2018-2019學(xué)年高中物理 第十二章 機(jī)械波 第2節(jié) 波的圖象課件 新人教版選修3-4.ppt

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1、2 波的圖象,讀一讀,辨一辨,閱讀教材第27頁(yè),首先能正確畫(huà)出波的圖象,領(lǐng)會(huì)波的圖象的特點(diǎn),會(huì)根據(jù)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的方向判斷波的傳播方向。 1.如何正確作出波的圖象? 答案：(1)建立坐標(biāo)系:用橫坐標(biāo)x表示在波的傳播方向上各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置,縱坐標(biāo)y表示某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移。 (2)描點(diǎn):在坐標(biāo)系中描出一系列點(diǎn),使各點(diǎn)的橫坐標(biāo)為對(duì)應(yīng)質(zhì)點(diǎn)的平衡位置x,縱坐標(biāo)為該質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移y。 (3)連線:用一條平滑的曲線把描的點(diǎn)連接起來(lái)就是這列波此時(shí)的波的圖象。 2.波的圖象有何特點(diǎn)? 答案：(1)波的圖象也稱波形圖,簡(jiǎn)稱波形。如果波形是正弦曲線,這樣的波叫作正弦波,也叫簡(jiǎn)諧波。 (2)介質(zhì)中有正弦

2、波傳播時(shí),介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。,讀一讀,辨一辨,3.波的圖象與振動(dòng)圖象的意義是什么? 答案：(1)波的圖象表示介質(zhì)中的“各個(gè)質(zhì)點(diǎn)”在“某一時(shí)刻”的位移。 (2)振動(dòng)圖象表示介質(zhì)中“某一質(zhì)點(diǎn)”在“各個(gè)時(shí)刻”的位移。,讀一讀,辨一辨,1.思考辨析。 (1)波形上各質(zhì)點(diǎn)的振幅相等。 ( ) 答案：√ (2)波的圖象表示各個(gè)時(shí)刻各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位移。 ( ) 解析：波的圖象表示某一時(shí)刻各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位移。 答案： (3)從波的圖象上可以看出質(zhì)點(diǎn)在振動(dòng)過(guò)程中距離波源的位置不變。 ( ) 答案：√,讀一讀,辨一辨,2.探究討論。 (1)波的圖象的橫坐標(biāo)表示什么? 答案：表示在波的傳播方向上各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置。 (

3、2)波的圖象的縱坐標(biāo)表示什么? 答案：表示某一時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移。 (3)對(duì)于由質(zhì)點(diǎn)上下振動(dòng)形成的橫波,質(zhì)點(diǎn)位移的正方向一般如何規(guī)定? 答案：一般規(guī)定位移向上時(shí)為正。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,對(duì)波的圖象的理解及應(yīng)用 一列簡(jiǎn)諧波在某一時(shí)刻的圖象如圖所示。 (1)波的圖象是什么形狀的曲線? (2)由圖象可讀出什么? 要點(diǎn)提示：(1)波的圖象是正弦曲線。 (2)由圖象可讀出:①該時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的位移。 ②各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,1.波的圖象的理解 (1)波的圖象是某一時(shí)刻介質(zhì)中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)情況的“定格”?？梢詫⒉ǖ膱D象比喻為某一

4、時(shí)刻對(duì)所有質(zhì)點(diǎn)拍攝下的“集體照”。 (2)簡(jiǎn)諧波的圖象是正弦曲線,是最簡(jiǎn)單的一種波,各個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的最大位移都相等。 2.圖象的信息 如圖所示,知道一列波在某時(shí)刻的波形,能從這列波的波形中了解到波的傳播情況主要有以下幾點(diǎn):,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,(1)可以直接看出在該時(shí)刻沿傳播方向上各質(zhì)點(diǎn)的位移。圖線上各點(diǎn)的縱坐標(biāo)表示的是各質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的位移。圖中的M點(diǎn)的位移是2 cm。 (2)可以直接看出在波的傳播過(guò)程中各質(zhì)點(diǎn)的振幅A,波的圖線上縱坐標(biāo)最大值的絕對(duì)值,即A=4 cm。 (3)可以判斷出各質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的回復(fù)力方向和加速度方向。 (4)根據(jù)波的產(chǎn)生特點(diǎn),若已知波的傳播方向,

5、可確定各質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的振動(dòng)方向、速度大小的變化趨勢(shì)等。反之亦然。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,3.判斷質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向或波傳播方向的方法 (1)帶動(dòng)法:先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)鄰近的后振動(dòng)質(zhì)點(diǎn),在質(zhì)點(diǎn)P靠近波源一方附近的圖象上另找一點(diǎn)P,若P在P點(diǎn)上方,則P向上振動(dòng),若P在下方,則P向下振動(dòng)(如圖甲所示)。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,(2)上下坡法:沿波的傳播方向看去,“上坡”處的質(zhì)點(diǎn)向下振動(dòng);“下坡”處的質(zhì)點(diǎn)向上振動(dòng),簡(jiǎn)稱“上坡下,下坡上”(如圖乙所示)。 (3)同側(cè)法:在波的圖象上的某一點(diǎn),沿豎直方向畫(huà)出一個(gè)箭頭表示質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向,并設(shè)想在同一點(diǎn)沿水平方向畫(huà)一個(gè)箭頭

6、表示波的傳播方向,那么這兩個(gè)箭頭總是在曲線的同側(cè)(如圖丙所示)。 (4)微平移法:如圖丁所示,實(shí)線為t時(shí)刻的波形,作出微小時(shí)間Δt 后的波形如虛線所示。由圖可見(jiàn)t時(shí)刻的質(zhì)點(diǎn)由P1(或P2)位置經(jīng)Δt后運(yùn)動(dòng)到P1(或P2)處,這樣就可以判斷質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向了。 波的圖象是一種數(shù)學(xué)表示方法,只有在描述橫波的情況下能直觀地表示出波形,縱波的圖象與縱波的“形狀”并無(wú)相同之處。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,【例題1】 下圖是一列橫波在某一時(shí)刻的波形,波沿x軸正方向傳播。 (1)該時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)A的振動(dòng)方向向 ,質(zhì)點(diǎn)C的振動(dòng)方向向 ,質(zhì)點(diǎn)D的振動(dòng)方向向 。 (

7、2)再經(jīng)過(guò) T,質(zhì)點(diǎn)A通過(guò)的路程是 cm,質(zhì)點(diǎn)C的位移是 cm。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,【思考問(wèn)題】 怎樣判斷各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向? 提示：采用上下坡法:把波動(dòng)圖線類(lèi)比為凸凹的路面,凸凹路面就有上坡段和下坡段,沿著波的傳播方向看去,位于上坡段上的質(zhì)點(diǎn)就向下運(yùn)動(dòng),而位于下坡段上的質(zhì)點(diǎn)就向上運(yùn)動(dòng)。 解析：(1)由于波沿x軸正方向傳播,質(zhì)點(diǎn)A在“下坡區(qū)”,所以它向上運(yùn)動(dòng);質(zhì)點(diǎn)C、質(zhì)點(diǎn)D均在“上坡區(qū)”,所以質(zhì)點(diǎn)C、D都向下運(yùn)動(dòng)。 (2)再經(jīng)過(guò) T,質(zhì)點(diǎn)A又回到平衡位置,所以質(zhì)點(diǎn)A通過(guò)的路程為4 cm;質(zhì)點(diǎn)C也回到平衡位置,其位移為0。 答案：(1)上 下 下 (2)4 0

8、歸納總結(jié)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中質(zhì)點(diǎn)的位移 對(duì)于做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn),其位移都是相對(duì)平衡位置而言的,與起點(diǎn)在何處無(wú)關(guān),這一點(diǎn)與運(yùn)動(dòng)學(xué)中的位移有所不同。,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,振動(dòng)圖象和波的圖象的比較 一列波的圖象如圖甲,其中某一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象如圖乙。 (1)如何區(qū)分波的圖象與振動(dòng)圖象? (2)兩種圖象縱坐標(biāo)的最大值相同嗎? 要點(diǎn)提示：(1)從橫軸來(lái)區(qū)分兩個(gè)圖象:振動(dòng)圖象的橫軸表示時(shí)間,波的圖象的橫軸表示質(zhì)點(diǎn)的平衡位置。 (2)相同,均為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅。,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,簡(jiǎn)諧振動(dòng)的圖象和波的圖象從形狀上看都是正弦曲線,但兩種圖象的物理意義、坐標(biāo)中描述的物理量

9、、研究的內(nèi)容等方面有著本質(zhì)的不同。兩者的異同點(diǎn)如下所示。,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是組成波動(dòng)的基本要素。,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,【例題2】導(dǎo)學(xué)號(hào)73884050圖甲為某一波在t=1.0 s時(shí)的圖象,圖乙為參與該波動(dòng)的P質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象。 (1)說(shuō)出兩圖中AA的意義。 (2)說(shuō)出甲圖中OAB圖線的意義,并判斷甲圖中的波的傳播方向。 (3)畫(huà)出甲圖中各質(zhì)點(diǎn)再經(jīng)3.5 s時(shí)的波形。,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,【思考問(wèn)題】 波的圖象和振動(dòng)圖象各表示質(zhì)點(diǎn)的什么狀態(tài)? 提示：波的圖象是反映某一瞬間各質(zhì)點(diǎn)的位移情況,振動(dòng)圖象是反映某

10、個(gè)質(zhì)點(diǎn)在一段時(shí)間內(nèi)位移的變化情況。 解析：(1)甲圖中AA表示質(zhì)點(diǎn)A的振幅或1.0 s時(shí)A質(zhì)點(diǎn)的位移,大小為0.2 m,方向?yàn)樨?fù)。乙圖中AA表示質(zhì)點(diǎn)P的振幅,也是P質(zhì)點(diǎn)在0.25 s時(shí)的位移,大小為0.2 m,方向?yàn)樨?fù)。 (2)甲圖中OAB段圖線表示O到B之間所有質(zhì)點(diǎn)在1.0 s時(shí)的位移。由乙圖看出P質(zhì)點(diǎn)在1.0 s時(shí)向y軸負(fù)方向振動(dòng),所以甲圖中波向左傳播,則OA間各質(zhì)點(diǎn)正向遠(yuǎn)離平衡位置方向振動(dòng),AB間各質(zhì)點(diǎn)正向靠近平衡位置方向振動(dòng)。 (3)由乙圖可知周期為1.0 s,再經(jīng)3.5 s各質(zhì)點(diǎn)在甲圖的基礎(chǔ)上運(yùn)動(dòng)3.5個(gè)周期,用特殊點(diǎn)法描出A、B、C、P四點(diǎn)的位置,連線可得到3.5 s時(shí)的波的圖象,

11、如圖所示。,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,答案：見(jiàn)解析 歸納總結(jié)振動(dòng)圖象與波的圖象 利用兩種圖象分析問(wèn)題時(shí),對(duì)于波動(dòng)圖象要清楚它是對(duì)應(yīng)哪個(gè)時(shí)刻,對(duì)于振動(dòng)圖象要清楚它是描述的哪個(gè)點(diǎn),要找到兩種圖象的對(duì)應(yīng)關(guān)系。,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,變式訓(xùn)練根據(jù)圖甲、乙所示,判斷下列說(shuō)法正確的是( ) A.甲是振動(dòng)圖象,乙是波的圖象 B.甲是波的圖象,乙是振動(dòng)圖象 C.甲中A質(zhì)點(diǎn)向下振動(dòng),乙中B時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)向下振動(dòng) D.甲中A質(zhì)點(diǎn)向上振動(dòng),乙中B時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)向下振動(dòng) 答案：BD,1 2 3 4,,,,,1.(考查波的圖象的物理意義)關(guān)于波的圖象的物理意義,下列說(shuō)法正確的是(

12、 ) A.表示某一時(shí)刻某一質(zhì)點(diǎn)的位移 B.表示各個(gè)時(shí)刻某一質(zhì)點(diǎn)的位移 C.表示某一時(shí)刻各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位移 D.表示各個(gè)時(shí)刻各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位移 解析：波的圖象表示的是介質(zhì)中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻離開(kāi)各自平衡位置的位移。 答案：C,1 2 3 4,,,,,2.(考查利用波的圖象判斷波的傳播方向)一列簡(jiǎn)諧波在x軸上傳播,在某時(shí)刻波形如圖所示,已知此時(shí)質(zhì)點(diǎn)E的運(yùn)動(dòng)方向向下,則 ( ) A.此波沿x軸正方向傳播 B.質(zhì)點(diǎn)C此時(shí)向下運(yùn)動(dòng) C.質(zhì)點(diǎn)A將比質(zhì)點(diǎn)B先回到平衡位置 D.質(zhì)點(diǎn)D的振幅為零 解析：由題意可知波沿x軸負(fù)方向傳播,質(zhì)點(diǎn)C向下運(yùn)動(dòng),質(zhì)點(diǎn)B將比質(zhì)點(diǎn)A先回到平衡位置,質(zhì)點(diǎn)D的位移為零,但振幅不為零。

13、答案：B,1 2 3 4,,,,,3.(考查對(duì)波的圖象的理解)一列橫波沿x軸正方向傳播,某時(shí)刻的波形如圖所示,坐標(biāo)為(3,0)的質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò) T后的坐標(biāo)是( ) A.(3,2) B.(4,2) C.(4,-2) D.(3,0) 解析：由題意可知,波沿x軸正方向傳播,則質(zhì)點(diǎn)(3,0)的振動(dòng)方向沿y軸正方向,經(jīng)過(guò) T后到達(dá)正方向最大位移,即坐標(biāo)為(3,2)。 答案：A,1 2 3 4,,,,,4.導(dǎo)學(xué)號(hào)73884051(考查對(duì)兩種圖象的認(rèn)識(shí))一列簡(jiǎn)諧波在t=0時(shí)刻的波形如圖甲所示,圖乙表示該波傳播的介質(zhì)中某質(zhì)點(diǎn)此后一段時(shí)間內(nèi)的振動(dòng)圖象,則( ) A.若波沿x軸正方向傳播,圖乙應(yīng)為a點(diǎn)的振動(dòng)圖象 B.若波沿x軸正方向傳播,圖乙應(yīng)為b點(diǎn)的振動(dòng)圖象 C.若波沿x軸正方向傳播,圖乙應(yīng)為c點(diǎn)的振動(dòng)圖象 D.若波沿x軸正方向傳播,圖乙應(yīng)為d點(diǎn)的振動(dòng)圖象,1 2 3 4,,,,,解析：在圖乙的振動(dòng)圖象中,t=0時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)在平衡位置并向y軸的正方向運(yùn)動(dòng),而圖甲的波形卻表明在t=0時(shí)刻,質(zhì)點(diǎn)b、d在平衡位置,而a、c不在平衡位置,故選項(xiàng)A、C判斷錯(cuò)誤;若波沿x軸正方向傳播,質(zhì)點(diǎn)b應(yīng)向上運(yùn)動(dòng)(逆著波的傳播方向,在它附近找一相鄰點(diǎn),此點(diǎn)正好在它的上方,質(zhì)點(diǎn)b就應(yīng)跟隨它向上運(yùn)動(dòng)),故選項(xiàng)B判斷正確;若波沿x軸正方向傳播,同理可以確定質(zhì)點(diǎn)d應(yīng)向下運(yùn)動(dòng),故選項(xiàng)D判斷錯(cuò)誤。 答案：B,