2013年沪科版物理选修3-4精品课件 第2章2.3 机械波的案例分析.ppt

1、23 机械波的案例分析目标导航目标导航1.会用图像描述机械波(重点)2.知道波长、频率的含义，掌握波长、频率和波速的关系式(重点)3.知道波速由介质本身决定4.了解机械波的一些例子，并能用波的知识来解释所观察到的现象新知初探自学导引一、用图像描述机械波1.波的图像：在平面直角坐标系中，用横坐标x表示在波的传播方向上各质点的_，用纵坐标y表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的_，连接各位移矢量的末端，得出的曲线即为波的图像平衡位置位移2.简谐波：如果波的图像是_，这样的波叫做正弦波，也叫简谐波介质中有正弦波时，介质的质点在做_3.波形曲线表示介质中的_在某一时刻的位移；而振动图像则表示介质中_在各个

2、时刻的位移正弦曲线简谐运动各个质点一个质点二、用频率、波长描述机械波1.频率和周期：在波动中，各个质点的振动周期或频率是_的这个周期或频率也叫波的周期或频率波的周期或频率又等于_它们完全是由_决定的，与_无关波的周期T和频率f的关系是 _相同波源的周期或频率波源介质2.波长：在波动中，对平衡位置的位移总是相等的两个相邻质点间的距离在横波中，两个相邻_(或两个相邻_)之间的距离等于波长一个周期中振动在介质中传播的距离_一个波长波峰波谷等于3.波长、频率与波速的关系(1)波速v：是指波传播的速度，即振动形式的传播速度，也就是能量的传播速度波速是由_决定的，与波的_均无关在同一种均匀介质中(温度恒定

3、情况下)波速是_(2)三者的关系是：_或 _介质的性质振幅、波长、周期、频率一个定值vf想一想有同学说，波的周期就等于介质中质点的振动周期，波的传播速度就等于介质中质点的振动速度，这种说法对吗？为什么？提示：波的周期就等于质点的振动周期说法正确；波的传播速度就等于质点的振动速度说法错误比如在同一均匀介质中传播的简谐波波速大小保持不变，而介质中的质点在各自的平衡位置附近做简谐运动,速度变化.三、应用图像可以解决的问题1.根据图像可以求_；2.根据图像可以求_；3.根据图像可以求任意一个质点在该时刻的_；4.在波的传播方向已知时可确定各质点在该时刻的_；5.可以确定各质点在该时刻的_.波长振幅位移

4、振动方向加速度方向要点探究讲练互动要点一波的图像及其应用学案导引1.波的图像的物理意义是什么？通过图像能获取哪些信息？2.波动图像和振动图像一样吗？如何区分？1.波形图像的画法已知波的传播方向，可画出t前后的波形图像，具体方法：平移法：先算出经t时间波传播的距离s,再把波形向传播方向推进s即得因为波形推进波长整数倍时，波形和原来重合，所以实际处理时通常采用“去整留零”的方法特殊点法：取两个特殊点(波峰与平衡位置或波谷与平衡位置)来研究，根据两质点的振动方向，判断出两质点经t后的位置,过这两位置画出相应的波动曲线即可2.波的图像的应用根据机械波的传播规律，利用该图像可以得出以下的结论：(1)介质

5、中质点的振幅A，以及该时刻各质点的位移和加速度的方向(2)根据波的传播方向确定该时刻各质点的振动方向，画出在t前或后的波形图像(3)根据某一质点的振动方向确定波的传播方向(4)根据波的传播方向判定某质点的振动方向.(5)根据周期确定波的传播速度3.振动图像和波的图像振动图像和波的图像从图形上看好像没有什么区别，但实际上它们有本质的区别(1)物理意义不同：振动图像表示同一质点在不同时刻的位移；波的图像表示介质中的各个质点在同一时刻的位移(2)图像的横坐标的单位不同：振动图像的横坐标表示时间;波的图像的横坐标表示距离.例1下图是一列横波某时刻t0的波形图，试根据波形图回答下列问题：(1)该时刻加速

6、度最大的质点有哪几个？(2)速度最大的质点有哪几个？(3)振动方向相同的质点有哪些？这些点的分布有什么规律？(4)如果这列波沿x轴负方向传播，质点3受到的合外力方向如何？【审题指导】解此题的关键是两点：(1)波动图像反映某一时刻不同质点的位置(2)波动的各质点均在各自的平衡位置附近做简谐运动【精讲精析】(1)加速度最大的质点一定是位移最大的质点，所以该时刻质点2、6、10、14的加速度最大，但方向不相同(2)该波是简谐波，质点做简谐运动，因此处在平衡位置的质点速度最大，分别是0、4、8、12、16质点(3)该时刻具有相同振动方向的质点是：0、1、7、8、9、15、16.与上述质点振动方向相反的

7、质点是：3、4、5、11、12、13.其规律是：从波形图上看，相同增减性的单调区间上各质点的振动方向相同，相邻的单调区间上质点振动方向相反(4)如果该波沿x轴负方向传播，则质点3的速度方向向下，因为位移方向是y轴正方向，其加速度方向沿y轴负方向，由牛顿第二定律知，质点3受到周围质点作用的合外力沿y轴负方向【答案】见精讲精析变式训练1.如图所示的是一列简谐波在某一时刻的波形图像下列说法中正确的是()A质点A、C、E、G、I在振动过程中位移总是相同B质点B、F在振动过程中位移总是相同C质点D、H的平衡位置间的距离是一个波长D质点A、I在振动过程中位移总是相同，它们的平衡位置间的距离是一个波长解析：

8、选BC.从题图中可以看出质点A、C、E、G、I在该时刻的位移都是零，由于波的传播方向是向右的，容易判断出质点A、E、I的速度方向是向下的，而质点C、G的速度方向是向上的，因而这五个点的位移不总是相同，A错误；质点B、F是处在相邻的两个波峰的点，它们的振动步调完全相同，在振动过程中位移总是相同，B正确；质点D、H是处在相邻的两个波谷的点，它们的平衡位置之间的距离等于一个波长，C正确；虽然质点A、I在振动过程中位移总是相同，振动步调也完全相同，但由于它们不是相邻的振动步调完全相同的两个点，它们的平衡位置之间的距离不是一个波长(应为两个波长)，D错误学案导引1描述机械波的物理量有哪些？2各物理量间存

9、在怎样的关系？要点二的确定及、v和f的决定因素1.波长的确定(1)根据定义确定在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离等于一个波长波在一个周期内传播的距离等于一个波长.(2)根据波动图像确定在波动图像上，振动位移总是相同的两个相邻质点间的距离为一个波长在波动图像上，运动状态(速度)总是相同的两个相邻质点间的距离为一个波长在波动的图像上，两个相邻波峰(或波谷)间的距离为一个波长(3)根据公式vT来确定2.波长、波速和频率的决定因素(1)周期和频率：只取决于波源，波的周期和频率就是指波源的周期和频率,与v、无任何关系.当波从一种介质进入另一种介质时,波源没变，波的周期和频率不会发生变化，如

10、花样游泳运动员在水面上、下听到的乐音是相同的(2)速度v：决定于介质的物理性质，同一种均匀介质，物理性质相同，波在其中传播的速度恒定,波速与机械波的频率无关,如音乐会上,不同频率的音乐同时到达听众的耳朵.例2在均匀介质中选取平衡位置在同一直线上的9个质点,相邻两质点间的距离均为L,如图甲所示一列横波沿该直线向右传播，t0时到达质点1，质点1开始向下运动，经过时间t第一次出现如图乙所示的波形.求:(1)该波的波长；(2)质点振动的周期；(3)该波的波速【思路点拨】解决此类问题的关键是能够从波形图中读出波长，并且能找到与周期T的关系，即波在一个周期内传播的距离为一个波长，再利用波速公式进行求解【精

11、讲精析】(1)由图像可知：质点1、9是两个相邻的且振动情况总是相同的两个质点，它们的平衡位置之间的距离即为一个波长，即8L.(2)t0时，波刚传到质点1，且质点1的起振方向向下，说明波中各质点的起振方向均向下，在t后由图像可知质点9的振动方向为向上，说明它已经振动了，因此tTT/2，即T2t/3.(3)波速v/T8L/(2t/3)12L/t【答案】(1)8L(2)2t/3(3)12L/t变式训练2.(2012上海浦东高二检测)对公式vf的理解，以下说法中正确的是()A由vf可知，波速与频率成正比B波速v由介质决定，频率f由波源决定C当波由一种介质进入另一种介质时，频率不变，波速、波长改变Dvf

12、适用于横波，不适用于纵波解析：选BC.vf中，f由波源的振动情况决定，v由介质决定与频率f无关公式vf适用于一切波学案导引1.波的传播方向和质点振动方向有联系吗？2.如何利用两方向间的关系进行判断？要点三波的传播方向、质点振动方向的判断已知质点的运动方向来判断波的传播方向或已知波的传播方向来判断质点的运动方向时,判断依据的基本规律是横波的形成与传播的特点，常用方法有：1.带动法原理:先振动的质点带动邻近的后振动质点.方法：在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点P，若P在P上方，则P向上运动，若P在P下方，则P向下运动(如图所示)2.同侧法在波的图像上的某一点，沿竖直方向画出一个箭头表示质点运

13、动方向，并设想在同一点沿水平方向画一个箭头表示波的传播方向，那么这两个箭头总是在曲线的同侧(如图所示)4.上下坡法沿波的传播方向看,“上坡”的点向下运动,“下坡”的点向上运动，简称“上坡下、下坡上”(如图所示)(2011高考重庆卷)介质中坐标原点O处的波源在t0时刻开始振动，产生的简谐波沿x轴正向传播，t0时刻传到L处，波形如图所示下列能描述x0处质点振动的图像是()例3【思路点拨】根据波的传播方向和对质点的振动方向判断x0处质点的振动方向【精讲精析】由波动图像可知t0时x0处质点正向下振动，下一时刻质点纵坐标将减小，排除B、D选项x0处质点开始振动时的振动方向向下，故选项A错误，选项C正确【

14、答案】C【规律方法】在机械波传播过程中，质点的振动方向的判断方法很多，这就是要求能熟练掌握其中自己最有把握的一种或几种但无论哪一种方法，对波动这一质点“群体效应”与振动这一质点“个体运动”内在联系都必须清楚变式训练3.简谐横波某时刻的波形图如图所示由此图可知()A.若质点a向下运动,则波是从左向右传播的B.若质点b向上运动,则波是从左向右传播的C.若波从右向左传播，则质点c向下运动D.若波从右向左传播，则质点d向上运动解析：选BD.对于简谐横波来说，当波向右传播时，依次排列的质点,左边质点先振动,右边质点跟着左边的质点振动若质点a向下运动，质点a的运动跟着右边质点运动，则此波是从右向左传播，选

15、项A错误同理选项B正确若波从右向左传播,质点跟着右边质点运动,质点c应向上运动，选项C错误同理，选项D正确热点示例创新拓展波的多解问题经典案例(8分)已知在t1时刻简谐横波的波形如图中实线所示；在时刻t2该波的波形如图中虚线所示t2t10.02 s求：(1)该波可能的传播速度(2)若已知Tt2t12T，且图中P质点在t1时刻的瞬时速度方向向上，求可能的波速(3)若0.01 sT0.02 s，且从t1时刻起，图中Q质点比R质点先回到平衡位置，求可能的波速【审题指导】解此题要注意波的双向性、周期性，并结合质点的振动情况分析求解(2)P质点速度向上，说明波向左传播，Tt2t12T，说明这段时间内波只

16、可能是向左传播了11/6个波长，所以速度是唯一的：v550 m/s.(2分)(3)“Q比R先回到平衡位置”，说明波只能是向右传播的，而0.01 sT0.02 s，也就是T0.02 s2T,所以这段时间内波只能向右传播7/6个波长,解也是唯一的:v350 m/s.(2分)【答案】(1)50(6n1)或50(6n5)(n0，1，2，)(2)550 m/s(3)350 m/s【借题发挥】由于波在传播过程中体现出时间上和空间上的周期性，所以在问题的求解上往往出现多解,造成多解的原因主要有:(1)传播方向的双向性:题目中只告诉波速,不说传播方向,应考虑两个方向传播的可能性.(2)时间的周期性：因每隔一个周期，波形就会重复一次，造成时间间隔t与周期T的关系不确定(3)空间的周期性：因相隔波长(或波长整数倍)的两个质点的运动状态完全相同，造成波的传播距离x与波长的关系不确定