谐波沿一列简谐波沿x轴负方向传播，在轴负方向传播，在t时刻，平衡位置在时刻，平衡位置在B B处质点处于波峰，经处

7、质点处于波峰，经过过t时间，时间，平衡位置在平衡位置在A A处处质点第一次到达波峰，则质点第一次到达波峰，则t时间内波传播的距离为时间内波传播的距离为x。xyt时刻时刻0A AB B结论：结论：结论：结论：经过一个周期，振动在介质中传播的距离等于一个波长。经过一个周期，振动在介质中传播的距离等于一个波长。4.4.波长、周期（或频率）和波速的关系波长、周期（或频率）和波速的关系 观察：由由振源振源 P P0 0 发出的振动，经过一个周期发出的振动，经过一个周期 T T，振动在介质中传播的距离与，振动在介质中传播的距离与波长关系：波长关系：介质介质波源波源波速由什么决定？波速由什么决定？频率由什么

8、决定？频率由什么决定？波长由什么决定？波长由什么决定？思考阅读：课本课本P68 P68 介质中的声速，你能得到什么结论？介质中的声速，你能得到什么结论？结论：结论：结论：结论：波速是由介质本身决定的，波速是由介质本身决定的，与与、T T无直接关系。无直接关系。波的传播方向波的传播方向质点的振动方向质点的振动方向波的成因法（又称质点带动法、模仿法）波的成因法（又称质点带动法、模仿法）前一质点依次前一质点依次带动带动后一质点后一质点延迟振动延迟振动口诀：口诀：口诀：口诀：先带后，后跟前先带后，后跟前，运动状态向后传。运动状态向后传。依据：依据：依据：依据：“前一质点前一质点”:介质中的两个质点，靠

9、近波源一侧的质点称前一质点。介质中的两个质点，靠近波源一侧的质点称前一质点。三、波的图像的应用三、波的图像的应用应用1：波的传播方向、质点的振动方向互判断方法x/m/my/cm/cm5 5-5-50 02 24 46 6vP PQ Q如果波传播方向未知，已知此刻如果波传播方向未知，已知此刻Q Q点的振动方向向下，请判断波的点的振动方向向下，请判断波的传播方向。传播方向。思考例：例：例：例：一列简一列简谐波沿谐波沿x正方向传播，某时刻波形如图，正方向传播，某时刻波形如图，判断该时刻点判断该时刻点P P质点质点 振动方向。振动方向。参考答案：参考答案：参考答案：参考答案：由图像可知，波源在点由图像

10、可知，波源在点Q Q右侧，故该波沿右侧，故该波沿-x方向传播。方向传播。微平移法微平移法如果已知某质点此刻振动方向向下，如何判断波的传播方向。试自行如果已知某质点此刻振动方向向下，如何判断波的传播方向。试自行选择一点进行分析。选择一点进行分析。已知波的传播方向，可确定各质点经过已知波的传播方向，可确定各质点经过t时间达到的位置时间达到的位置，进而确定运动进而确定运动方向，反之亦然。方向，反之亦然。作出经微小时间作出经微小时间t后的波形，将初、末时刻波形对比。后的波形，将初、末时刻波形对比。依据：依据：依据：依据：思考xyv同侧法同侧法探讨探讨探讨探讨:波传播方向、振动方向与曲线关系特点波传播方

11、向、振动方向与曲线关系特点xy用箭头表示方向，针对某一质点，将运动方向和波的传播方向用箭头画用箭头表示方向，针对某一质点，将运动方向和波的传播方向用箭头画在该质点上，表示方向的两个箭头总是位于波形曲线同侧。在该质点上，表示方向的两个箭头总是位于波形曲线同侧。结论结论结论结论:v简称：波传播方向与振动方向总在曲线同侧简称：波传播方向与振动方向总在曲线同侧针对练针对练针对练针对练1 1 1 1 图示为一列向右传播的简谐波在某时刻的波形图，试画出波形图上图示为一列向右传播的简谐波在某时刻的波形图，试画出波形图上A A、B B、C C、D D四个质点的振动方向。四个质点的振动方向。A AB BC C如

12、果这列波是向左传播的，则这四个质点的振动方向又如何？如果这列波是向左传播的，则这四个质点的振动方向又如何？思考xyD D针对练针对练2 2 如图所示为一列简谐波在某时刻的波形图，已知图形上某点的振动方如图所示为一列简谐波在某时刻的波形图，已知图形上某点的振动方向如图所示。试求这列波的传播方向。向如图所示。试求这列波的传播方向。yxO Ov如果已知这个质点做减速运动，则波的传播方向又如何？如果已知这个质点做减速运动，则波的传播方向又如何？思考 特殊点法（适用于特殊点法（适用于t=kT/4=kT/4情况）情况）x/my/m0 01 12 23 34 4v要求：画出再经要求：画出再经t=T/4=T/

13、4时的波形图时的波形图P PPPQ QQQ找出两点（平衡位置和波峰及波谷特殊点）并确定该点处质点的运动方向；找出两点（平衡位置和波峰及波谷特殊点）并确定该点处质点的运动方向；确定经确定经t时间后这两质点所达到的位置；时间后这两质点所达到的位置；按正弦规律画出新的波形。按正弦规律画出新的波形。总结步骤总结步骤总结步骤总结步骤应用应用2 2：由：由t时刻的波形图，画时刻的波形图，画t+t时刻波形图时刻波形图图象平移法图象平移法 依据：依据：依据：依据：经过时间经过时间 ，波在传播方向移动的距离，波在传播方向移动的距离 ，把图象沿传播方向把图象沿传播方向 平移平移 ，即得到相对应的图象。，即得到相对

14、应的图象。x/m/my/m/m0 01 12 23 34 4v若若x 怎么处理怎么处理？思考例题例题例题例题(课本课本课本课本P69)P69)P69)P69)图图中的实线是一列正弦波在某一时刻的波形图。经过中的实线是一列正弦波在某一时刻的波形图。经过0.5s0.5s后，后，其波形如图中虚线所示。设该波的周期其波形如图中虚线所示。设该波的周期T T大于大于0.5s0.5s。如果波是向左传播的，波的速度是多大？波的周期是多大？如果波是向左传播的，波的速度是多大？波的周期是多大？如果波是向右传播的，波的速度是多大？波的周期是多大？如果波是向右传播的，波的速度是多大？波的周期是多大？解：解：解：解：如

15、果波是向左传播，则如果波是向左传播，则 ，由，由 得得v v0.12 0.12 m/sm/s 波的周期为波的周期为：如果波是向左传播，则如果波是向左传播，则 ，由，由 得得 v v 0.36 0.36 m/s m/s 波的周期为波的周期为：新课讲授新课讲授 一列简谐横波沿一列简谐横波沿x轴正方向传播，在轴正方向传播，在x0 0和和x0.6 m0.6 m处的两个质点处的两个质点A A、B B的振动图象的振动图象如图所示如图所示。已知该波的波长大于已知该波的波长大于0.6 m0.6 m，求其波速和波长，求其波速和波长。课堂评价课堂评价参考答案：参考答案：参考答案：参考答案：由图像可知，由图像可知，T=0.4sT=0.4s，由于，由于ABAB间的距离小于一个波长，故质点间的距离小于一个波长，故质点A A的振动传的振动传到质点到质点B B经过的时间小于一个周期，即经过的时间小于一个周期，即t=0.3st=0.3s，因此，因此 ，不难得，不难得=0.8m=0.8m。