2018-2019版高中物理 第二章 機(jī)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(jī)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(dòng)圖像的區(qū)別.3.會(huì)處理由波的雙向性和周期性引起的多解問(wèn)題.,內(nèi)容索引,,重點(diǎn)探究啟迪思維探究重點(diǎn),達(dá)標(biāo)檢測(cè)檢測(cè)評(píng)價(jià)達(dá)標(biāo)過(guò)關(guān),自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知夯實(shí)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(diǎn)的，縱坐標(biāo)y表示________各個(gè)質(zhì)點(diǎn)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(fù)值，則在xOy坐標(biāo)平面上，描出該時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的位置(x，y)，用平滑曲線將各點(diǎn)連接起來(lái)，就得到這一時(shí)刻橫波的圖像.波的圖像有時(shí)也稱為波形圖，簡(jiǎn)稱波形.,平衡位置,該時(shí)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(dòng)質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻的.,正弦曲線,位置,二、波的圖像與振動(dòng)圖像的比較,某一,某一,各,各,各,平衡位置,時(shí)間t,某一,各,某一,各,1.判斷下列說(shuō)法的正誤.(1)波的圖像反映的是某一時(shí)刻介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的位移情況.()(2)從波的圖像可以知道各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅.()(3)在不同時(shí)刻波的圖像有可能完全相同.()(4)振動(dòng)圖像的圖線實(shí)質(zhì)是振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)所經(jīng)過(guò)的路徑形狀，波的圖像的圖線實(shí)質(zhì)是某一時(shí)刻各個(gè)質(zhì)點(diǎn)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(shí)刻的波形圖如圖____所示，其上某一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像如圖____所示.由圖可知波長(zhǎng)λ＝____m，振幅A＝___cm，周期T＝____s，波速v＝____m/s.此時(shí)質(zhì)點(diǎn)P運(yùn)動(dòng)方向向____，加速度方向向___.,答案,圖1,甲,乙,4,10,4,1,上,下,重點(diǎn)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(jiǎn)諧波在某一時(shí)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(shí)刻各個(gè)質(zhì)點(diǎn)相對(duì)平衡位置的位移.②各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅.③波長(zhǎng),[知識(shí)深化]對(duì)波的圖像的理解(1)對(duì)波的圖像的理解①波的圖像是某一時(shí)刻介質(zhì)中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)情況的“定格”.可以將波的圖像比喻為某一時(shí)刻對(duì)所有質(zhì)點(diǎn)拍攝下的“集體照”.②簡(jiǎn)諧波的圖像是正(余)弦曲線，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).(2)由波的圖像可獲取的信息①直接讀出波長(zhǎng).若已知波速，可計(jì)算出周期、頻率.或已知周期、頻率可計(jì)算出波速.②直接讀出該時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)的振幅.④已知波的傳播方向，可知質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向；已知質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)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(diǎn)振動(dòng)方向?yàn)槔?a.質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)法由波的形成原理可知，后振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)總是重復(fù)先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，若已知波的傳播方向來(lái)判斷質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向時(shí)，可在波源一側(cè)找與該質(zhì)點(diǎn)距離較近的前一質(zhì)點(diǎn)，如果前一質(zhì)點(diǎn)在該質(zhì)點(diǎn)下方，則該質(zhì)點(diǎn)將向下運(yùn)動(dòng)，否則該質(zhì)點(diǎn)將向上運(yùn)動(dòng).,b.上下坡法如圖3所示，沿波的傳播方向，“上坡”的質(zhì)點(diǎn)向下振動(dòng)，如D、E、F；“下坡”的質(zhì)點(diǎn)向上振動(dòng)，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(shí)間Δt后的波形，就知道了各質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)Δt時(shí)間到達(dá)的位置，此刻質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)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(jiǎn)諧橫波，波速為4m/s.某時(shí)刻波形如圖5所示，下列說(shuō)法正確的是A.這列波的振幅為4cmB.這列波的周期為1sC.此時(shí)x＝4m處質(zhì)點(diǎn)沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)D.此時(shí)x＝4m處質(zhì)點(diǎn)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(xiàng)錯(cuò)誤；波長(zhǎng)λ＝8m，故周期B項(xiàng)錯(cuò)誤；波向右傳播，根據(jù)“上下坡法”可知，x＝4m處質(zhì)點(diǎn)沿y軸正方向運(yùn)動(dòng)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；此時(shí)x＝4m處質(zhì)點(diǎn)處于平衡位置，回復(fù)力為零，加速度為零，D項(xiàng)正確.,二、波的圖像的畫法,[導(dǎo)學(xué)探究]請(qǐng)畫出例1中的波經(jīng)0.5s后的波形.,答案,答案,[知識(shí)深化]波的圖像的畫法(1)特殊點(diǎn)法先找出兩點(diǎn)(平衡位置、波峰或波谷等特殊點(diǎn))并確定其運(yùn)動(dòng)方向，然后確定經(jīng)Δt時(shí)間后這兩點(diǎn)所到達(dá)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(shí)間后波向前移動(dòng)的距離Δx，把圖像沿傳播方向平移Δx即得到相對(duì)應(yīng)的圖像.,例2某一簡(jiǎn)諧橫波在t＝0時(shí)刻的波形圖如圖6所示.若波向右傳播，畫出前兩個(gè)時(shí)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(diǎn)法根據(jù)t＝0時(shí)刻波的圖像及波的傳播方向，可知此時(shí)刻A、B、C、D、E、F各質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的振動(dòng)方向，由各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向可確定出經(jīng)后各個(gè)質(zhì)點(diǎn)所在的位置，將這些點(diǎn)所在位置用平滑曲線連接起來(lái)，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(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向可確定出前時(shí)刻各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的所在位置，于是便可得到前時(shí)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(diǎn)振動(dòng)的一個(gè)周期內(nèi)，波向前傳播一個(gè)波長(zhǎng)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(guò)程和傳播的實(shí)質(zhì)，若波向右傳播，把波的原有圖形向右移動(dòng)3m的距離，就得到了后時(shí)刻的波形圖，同理可以得到前時(shí)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(shí)間后波向前移動(dòng)的距離Δx，把波形平移Δx即可得Δt時(shí)間后的波形圖.注意，當(dāng)Δx＝kλ＋Δx0時(shí)，只需將波形沿波的傳播方向平移Δx0即可得Δt時(shí)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(diǎn)法”.,三、波的圖像與振動(dòng)圖像的比較,1.波的圖像描述的是介質(zhì)中的“各質(zhì)點(diǎn)”在“某一時(shí)刻”離開平衡位置的位移；而振動(dòng)圖像描述的是“一個(gè)質(zhì)點(diǎn)”在“各個(gè)時(shí)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(gè)振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的平衡位置，縱坐標(biāo)y表示各個(gè)振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)在某時(shí)刻的位移；振動(dòng)圖像的橫坐標(biāo)t表示一個(gè)振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的時(shí)間，縱坐標(biāo)y表示這個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)各個(gè)不同時(shí)刻的位移.,A.甲是振動(dòng)圖像，乙是波的圖像B.甲是波的圖像，乙是振動(dòng)圖像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),例3(多選)根據(jù)圖7甲、乙兩圖判斷下列說(shuō)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(diǎn)的平衡位置，振動(dòng)圖像的橫坐標(biāo)為時(shí)間，故A錯(cuò)，B對(duì)；題圖甲中A質(zhì)點(diǎn)被其左側(cè)的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)向上振動(dòng)，題圖乙中B時(shí)刻后位移由零變?yōu)樨?fù)值，故向下振動(dòng)，所以C錯(cuò)，D對(duì).,兩種圖像的比較1.波的圖像與振動(dòng)圖像外形上很相似，辨別它們時(shí)要看圖像的橫坐標(biāo)是時(shí)間t還是位移x.2.簡(jiǎn)諧波中的所有質(zhì)點(diǎn)都做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，它們的振幅、周期均相同.3.判斷波的圖像中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向可根據(jù)帶動(dòng)法、上下坡法、微平移法；判斷振動(dòng)圖像中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向根據(jù)質(zhì)點(diǎn)下一時(shí)刻的位置.,四、波的多解性,[導(dǎo)學(xué)探究]一列周期為T的機(jī)械波某時(shí)刻的波形圖如圖8所示.,答案若波沿x軸正方向傳播，該時(shí)刻a質(zhì)點(diǎn)向y軸正方向運(yùn)動(dòng)，經(jīng)第一次運(yùn)動(dòng)到波峰.若波沿x軸負(fù)方向傳播，該時(shí)刻a質(zhì)點(diǎn)向y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，經(jīng)第一次運(yùn)動(dòng)到波峰.,圖8,(1)a質(zhì)點(diǎn)需多長(zhǎng)時(shí)間第一次運(yùn)動(dòng)到波峰？,答案,(2)與a質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度始終相等的質(zhì)點(diǎn)有幾個(gè)？,答案與a質(zhì)點(diǎn)的距離為nλ(n＝1,2,3，…)的所有質(zhì)點(diǎn)與a質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度始終相等，在該圖中只有一個(gè).,答案,[知識(shí)深化]波的多解性(1)波的周期性造成多解①時(shí)間的周期性：時(shí)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(zhǎng)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(diǎn)振動(dòng)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(diǎn).在t時(shí)刻A、B兩點(diǎn)間形成如圖9甲所示波形，在t＋3s時(shí)刻A、B兩點(diǎn)間形成如圖乙所示波形，已知A、B兩點(diǎn)平衡位置間距離a＝9m，則以下說(shuō)法中正確的是,√,√,答案,解析,√,圖9,解決波動(dòng)問(wèn)題應(yīng)注意的問(wèn)題：(1)質(zhì)點(diǎn)到達(dá)最大位移處，則有正向和負(fù)向最大位移兩種可能.(2)質(zhì)點(diǎn)由平衡位置開始振動(dòng)，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(gè)方向傳播的可能.(4)只給出兩時(shí)刻的波形，則有多次重復(fù)出現(xiàn)的可能.,達(dá)標(biāo)檢測(cè),1,2,3,4,1.(波的圖像)如圖10所示為一列簡(jiǎn)諧橫波在某時(shí)刻的波形圖.已知圖中質(zhì)點(diǎn)b的起振時(shí)刻比質(zhì)點(diǎn)a超前了0.4s，則以下說(shuō)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(shí)刻質(zhì)點(diǎn)P正沿y軸正方向運(yùn)動(dòng),√,答案,解析,圖10,1,2,3,4,解析由于b比a先振動(dòng)，所以波沿x軸負(fù)方向傳播，選項(xiàng)C錯(cuò)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(xiàng)A錯(cuò)誤；由題圖可知，波長(zhǎng)λ＝4m，由v＝λf得頻率＝1.25Hz，選項(xiàng)B正確；根據(jù)“上下坡法”可知此時(shí)質(zhì)點(diǎn)P正沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.,1,2,3,4,解析由圖像可以看出，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)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(shí)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(diǎn)振動(dòng)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(dòng)的距離為Δx＝vΔt＝160.125m＝2m，所以再經(jīng)過(guò)0.125s后的波的圖像如圖中的虛線所示.,(2)畫出再經(jīng)過(guò)0.125s時(shí)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(diǎn)的振動(dòng)圖像B.若波沿x軸正方向傳播，(b)圖應(yīng)為b點(diǎn)的振動(dòng)圖像C.若波沿x軸負(fù)方向傳播，(b)圖應(yīng)為c點(diǎn)的振動(dòng)圖像D.若波沿x軸負(fù)方向傳播，(b)圖應(yīng)為d點(diǎn)的振動(dòng)圖像,3.(振動(dòng)圖像與波的圖像的比較)(多選)一列簡(jiǎn)橫諧橫波在t＝0時(shí)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(diǎn)此后一段時(shí)間內(nèi)的振動(dòng)圖像，則,√,√,答案,解析,圖12,1,2,3,4,解析在題圖(b)的振動(dòng)圖像中，t＝0時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)在平衡位置且向y軸正方向運(yùn)動(dòng)，由題圖(a)可知若波沿x軸正方向傳播，b點(diǎn)的速度方向沿y軸正方向，d點(diǎn)的速度方向沿y軸負(fù)方向；若波沿x軸負(fù)方向傳播，b點(diǎn)的速度方向沿y軸負(fù)方向，d點(diǎn)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(jiǎn)諧橫波沿x軸傳播，a、b為x軸上的兩質(zhì)點(diǎn)，平衡位置分別為x＝0，x＝xb(xb>0).a點(diǎn)的振動(dòng)規(guī)律如圖13所示.已知波速為v＝10m/s，在t＝0.1s時(shí)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(fù)向傳播，xb＝2.5mD.波沿x軸負(fù)向傳播，xb＝3.5m,答案,解析,√,√,圖13,1,2,3,4,解析由a點(diǎn)振動(dòng)圖像可知，振動(dòng)周期T＝0.2s，所以λ＝vT＝100.2m＝2m；由題意可知在t＝0.1s時(shí)，a在平衡位置且向上振動(dòng)，b在正向最大位移處，這時(shí)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(cuò)，B對(duì)；,這時(shí)如果波沿x軸負(fù)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(duì)，D錯(cuò).,