2018-2019版高中物理 第二章 機械波 3 波的圖像課件 教科版選修3-4.ppt

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3波的圖像,第二章機械波,[學(xué)習(xí)目標(biāo)],1.知道圖像中橫、縱坐標(biāo)各表示的物理量，理解波的圖像的物理意義.2.理解波的圖像和振動圖像的區(qū)別.3.會處理由波的雙向性和周期性引起的多解問題.,內(nèi)容索引,,重點探究啟迪思維探究重點,達標(biāo)檢測檢測評價達標(biāo)過關(guān),自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知夯實基礎(chǔ),自主預(yù)習(xí),一、橫波的圖像1.波形圖若以橫坐標(biāo)x表示在波的傳播方向上各質(zhì)點的，縱坐標(biāo)y表示________各個質(zhì)點偏離平衡位置的位移，規(guī)定位移的方向向上為正值，向下為負值，則在xOy坐標(biāo)平面上，描出該時刻各質(zhì)點的位置(x，y)，用平滑曲線將各點連接起來，就得到這一時刻橫波的圖像.波的圖像有時也稱為波形圖，簡稱波形.,平衡位置,該時刻,2.正弦波：波形圖是的波，又稱為正弦波.3.圖像的物理意義直觀地表明了離波源不同距離的各振動質(zhì)點在某一時刻的.,正弦曲線,位置,二、波的圖像與振動圖像的比較,某一,某一,各,各,各,平衡位置,時間t,某一,各,某一,各,1.判斷下列說法的正誤.(1)波的圖像反映的是某一時刻介質(zhì)中各質(zhì)點的位移情況.()(2)從波的圖像可以知道各質(zhì)點振動的振幅.()(3)在不同時刻波的圖像有可能完全相同.()(4)振動圖像的圖線實質(zhì)是振動質(zhì)點所經(jīng)過的路徑形狀，波的圖像的圖線實質(zhì)是某一時刻各個質(zhì)點的連線形狀.(),[即學(xué)即用],√,√,√,,答案,2.如圖1所示，一列沿x軸正方向傳播的橫波在某一時刻的波形圖如圖____所示，其上某一質(zhì)點的振動圖像如圖____所示.由圖可知波長λ＝____m，振幅A＝___cm，周期T＝____s，波速v＝____m/s.此時質(zhì)點P運動方向向____，加速度方向向___.,答案,圖1,甲,乙,4,10,4,1,上,下,重點探究,一、波的圖像的理解和應(yīng)用,[導(dǎo)學(xué)探究]如圖2所示是一列簡諧波在某一時刻的圖像.(1)波的圖像是什么形狀的曲線？,答案余弦曲線.,答案,圖2,(2)由圖像可獲取哪些信息？,答案可以獲得以下信息：①該時刻各個質(zhì)點相對平衡位置的位移.②各質(zhì)點振動的振幅.③波長,[知識深化]對波的圖像的理解(1)對波的圖像的理解①波的圖像是某一時刻介質(zhì)中各個質(zhì)點運動情況的“定格”.可以將波的圖像比喻為某一時刻對所有質(zhì)點拍攝下的“集體照”.②簡諧波的圖像是正(余)弦曲線，介質(zhì)中的質(zhì)點做簡諧運動.(2)由波的圖像可獲取的信息①直接讀出波長.若已知波速，可計算出周期、頻率.或已知周期、頻率可計算出波速.②直接讀出該時刻各質(zhì)點的位移，間接判斷回復(fù)力、加速度情況.,③介質(zhì)中各質(zhì)點的振幅.④已知波的傳播方向，可知質(zhì)點的振動方向；已知質(zhì)點的振動方向，可知波的傳播方向.判斷方法如下：(以已知波的傳播方向判斷質(zhì)點振動方向為例)a.質(zhì)點帶動法由波的形成原理可知，后振動的質(zhì)點總是重復(fù)先振動的質(zhì)點的運動，若已知波的傳播方向來判斷質(zhì)點的振動方向時，可在波源一側(cè)找與該質(zhì)點距離較近的前一質(zhì)點，如果前一質(zhì)點在該質(zhì)點下方，則該質(zhì)點將向下運動，否則該質(zhì)點將向上運動.,b.上下坡法如圖3所示，沿波的傳播方向，“上坡”的質(zhì)點向下振動，如D、E、F；“下坡”的質(zhì)點向上振動，如A、B、C.,圖3,c.微平移法原理：波向前傳播，波形也向前平移.方法：作出經(jīng)微小時間Δt后的波形，就知道了各質(zhì)點經(jīng)過Δt時間到達的位置，此刻質(zhì)點振動方向也就知道了.如圖4所示.,圖4,例1一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波，波速為4m/s.某時刻波形如圖5所示，下列說法正確的是A.這列波的振幅為4cmB.這列波的周期為1sC.此時x＝4m處質(zhì)點沿y軸負方向運動D.此時x＝4m處質(zhì)點的加速度為0,√,答案,解析,圖5,解析由題圖可知，這列波的振幅為2cm，A項錯誤；波長λ＝8m，故周期B項錯誤；波向右傳播，根據(jù)“上下坡法”可知，x＝4m處質(zhì)點沿y軸正方向運動，C項錯誤；此時x＝4m處質(zhì)點處于平衡位置，回復(fù)力為零，加速度為零，D項正確.,二、波的圖像的畫法,[導(dǎo)學(xué)探究]請畫出例1中的波經(jīng)0.5s后的波形.,答案,答案,[知識深化]波的圖像的畫法(1)特殊點法先找出兩點(平衡位置、波峰或波谷等特殊點)并確定其運動方向，然后確定經(jīng)Δt時間后這兩點所到達的位置，最后按正弦規(guī)律畫出新的波形.,(2)波形平移法在已知波的傳播速度的情況下，由Δx＝vΔt可得經(jīng)Δt時間后波向前移動的距離Δx，把圖像沿傳播方向平移Δx即得到相對應(yīng)的圖像.,例2某一簡諧橫波在t＝0時刻的波形圖如圖6所示.若波向右傳播，畫出前兩個時刻的波的圖像.,圖6,答案見解析圖,答案,解析,解析解法一特殊點法根據(jù)t＝0時刻波的圖像及波的傳播方向，可知此時刻A、B、C、D、E、F各質(zhì)點在該時刻的振動方向，由各個質(zhì)點的振動方向可確定出經(jīng)后各個質(zhì)點所在的位置，將這些點所在位置用平滑曲線連接起來，便可得到經(jīng)后的波的圖像.如圖中的虛線(a)所示.同理，根據(jù)各個質(zhì)點的振動方向可確定出前時刻各個質(zhì)點的所在位置，于是便可得到前時刻的波的圖像.如圖中虛線(b)所示.,解法二波形平移法由題圖可知，在質(zhì)點振動的一個周期內(nèi)，波向前傳播一個波長的距離，即傳播的距離x＝12m，因此在內(nèi)，波向前傳播了3m.根據(jù)波的傳播過程和傳播的實質(zhì)，若波向右傳播，把波的原有圖形向右移動3m的距離，就得到了后時刻的波形圖，同理可以得到前時刻波的圖像.,在已知波速的情況下，由公式Δx＝vΔt可得經(jīng)Δt時間后波向前移動的距離Δx，把波形平移Δx即可得Δt時間后的波形圖.注意，當(dāng)Δx＝kλ＋Δx0時，只需將波形沿波的傳播方向平移Δx0即可得Δt時間后的波形圖，這就是所謂的“去整留零平移法”.當(dāng)然也可以采用“特殊點法”.,三、波的圖像與振動圖像的比較,1.波的圖像描述的是介質(zhì)中的“各質(zhì)點”在“某一時刻”離開平衡位置的位移；而振動圖像描述的是“一個質(zhì)點”在“各個時刻”離開平衡位置的位移.2.橫、縱坐標(biāo)所表示的物理量：波的圖像中的橫坐標(biāo)x表示介質(zhì)中各個振動質(zhì)點的平衡位置，縱坐標(biāo)y表示各個振動質(zhì)點在某時刻的位移；振動圖像的橫坐標(biāo)t表示一個振動質(zhì)點振動的時間，縱坐標(biāo)y表示這個質(zhì)點振動時各個不同時刻的位移.,A.甲是振動圖像，乙是波的圖像B.甲是波的圖像，乙是振動圖像C.甲中A質(zhì)點向下振動，乙中B時刻質(zhì)點向下振動D.甲中A質(zhì)點向上振動，乙中B時刻質(zhì)點向下振動,例3(多選)根據(jù)圖7甲、乙兩圖判斷下列說法正確的是,√,√,答案,解析,圖7,解析波的圖像的橫坐標(biāo)為波的傳播方向上各質(zhì)點的平衡位置，振動圖像的橫坐標(biāo)為時間，故A錯，B對；題圖甲中A質(zhì)點被其左側(cè)的質(zhì)點帶動向上振動，題圖乙中B時刻后位移由零變?yōu)樨撝?，故向下振動，所以C錯，D對.,兩種圖像的比較1.波的圖像與振動圖像外形上很相似，辨別它們時要看圖像的橫坐標(biāo)是時間t還是位移x.2.簡諧波中的所有質(zhì)點都做簡諧運動，它們的振幅、周期均相同.3.判斷波的圖像中質(zhì)點的運動方向可根據(jù)帶動法、上下坡法、微平移法；判斷振動圖像中質(zhì)點的振動方向根據(jù)質(zhì)點下一時刻的位置.,四、波的多解性,[導(dǎo)學(xué)探究]一列周期為T的機械波某時刻的波形圖如圖8所示.,答案若波沿x軸正方向傳播，該時刻a質(zhì)點向y軸正方向運動，經(jīng)第一次運動到波峰.若波沿x軸負方向傳播，該時刻a質(zhì)點向y軸負方向運動，經(jīng)第一次運動到波峰.,圖8,(1)a質(zhì)點需多長時間第一次運動到波峰？,答案,(2)與a質(zhì)點運動速度始終相等的質(zhì)點有幾個？,答案與a質(zhì)點的距離為nλ(n＝1,2,3，…)的所有質(zhì)點與a質(zhì)點的運動速度始終相等，在該圖中只有一個.,答案,[知識深化]波的多解性(1)波的周期性造成多解①時間的周期性：時間間隔Δt與周期T的關(guān)系不明確.②空間的周期性：波的傳播距離Δx與波長λ的關(guān)系不明確.(2)傳播方向的雙向性造成多解(3)質(zhì)點振動方向不確定造成多解.,A.若周期為4s，波一定向右傳播B.若周期大于4s，波可能向右傳播C.若波速為8.5m/s，波一定向左傳播D.該波波速可能的最小值為0.5m/s,例4(多選)一列橫波沿直線傳播，在波的傳播方向上有A、B兩點.在t時刻A、B兩點間形成如圖9甲所示波形，在t＋3s時刻A、B兩點間形成如圖乙所示波形，已知A、B兩點平衡位置間距離a＝9m，則以下說法中正確的是,√,√,答案,解析,√,圖9,解決波動問題應(yīng)注意的問題：(1)質(zhì)點到達最大位移處，則有正向和負向最大位移兩種可能.(2)質(zhì)點由平衡位置開始振動，則有起振方向相反的兩種可能.(3)只告訴波速，不指明波的傳播方向，應(yīng)考慮沿兩個方向傳播的可能.(4)只給出兩時刻的波形，則有多次重復(fù)出現(xiàn)的可能.,達標(biāo)檢測,1,2,3,4,1.(波的圖像)如圖10所示為一列簡諧橫波在某時刻的波形圖.已知圖中質(zhì)點b的起振時刻比質(zhì)點a超前了0.4s，則以下說法正確的是A.波的波速為10m/sB.波的頻率為1.25HzC.波沿x軸正方向傳播D.該時刻質(zhì)點P正沿y軸正方向運動,√,答案,解析,圖10,1,2,3,4,解析由于b比a先振動，所以波沿x軸負方向傳播，選項C錯誤；由題圖可知a、b的平衡位置之間的距離為2m，則波速m/s＝5m/s，選項A錯誤；由題圖可知，波長λ＝4m，由v＝λf得頻率＝1.25Hz，選項B正確；根據(jù)“上下坡法”可知此時質(zhì)點P正沿y軸負方向運動，選項D錯誤.,1,2,3,4,解析由圖像可以看出，質(zhì)點振動的最大位移大小是10cm，因此振幅是10cm.,2.(波的圖像的畫法)一列沿x軸正方向傳播的橫波在某一時刻的波形圖如圖11所示，已知波的傳播速率是16m/s.(1)指出這列波中質(zhì)點振動的振幅是多少；,答案,解析,圖11,答案10cm,1,2,3,4,解析再經(jīng)0.125s波形沿x軸正方向移動的距離為Δx＝vΔt＝160.125m＝2m，所以再經(jīng)過0.125s后的波的圖像如圖中的虛線所示.,(2)畫出再經(jīng)過0.125s時的波的圖像.,答案,解析,答案見解析圖,1,2,3,4,A.若波沿x軸正方向傳播，(b)圖應(yīng)為a點的振動圖像B.若波沿x軸正方向傳播，(b)圖應(yīng)為b點的振動圖像C.若波沿x軸負方向傳播，(b)圖應(yīng)為c點的振動圖像D.若波沿x軸負方向傳播，(b)圖應(yīng)為d點的振動圖像,3.(振動圖像與波的圖像的比較)(多選)一列簡橫諧橫波在t＝0時刻的波形圖如圖12(a)所示，圖(b)表示該波傳播的介質(zhì)中某質(zhì)點此后一段時間內(nèi)的振動圖像，則,√,√,答案,解析,圖12,1,2,3,4,解析在題圖(b)的振動圖像中，t＝0時刻質(zhì)點在平衡位置且向y軸正方向運動，由題圖(a)可知若波沿x軸正方向傳播，b點的速度方向沿y軸正方向，d點的速度方向沿y軸負方向；若波沿x軸負方向傳播，b點的速度方向沿y軸負方向，d點的速度方向沿y軸正方向，B、D正確.,1,2,3,4,4.(波的多解性)(多選)一列簡諧橫波沿x軸傳播，a、b為x軸上的兩質(zhì)點，平衡位置分別為x＝0，x＝xb(xb>0).a點的振動規(guī)律如圖13所示.已知波速為v＝10m/s，在t＝0.1s時b的位移為0.05m，則下列判斷可能正確的是A.波沿x軸正向傳播，xb＝0.5mB.波沿x軸正向傳播，xb＝1.5mC.波沿x軸負向傳播，xb＝2.5mD.波沿x軸負向傳播，xb＝3.5m,答案,解析,√,√,圖13,1,2,3,4,解析由a點振動圖像可知，振動周期T＝0.2s，所以λ＝vT＝100.2m＝2m；由題意可知在t＝0.1s時，a在平衡位置且向上振動，b在正向最大位移處，這時如果波沿x軸正向傳播，根據(jù)“上下坡法”，a、b之間的距離為(n＋)λ(n＝0,1,2,3，…)，所以xb＝(n＋)λ＝(2n＋1.5)m(n＝0,1,2,3，…)，A錯，B對；,這時如果波沿x軸負向傳播，根據(jù)“上下坡法”，a、b之間的距離為(n＋)λ(n＝0,1,2,3，…)，所以xb＝(n＋)λ＝(2n＋0.5)m(n＝0,1,2,3，…)，C對，D錯.,