2013年高中物理 第2章 第1节 机械波精品课件 鲁科版选修3-4.ppt

1、第2章 机械波第1节 波的形成和描述课前自主学案核心要点突破课堂互动讲练课标定位知能优化训练第1节课标定位学习目标：1.理解机械波的产生条件和形成过程2知道机械波的分类3理解波的图象的物理意义和特点，会简单的应用4能用周期、频率和波长的描述波，并理解它们之间的关系重点难点：1.机械波的形成，机械波的特点2波的图象，波速，描述波的三个物理量之间的关系课前自主学案一、波的形成与传播定义机械振动在介质中的_叫机械波，简称波产生条件1.产生振动的_2.传播振动的_产生原因介质中各质点间存在相互作用，前一质点_后一质点振动，依次向远处质点带动传播传播波源介质带动特点1.介质质点不迁移：机械波在介质中传播

2、时，介质质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波_2.三个传递：机械波传播的是_这种形式，同时也传递能量和信息3.各质点振动种类：介质中各质点均做_(振动的周期都和波源的振动周期_)4.起振方向：介质中各质点起振方向均与波源开始振动的方向_5.步调：离波源_，质点振动越滞后迁移振动受迫振动相同相同越远思考感悟在平静的湖面上，漂浮着一片树叶，如果你往树叶附近扔下一块小石子，湖面立即兴起水波，水波一圈一圈往外扩展出去，于是树叶运动起来请问树叶会随水波往外移动吗？提示：不会因为小石子激起的水波是振动的传播，水并不向外移动，水的质点只是上下振动，所以树叶不会随水波往外移动二、波的分类1机械波分为横波和

3、纵波两类定义标识性物理量横波质点的振动方向与波的传播方向_的波.(1)波峰：凸起的_(2)波谷：凹下的_纵波质点的振动方向与波的传播方向在_上的波(1)密部：质点分布_的地方(2)疏部：质点分布_的地方垂直最高处最低处同一直线最密最疏2.声波是_，它不仅能在空气中传播，也能在固体、液体中传播三、波的描述1波的图象描述：波的图象描述的是_时刻_质点的位移如果介质中各个质点做简谐运动，它所形成的波就叫_，它的波形曲线是_曲线2波的特征(1)波长：在波动中，沿着波的传播方向，两个_的、相对平衡位置的位移和_总是相同的质点间的距离，叫波长，用_表示纵波某一各个简谐波正弦(或余弦)相邻振动方向波源T全振

4、动fvf3波速v、周期T(或频率f)及波长的决定因素波速v由_决定，周期T(或频率f)由_决定，则波长由_和_共同决定介质波源介质波源核心要点突破一、简谐运动与简谐波动的比较1.名称比较项目 简谐运动简谐波动区别研究对象不同振动是单个质点以平衡位置为中心所做的往复运动波动是介质中大量质点依次发生振动而形成的“集体运动”产生原因不同振动是由于质点所受回复力作用的结果波动是由于介质中相邻质点的带动作用而形成的 名称比较项目 简谐运动简谐波动区别能量变化情况不同振动过程动能和势能不断地相互转化，总机械能守恒振源将机械能传递给它的相邻质点，这个质点再将能量传递给下一质点，每个质点在不断地吸收和放出能量

5、，从而把波源的能量传播出去，是一个能量的传递过程联系(1)振动是波动的成因，波动是振动在介质中的传播(2)波动的周期等于质点振动的周期(3)有振动不一定有波动，因为波的形成还需要有传播振动的介质但有波动一定有振动(4)波源停振后，介质中的波动并不立即停止，而是继续向远处传播，直到振动能量完全损失.特别提醒：(1)没有振动，一定没有机械波(2)在处理有关振动和波的问题时，一定要分清是振动问题还是波动问题，它们有本质的区别，不能把两者混为一谈二、对简谐波图象的理解1简谐波图象的应用(1)求该时刻各质点的位移和振幅(2)求该波的波长(3)若已知该波的传播方向，可以确定该时刻各质点的振动方向，并可判断

6、此刻各质点的位移、加速度、速度、动能的变化趋势；或已知该时刻某质点的振动方向，可以确定该波的传播方向(4)已知该波的波速v的大小和方向，可画出该时刻前、后一段时间t的波形图2简谐波的图象与简谐运动图象的比较 名称比较项目 简谐运动的图象简谐波的图象不同点研究的内容一个质点的位移随时间的变化规律某时刻参与波动的所有质点的空间分布规律图象 名称比较项目 简谐运动的图象简谐波的图象不同点横坐标轴时间各质点平衡位置的坐标纵坐标轴不同时刻某一质点的位移某一时刻各质点相对于平衡位置的位移图象变化图象随时间延伸，原有部分图形不变整个波形沿波的传播方向平移，不同时刻波形可能不同一个完整图象所占横坐标的距离表示

7、一个周期T表示一个波长 名称比较项目 简谐运动的图象简谐波的图象不同点物理意义一个质点相对于平衡位置的位移x随时间t的变化关系x轴上所有质点在某一时刻相对于平衡位置振动的位移运动情况质点做简谐运动，属非匀变速运动波在同一均匀介质中是匀速传播的，介质的质点做简谐运动比喻单人舞的录像抓拍的集体舞照片相同点图象形状正(余)弦曲线正(余)弦曲线纵坐标最大值振幅振幅即时应用(即时突破，小试牛刀)1一列简谐横波，沿x轴正向传播，位于原点的质点的振动图象如图211甲所示，图乙为该波在某一时刻的波形图，A点位于x0.5 m处图211答案：(1)8(2)0.2(3)10(4)0(5)8三、判断质点振动方向与波传

8、播方向的方法1若已知波的传播方向，可确定各质点在该时刻的振动方向，常用方法有：(1)上下坡法不妨将波形图视为连绵起伏的山峰和山谷，由波谷到波峰的部分称上坡路，由波峰看到波谷的部分为下坡路沿波的传播方向看，“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212所示，这是为便于应用而提供的简便方法图212(2)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象上另找一点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213所示图213图214(4)同侧法若在波的图象上标出质点的振动方向，并在同一点上标出波的传播方向，这两个表示方向的

9、箭头位于波的图象的同一侧，如图215.图2152由质点振动方向确定波的传播方向仍是上述几种方法，只需将判定的程序倒过来，“反其道而行之”即可即时应用(即时突破，小试牛刀)2.图216中所示为简谐横波在某一时刻的波形图，已知此时质点A正向上运动，如图中箭头所示由此可断定此横波()图216A向右传播，且此时质点B正向上运动B向右传播，且此时质点C正向下运动C向左传播，且此时质点D正向上运动D向左传播，且此时质点E正向下运动解析：选C.如图所示，对A点由“同侧法”，知波向左传播，然后将“同侧法”用于其他点，得质点B、C向下振动，质点D、E向上振动四、由t时刻的波形画tt时刻波形的方法1平移法(如图2

10、17中波1经过t时间后的波形)图2172特殊点法(如图218中波1经过t时间后的波形)图218即时应用(即时突破，小试牛刀)3一列向左传播的简谐波在某时刻的波形图如图219所示，已知波速为0.5 m/s，画出此时刻后7 s和前7 s的波形图图219答案：见解析五、波的多解问题1造成波动问题多解的主要因素(1)周期性时间周期性时间间隔t与周期T的关系不明确空间周期性波传播距离x与波长的关系不明确(2)双向性传播方向双向性：波的传播方向不确定振动方向双向性：质点振动方向不确定(3)两质点间关系不确定在波的传播方向上，两个质点间的距离不确定或者相位之间的关系不确定(4)波形的隐含性许多波动习题往往只

11、给出完整波形的一部分，或给出了几个特点，而其余部分处于隐含状态这样，一道习题就有多个图形与之对应，从而形成多解2波动多解问题的几种可能性(1)质点达到最大位移处，则有正向和负向最大位移两种可能(2)质点由平衡开始振动，则有起振方向向上、向下(或向左、向右)两种可能(3)只告诉波速不指明波的传播方向，应考虑沿x轴正方向和x轴负方向两个方向传播的可能(4)只给出两时刻的波形，则有多次重复出现的可能等即时应用(即时突破，小试牛刀)4一列简谐波在x轴上传播，如图2110所示，t1时刻的波形如图中实线所示，t2时刻的波形如图中虚线所示已知tt2t10.1 s，问：图2110(1)若波沿x轴正方向传播，且

12、tT，这列波的传播速度是多大？(2)若波沿x轴负方向传播，且t无约束条件，波速是多大？(3)若波速v340 m/s，则波向哪个方向传播？答案：见解析课堂互动讲练类型一波的形成例例11图2111【精讲精析】由于质点间的相互作用，前面的质点总是带动后面的质点振动，所以后面的质点总是滞后于前面的质点所以，在不同时刻波形如图2112所示图2112【答案】见精讲精析图2113A介质中所有质点的起振方向都是竖直向下的，但图中质点9起振最晚B图中所画的质点起振时间都是相同的，起振的位置和起振的方向是不同的C图中质点8的振动完全重复质点7的振动，只是质点8振动时，通过平衡位置或最大位移的时间总是比质点7通过相

13、同位置时落后T/4D只要图中所示质点都已振动了，质点1与质点9的振动步调就完全一致，但如果质点1发生的是第100次振动，则质点9发生的就是第98次振动例例22一列简谐横波沿x轴传播，t0时的波形如图2114所示，质点A与质点B相距1 m，A点速度沿y轴正方向；t0.02 s时，质点A第一次到达正向最大位移处由此可知()类型二波的周期(或频率)、波速和波长图2114A此波的传播速度为25 m/sB此波沿x轴正方向传播C从t0时起，经0.04 s，质点A沿波传播方向迁移1 mD在t0.04 s时，质点B处在平衡位置，速度沿y轴负方向【答案】A变式训练2(2010年高考天津卷)一列简谐波沿x轴正方向

14、传播，传到M点时波形如图2115所示，再经0.6 s，N点开始振动，则该波的振幅A和频率f为()图2115AA1 mf5 HzBA0.5 mf5 HzCA1 mf2.5 HzDA0.5 mf2.5 Hz例例33 (2011年济南高二检测)一列简谐横波，在t0.4 s时刻的波形图象如图2116乙所示，波上A质点的振动图象如图甲所示图2116类型三波的图象和振动图象的结合问题(1)判断该波的传播方向；(2)求该波的传播速度【自主解答】(1)由图甲可知，t0.4 s时A质点向y方向振动，则由图乙可知，t0.4 s时，A质点在重复它左边质点的振动，故该列波沿x方向传播(2)由图乙知波长20 m，由图甲

15、知周期为T0.8 s，【答案】(1)沿x方向(2)25 m/s【规律总结】在波的图象中，由某时刻某一质点的振动方向可判断波的传播方向，反之，由波的传播方向，也可判断该时刻某质点的振动方向；在波的图象可读出波长，在振动图象中可读出周期T，则两者结合可求出波速v.变式训练3(2011年高考重庆卷)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时传到L处，波形如图2117所示下列能描述x0处质点振动的图象是()图2117图2118解析：选C.由波动图象知，L处质点的振动方向沿y轴负方向，故x0处质点起振方向沿y轴负方向，A、B错误；又由波动图象知，t0时刻x0处质点沿y轴负方向运动，C正确，D错误