新教材高中物理第3章机械波第1节波的形成和描述课件鲁科版选择性

平滑曲线 连接起来,就得到了该时刻波的图像,也称波形曲线或波形。 (2)简谐波:波源做 简谐运动 时,在各个时刻波的图像是一条正弦(或余弦)曲
线,这种波称为简谐波。
(1)波的周期和频率 a.周期:波源的 振动
周期就是波的周期,用T表示。
b.频率:介质中各质点
1
c.两者的关系:T=
f
振动 的频率就是波的频率,用f表示。 。
2 |横波和纵波的区别
情境 生活中,用力抖动绳子,可观察到沿绳传播的横波,如图甲所示;如果我们在 长弹簧的一端沿着其轴线方向来回推拉,就会观察到纵波在弹簧上的传播,如图 乙所示。
设问 1.如图甲所示,绳子中各质点振动方向与波的传播方向有什么关系? 提示:质点的振动方向与波的传播方向相互垂直。 2.横波有什么外形特点? 提示:横波的波形凹凸相间,凹部最低处称为波谷,凸部最高处称为波峰。
方法
内容
图像
“带动”法
先振动的质点带动邻近的后振 动的质点。如在质点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
“上下坡”法 “同侧”法
沿波的传播方向,“上坡”时质 点向下振动,“下坡”时质点向 上振动
波形图上某点表示传播方向和 振动方向的箭头在图线同侧
(2)波长:两个相邻的、相对平衡位置的位移和振动方向 总是
相同的质
点间的距离,称为波长,用λ表示。
(3)波速
a.定义:物理学中,将振动传播的
距离
b.波速公式:v=
λ T
或v=λf。
与传播时间之比称为波速。
判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ✕” 。 1.机械波传播的是介质中的质点。 ( ✕ ) 提示:机械波传播的是振动形式,振动质点不随波迁移。 2.机械波传播的是质点的运动形式。 ( √ ) 3.横波中质点的振动方向与波的传播方向垂直。 ( √ ) 4.波的图像表示介质中质点的运动轨迹。 ( ✕ ) 提示:波的图像反映介质中各个质点在同一时刻的位移情况。 5.在一个周期内,振动在介质中传播的距离等于一个波长。 ( √ ) 6.横波中任意两个波峰之间的距离等于波长。 ( ✕ ) 提示:相邻的两个波峰之间的距离等于波长。
波的分类
横波
纵波
实物 波形
概念 介质 特征
质点的振动方向与波的传播方 质点的振动方向与波的传播方
向相互垂直的波
向在同一直线上的波
机械横波只能在固体介质中传 在固体、液体和气体介质中均
播
能传播
在波动中交替、间隔出现波峰 在波动中交替、间隔出现密部
和波谷
和疏部
现象 运动 现象 运动 成因
运动 性质
振动与波动的联系和区别
第1节 波的形成和描述
1.理解机械波的形成过程和产生条件,明确机械波传播的特点。 2.知道波的种类及横波和纵波的概念。 3.理解波的图像的意义和应用,能区分振动图像和波的图像。 4.知道波的特征,掌握波长、波速和频率的关系。
1 |波的形成与传播 1.介质:传播① 波 的物质。
(1)定义:② 机械振动 在介质中传播形成的波称为机械波。 (2)产生条件:③ 波源 和介质。 (3)特点 a.机械波向外传递的是④ 机械振动 这种运动形式。 b.介质中每个质点仅在⑤ 平衡位置 附近振动,并不随波向前移动。 c.波是传递⑥ 能量 的一种方式。
拔高问题 5.从波的图像中能获取哪些信息? 提示:直接获取的信息:振幅A、波长λ、各个质点的位置坐标。 间接获取的信息: ①已知波的传播方向可得各个质点的振动方向,反之亦然。 ②质点的位移、速度、加速度的变化情况。 ③若已知波的周期,可得质点在一段时间内通过的路程。 ④若已知波的周期,可得经过一段时间后的波形图。 ⑤若已知波的周期,则可得波速。
1 |机械波的形成及特点
情境 人们对火星并不陌生,这颗红色星球的光斑早在几千年前就映在了老祖宗 的眸子里,早在几百年前,伽利略就用望远镜观察到了火星的轮廓,然而人类依然 回答不了这样一个问题:火星内部到底是什么样子?于是,2018年5月5日人类派出 了“洞察号”火星探测器,让它贴着火星表面去“听一听”那颗红色星球上的地 震波,通过地震波,可以探测到肉眼看不到的世界。
波速、波长、周期与频率的决定因素和关系
物理量 周期和 频率 波长
波速
决定因素
关系
取决于波源,而与v、λ无直接关 系
只取决于v和T,只要v、T其中一 个发生变化,λ值必然发生变化
v=λf或 v=
T
取决于介质的物理性质,与T、λ 无直接关系
4 |波的图像与振动图像
情境 “白毛如雪、展翅翱翔、雍容高贵、洁白美丽、娴静优雅 ”,这些美好 的词语都可以用在天鹅的身上,天鹅不仅高雅美丽,还擅长跳舞!摄影爱好者们,时 而用摄像机记录下天鹅独舞的优美片段(图甲为录像中的某个画面),时而又用照 相机抓拍下天鹅群舞的惊艳瞬间(图乙)。
2 |波的分类 1.分类:根据质点振动方向和⑦ 波传播方向 的关系,机械波分为横波和纵波。
(1)定义:质点的振动方向与波的传播方向⑧ (2)标识性物理量 a.波峰:凸起的⑨ 最高 处。 b.波谷:凹下的⑩ 最低 处。
垂直
的波。
(1)定义:质点的振动方向与波的传播方向在
(2)标识性物理量(以弹簧上形成的纵波为例)
设问 1.地震波是否属于机械波? 提示:地震波属于机械波。 2.假设火星内部没有地质活动,那么“洞察号”能否“听”到来自火星内部的天 然地震波? 提示:不能。若火星内部没有地质活动,则没有波源,而没有波源就一定不会产生 机械波。 3.火星探测器通过“听”地震波来了解火星内部是利用了波的什么特点? 提示:利用了波可以传递信息的特点。
由波的图像获得的三点信息 (1)可以直接看出在该时刻各个质点相对平衡位置的位移。 (2)可以直接看出在波的传播过程中各质点的振幅A。 (3)若已知该波的传播方向,可以确定各质点的振动方向;或已知某质点(除波峰、 波谷外的质点)的振动方向,可以确定该波的传播方向。
波的图像的周期性 在波的传播过程中,各质点都在各自的平衡位置附近振动,不同时刻质点的位移 不同,则不同时刻波的图像不同。质点的振动位移做周期性变化,则波的图像也 做周期性变化。经过一个周期,波的图像复原一次。
a.密部:弹簧分布
最密 的位置。
b.疏部:弹簧分布
最疏 的位置。
同一直线 上的波。
3 |波的描述
(1)图像的描绘
a.建立坐标系:用横坐标x表示沿波传播方向上各质点的 平衡位置 ,用纵坐标y
表示各质点离开平衡位置的
位移 ,规定位移方向向上为正值。
b.描点:在坐标系内,以某一时刻各个质点的x、y值描出各对应点,再把这些点用
“微平移”法
将波形沿传播方向进行微小的 平移,再由对应同一x坐标的两 波形曲线上的点来判断振动方 向
3 |对波的图像的应用
情境 波的图像是一种数学表示方法,只有横波的波形能用图像直观地表示出 来。如图所示,是用波动演示器演示横波,波形的原因是什么? 提示:先振动的质点带动后面的质点振动,后振动的质点重复先振动质点的振动, 但后振动质点的振动落后于先振动的质点,导致同一时刻各质点相对平衡位置的 位移不同,故形成了凹凸相间的波形。 2.若绘制波的图像,应怎样建立坐标系? 提示:用横坐标表示各质点的平衡位置到原点的距离,用纵坐标表示某时刻各质 点相对平衡位置的位移。 3.为什么不同时刻波的图像的形状不同? 提示:在波的传播过程中,各质点都在各自的平衡位置附近振动,不同时刻质点的 位移不同,故不同时刻波的图像不同。 4.波的图像是否具有周期性? 提示:各质点振动的位移随时间做周期性的变化,故波的图像也做周期性的变化。
3.如图乙所示,弹簧中的波动有什么特点? 提示:弹簧中形成密集的部分和稀疏的部分,密部和疏部相间地由一端向另一端 传播。
拔高问题 4.弹簧波与绳波是否一样?它们的区别是什么? 提示:不一样。绳波振动方向与传播方向垂直,呈现波峰和波谷;弹簧波振动方向 和传播方向在同一直线上,呈现疏部和密部。
横波和纵波的对比
机械波的形成
机械波的特点 (1)机械波传播的是振动形式、能量和信息,介质中各质点本身并不随波的传播 而迁移,而是在各自的平衡位置附近振动。 (2)由于波的形成实际上是从波源开始依次带动介质中的各个质点参与振动,所 以各个质点都在做受迫振动,因此各个质点振动的周期(频率)与波源的周期(频 率)相同。 (3)在不考虑能量损失时,各质点振动的振幅相同,各质点的起振方向都与波源开 始振动的方向相同。
两类图像的对比
图像种类
不同点
物理意义
研究对象 研究内容
图像
振动图像 表示某质点在各 个时刻的位移
某个振动质点
某质点位移随时 间变化的规律
波的图像 表示某时刻各 个质点的位移
所有质点
某时刻所有质 点的空间分布规律
图像变化 比喻
随时间延伸 单人舞的录像
随时间推移 抓拍的集体舞照片
图像形状
可获得的 信息 联系
设问 1.请结合图甲、图乙分析摄影爱好者们通过录像和照相记录天鹅舞姿的区别(写 出两点即可)。 提示:录像记录的天鹅舞姿是动态的,而照相记录的天鹅舞姿是静态的;录像能够 体现出天鹅在某段时间内的连续舞姿,而照相能够体现出天鹅在某个时刻的瞬间 舞姿。 2.若将振动图像比喻成天鹅独舞的录像,那么波的图像可以用天鹅做怎样的比喻 呢? 提示:可将波的图像比喻成抓拍的天鹅群舞的照片。
正弦曲线
质点振动的振幅、位移、加速度的方向 质点的振动是形成波动的基本要素
拔高问题 3.振动图像和波的图像均可描述质点相对平衡位置的位移,但其根本却是不同的, 请尝试说明二者有何不同之处。
提示:振动图像描述的是介质中“某一质点”在“各个时刻”相对平衡位置的位 移,而波的图像描述的是介质中的“各个质点”在“某一时刻”相对平衡位置的 位移。 4.若已知波形图和波的传播方向,便可以确定质点的振动方向;若已知各个质点的 振动方向和波的图像,便可以确定波的传播方向。在分析和解答这类问题时,若 是已知波形图,需要关注波形图的哪方面问题?若是已知振动图像,需要关注振动 图像的哪方面问题? 提示:若是已知波形图,要看清楚是哪一时刻的波形图;若是已知振动图像,要明确 是哪一质点的振动图像。
能量 变化
联系
振动系统的动能与势能相互转 波源将能量传递给与它相邻的 化,动能最大时势能最小,势能最 质点,这个质点再将能量传递给 大时动能为零,总的机械能守恒 下一个质点
(1)振动是波动的起因,波动是振动的传播 (2)有波动一定有振动,有振动不一定有波动 (3)波动的周期等于质点振动的周期
波的传播方向与质点振动方向的互判方法
振动
波动
振动是单个质点所表现出的周 波动是相联系的质点群表现出
而复始的运动现象
的周而复始的运动现象
质点由于某种原因离开平衡位 介质中质点受到相邻质点的驱
置,同时受到指向平衡位置的力 动而随着运动,并将振动形式由
——回复力的作用
近及远传播出去,各质点间存在
相互作用力
质点的振动是变加速运动
波在同种均匀介质中匀速传播
对波的图像的理解 (1)波的图像是某一时刻介质中各个质点运动情况的“定格”。可以将波的图像 比喻为某一时刻对所有质点拍摄下的“集体照”。 (2)简谐波的图像是正(余)弦曲线,是最简单的一种波,各个质点振动的最大位移都 相等,介质中有简谐波传播时,介质中的质点做简谐运动。 (3)横波的图像形状与波在传播过程中介质中各质点某时刻的分布相似,波形中 的波峰即图像中的位移正向最大值,波谷即图像中的位移负向最大值,波形中通 过平衡位置的质点在图像中也恰处于平衡位置。