高中物理 7-2波的形成和傳播 波的圖象課件 人教版

1、●自主學習1．產(chǎn)生條件：(1) ；(2) ．,波源,介質(zhì),2．特點(1)機械波傳播的只是振動的 和 ．質(zhì)點只在各自的平衡位置附近做受迫運動，并不隨波 ．(2)介質(zhì)中各質(zhì)點的振動相同，振動周期和頻率都與 的振動周期和頻率相同．(3)各質(zhì)點開始振動(即起振)的方向均 ．(4)一個周期內(nèi)，質(zhì)點完成一次全振動，通過

2、的路程為 ，位移為 .,形式,能量,遷移,波源,相同,4A,0,3．機械波的分類(1)橫波：質(zhì)點振動方向與波的傳播方向 的波，有 (凸部)和 (凹部)．(2)縱波：質(zhì)點振動方向與波的傳播方向在 的波，有 和 ．,垂直,波峰,波谷,,,同一條直,線

3、上,密部,疏部,4．波長、波速、頻率及其關(guān)系(1)波長在波的傳播方向上，相對平衡位置的 總是相等的兩個相鄰的質(zhì)點間的距離，用λ表示．(2)波速波在介質(zhì)中的傳播速度．由 本身的性質(zhì)決定．(3)頻率由 決定，等于 的振動頻率．(4)波長、波速和頻率的關(guān)系①公式關(guān)系：v＝ ②適用條件：對機械波、電磁波均適用．,位移,

4、介質(zhì),波源,波源,λf.,,【特別提醒】(1)由于質(zhì)點間的彈力作用，先振動的質(zhì)點要對相鄰的后振動的質(zhì)點做正功，后者對前者做負功，因而離波源近的質(zhì)點把機械能傳遞給離波源遠的質(zhì)點．(2)橫波是固體的形狀發(fā)生了變化而產(chǎn)生彈力作用所致，橫波只能通過固體傳播；物體的各部分由于經(jīng)常受到壓縮和拉長，固體內(nèi)固然要產(chǎn)生彈力、液體和氣體也要產(chǎn)生彈力，所以縱波在這三種狀態(tài)的介質(zhì)中都能傳播．,●深化拓展1．對波速、波長、頻率的理解(1)波的頻率是介質(zhì)中各

5、質(zhì)點的振動頻率，質(zhì)點的振動是一種受迫振動，驅(qū)動力來源于波源，所以波的頻率由波源決定，是波源的頻率．(2)波速是介質(zhì)對波的傳播速度．介質(zhì)能傳播波是因為介質(zhì)中各質(zhì)點間有彈力的作用，彈力越大，相對運動的反應(yīng)越靈敏，則波的傳播速度越大．通常情況下，固體對機械波的傳播速度較大，氣體對機械波的傳播速度較?。裕橘|(zhì)對機械波的傳播速度由介質(zhì)決定，與振動頻率無關(guān)．,(3)波長是質(zhì)點完成一次全振動傳播的距離，所以波長與波速和周期有關(guān)，即波長由波源和介

6、質(zhì)共同決定．由以上分析知，波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)，頻率不會發(fā)生變化，但波速和波長將發(fā)生改變．波長描述波在空間上的周期性，相距為波長整數(shù)倍的質(zhì)點振動情況完全相同；周期描述波在時間上的周期性，在波傳播過程中，經(jīng)過整數(shù)倍周期時，波的圖象相同，同一質(zhì)點的振動情況相同．,點拔：根據(jù)波的時間周期性和空間周期性可以得到如下結(jié)論：波傳播的距離是波長的多少倍，則傳播這段距離所用時間是周期的多少倍，用公式表示為： .,2．波速和質(zhì)點

7、振動速率,●針對訓練　簡諧機械波在給定的介質(zhì)中傳播時，下列說法正確的是 (　　)A．振幅越大，則波傳播的速度越大B．振幅越大，則波傳播的速度越小C．在一個周期內(nèi)，振動質(zhì)點走過的路程等于一個波長D．振動的頻率越高，則波傳播一個波長的距離所用的時間越短,解析：波的傳播速度由介質(zhì)決定，與振幅、頻率無關(guān)，故A、B均錯誤；一個周期內(nèi)，波傳播距離等于一個波長，質(zhì)點走過的路程等于

8、4A，C錯誤；波傳播一個波長所用時間等于一個周期，D正確．答案：D,●自主學習波的圖象1．坐標軸：取各質(zhì)點平衡位置的連線作為x軸，表示質(zhì)點分布的順序；取過波源質(zhì)點的 方向作為y軸，表示質(zhì)點 ．2．意義：在波的傳播方向上，介質(zhì)中質(zhì)點在某一時刻相對各自 的位移．,振動,位移,平衡位置,3．波的圖象的應(yīng)用(1)可直接得到在該時刻各質(zhì)點離開平衡位置的位移的

9、大小和方向，從而可確定不同質(zhì)點加速度的大小關(guān)系，以及各質(zhì)點的加速度方向．(2)可直接讀出各質(zhì)點振動的振幅．(3)若已知波的傳播方向，可確定各質(zhì)點的振動方向．(4)可以由某時刻的波形圖畫出另一時刻的波形圖．【特別提醒】(1)有機械波時一定有機械振動，反之不一定成立．(2)波源停止振動時，機械波不會立即停止傳播．,●深化拓展橫波的傳播方向與質(zhì)點的振動方向的互判方法1．上下坡法沿波的傳播速度方向看，“上坡”的質(zhì)點向下振動，“下

10、坡”的質(zhì)點向上振動，簡稱“上坡下，下坡上”．(如圖所示),2．同側(cè)法在波的圖象上的某一點，沿y軸方向畫出一個箭頭表示質(zhì)點振動方向，并設(shè)想在同一點沿x軸方向畫個箭頭表示波的傳播方向，那么這兩個箭頭總是在曲線的同側(cè)．(如圖所示),3．逆向描跡法逆著波的傳播方向用筆描波形曲線，筆頭向上動，質(zhì)點的振動方向向上，筆頭向下動，質(zhì)點的振動方向就向下，如圖所示．,●針對訓練　如圖所示，為一列簡諧橫波在某一時刻的波的圖象，A、B、C是介質(zhì)中的三個質(zhì)

11、點．已知波是向x正方向傳播的，波速為v＝20m/s，下列說法中正確的是 (　　)A．這列波的波長是10cmB．質(zhì)點A的振幅為零C．質(zhì)點B此刻向y軸正方向運動D．質(zhì)點C再經(jīng)過0.15s通過平衡位置答案：CD,●規(guī)律方法掌握波形成的基本特征：后一質(zhì)點的振動總是落后于帶動它的前一質(zhì)點的振動，每個質(zhì)點的起振方向與振源的起振方向相同．振源簡諧運動一個周期，波向前傳播一個波長，波的振動周期和頻率與振源的振動周期和頻率相同．,【例

12、1】　如圖甲所示，沿x軸方向的一條細繩上有O、a、b、c四點，且Oa＝ab、bc＝5ab，質(zhì)點O在垂直于x軸方向上做簡諧運動，沿x軸傳播形成橫波．t1＝0時刻，O點開始向上運動，經(jīng)t2＝0.2s，O點第一次到達上方最大位移處，這時a點才開始往上運動．由此可以判斷，在t3＝2.6s時刻，質(zhì)點b和c的運動情況是 (　　),A．b點位于x軸下方B．c點位于x軸上方C．b點正向下運動D．c點

13、正向下運動[分析]　根據(jù)題目可知O點的振動情況和a點的起振情況，質(zhì)點的起振方向、周期及 內(nèi)波傳播的情況，進而作出波形圖象即可解答問題．,[解析]　設(shè)x軸上每一個小格長為l，經(jīng)t2＝0.2s，O點第一次到達上方最大位移處，這時a點才開始向上運動，說明振源O點的起振方向向上，且t2＝ ，得T＝4t2＝0.8s，由 ＝l，得λ＝4l.在t3＝2.6s＝ T時刻，波形如圖乙所示．所以b點位于x軸下方，瞬時速度為零；c點位于x軸

14、上，向下有最大速度．[答案]　AD[總結(jié)提升]　本題利用機械波的形成特點，結(jié)合振源的振動情況畫出某時刻的波形，從而判斷機械波上各點在該時刻的運動情況．,一列沿x軸正向傳播的簡諧橫波，其振幅為2cm，波速為30cm/s，在傳播過程中，介質(zhì)中相距30cm的兩質(zhì)點a、b某時刻均在x軸上方距離x軸1cm的位置，此時兩質(zhì)點運動方向相反，如圖所示．則下列說法正確的是(　　),A．從此時刻起，經(jīng)過1秒鐘a質(zhì)點運動到b位置處B．此時a、b兩質(zhì)點加

15、速度大小相等、方向相反C．b質(zhì)點可能比a質(zhì)點先回到平衡位置D．a(chǎn)質(zhì)點速度最大時，b質(zhì)點速度為0解析：波傳播時質(zhì)點并不遷移，故選項A錯；此時兩質(zhì)點的位移相同，故加速度相同，選項B錯；此時兩質(zhì)點的速度方向相反，但不能確定其具體方向，也就不能確定哪個先回到平衡位置，選項C對；假設(shè)此時a向下運動，b向上運動．由于a運動越來越快，b越來越慢，故a運動到平衡位置即速度最大時，b還沒有到達最大位移處，速度不為零，選項D錯．答案：C,●規(guī)律方法

16、由波的傳播方向和某時刻的波形圖畫出另一時刻的波形圖(或已知某一時刻的波形圖和另一時刻的波形圖，求出波的傳播方向)的方法主要有：(1)平移法：將時間差換算成與周期的關(guān)系，或?qū)鞑ゾ嚯x換算成與波長的關(guān)系，再進行平移．平移時注意“去整留零”．(2)特殊點法：取相距 的兩個特殊點，一般是波峰和平衡位置或波谷與平衡位置，由此確定它們經(jīng)過一段時間后的位置，再將波形圖補充完整．,【例2】　沿x軸方向放置的一條水平繩，其中點為坐標原點O，繩O

17、處的質(zhì)點做簡諧運動，振動圖象如圖甲所示．振動在繩上產(chǎn)生的簡諧波分別沿x軸的正負方向傳播，波速為1m/s.若0.3s時質(zhì)點O立即停止振動，則當振源停止振動后再經(jīng)0.1s時的波形圖是圖乙中的(　　),[分析]　根據(jù)質(zhì)點O的振動圖象可判斷出波的周期T＝0.4s，質(zhì)點的起振方向(向上)，結(jié)合波速可求出波長λ＝0.4s，畫出0.3s內(nèi)的波形圖，將波形沿傳播方向平移Δs＝0.1m即可.,[解析]　由振動圖象可知，波的周期T＝0.4s，波長λ＝vT＝

18、1×0.4m＝0.4m，振動0.3s后，波向前傳播的距離x＝vt＝1×0.3m＝0.3m，波剛開始振動時波源由平衡位置向上振動，可以推知0.3s時的波形如圖丙所示，再經(jīng)0.1s，波形以波源為分界點分別將波向左右平移0.1m.[答案]　B,[總結(jié)提升]　本題可采用“特殊點法”，振源經(jīng) T自平衡位置運動至波谷處，波向x軸正方向及x軸負方向形成的波就可依次確定，且波只向前分別傳播了 λ.此后波源停止振動，波形

19、不變，只會向兩邊傳播出去．,一列簡諧橫波沿x軸正向傳播，t＝0時刻的波形圖如圖所示，傳播速度是1m/s.已知g＝10m/s2.則：(1)它的周期為多少？(2)在圖中畫出t＝5s時的波形圖(至少一個波長)．在哪些時刻x＝1m處的質(zhì)點處于波峰？(3)如果該列波是一單擺振動產(chǎn)生的，則單擺的擺長是多少？,解析：(1)由圖可知：λ＝2mT＝λ/v　所以T＝2s(2)t＝5s時的波形如下圖中虛線所示．t＝(2k＋ )s(k＝0,1

20、,2,3…)時x＝1m處質(zhì)點處于波峰,答案：(1)2s　(2)見解析圖　(2k＋ )s(k＝0,1,2,3…)(3)1m,●規(guī)律方法振動圖象與波動圖象的比較,【例3】　(2009·寧夏銀川抽樣測試)如圖所示，甲為某一質(zhì)點在t＝1.0s時刻的圖象，乙為參與波動的某一質(zhì)點的振動圖象．(1)兩圖中AA′，OC各表示什么物理量？量值各是多少？(2)說明兩圖中OA′B段圖線的意義．(3)畫出再經(jīng)過0.25s后的波動圖象

21、和振動圖象．,[解析]　(1)甲圖中AA′是質(zhì)點A的振幅和它在t＝1.0s對平衡位置的位移，量值為0.2m，方向與正方向相反；OC表示波長，量值為4m；乙圖中AA′為某一質(zhì)點振動的振幅，也是該質(zhì)點在t＝0.25s相對平衡位置的位移，量值為0.2m，方向與正方向相反，OC表示該質(zhì)點的振動周期，量值為1.0s.(2)甲圖中OA′B段圖線表示O和B之間的各質(zhì)點在t＝1.0s時相對平衡位置的位移，OA間各質(zhì)點在t＝1.0s時向平衡位置振動，A

22、B間各質(zhì)點正遠離平衡位置振動，乙圖中OA′B段圖線表示某一質(zhì)點在t＝0～0.5s內(nèi)振動位移隨時間的變化情況，在0～0.25s內(nèi)該質(zhì)點正遠離平衡位置振動，在0.25s～0.5s內(nèi)正向著平衡位置振動．,(3)再經(jīng)過0.25s后，波向右平移Δx＝vΔt＝ ，振動圖象在此基礎(chǔ)上延伸 ，圖象分別如圖甲、乙所示．,[答案]　見解析[總結(jié)提升]　解決兩種圖象結(jié)合的問題的基本思路：(1)首先識別哪一個是波的圖象，哪一個是振動圖象，兩者間

23、的聯(lián)系紐帶是周期與振幅．(2)再從振動圖象中找出某一質(zhì)點在波的圖象中的那一時刻的振動方向，然后再確定波的傳播方向及其他問題．解決此類題的關(guān)鍵是搞清振動圖象與波動圖象的區(qū)別與聯(lián)系．,(2009·全國Ⅰ)一列簡諧橫波在某一時刻的波形圖如圖1所示，圖中P、Q兩質(zhì)點的橫坐標分別為x＝1.5m和x＝4.5m.P點的振動圖象如圖2所示．在下列四幅圖中，Q點的振動圖象可能是(　　),解析：本題考查簡諧運動質(zhì)點的位移圖象和波的圖象兩個知

24、識點，意在考查考生對兩個圖象的識別及綜合分析能力．由波形圖可知該波的波長為4m，P、Q兩點間相距 個波長，由P點振動圖象可知，t＝0時刻，P點通過平衡位置向上運動，若波沿x軸正方向傳播，則Q點應(yīng)在正向的最大位移處，B正確；若波沿x軸負方向傳播，則Q點應(yīng)在負向最大位移處，C正確．答案：BC,●規(guī)律方法波的多解問題(1)傳播方向不確定出現(xiàn)多解波總是由波源出發(fā)，并由近及遠地向前傳播．波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)中的各個質(zhì)點的振動情況可以

25、根據(jù)波的傳播方向確定．反之亦然，但是，如果題中的已知條件不能確定波的傳播方向或者不能確定質(zhì)點的振動方向，則需要分情況進行討論，此時就會出現(xiàn)多解現(xiàn)象．,(2)兩質(zhì)點間位置關(guān)系不確定出現(xiàn)多解在波的傳播方向上，如果兩個質(zhì)點間的距離不確定或相位之間關(guān)系不確定，就會形成多解，而不能聯(lián)想到所有可能的情況，就會出現(xiàn)漏解．做這類題時，應(yīng)根據(jù)題意在兩質(zhì)點間先畫出最短的波形圖，然后再分別分析．(3)傳播距離與波長關(guān)系不確定出現(xiàn)多解在波的傳播方向上，相

26、隔一個波長的質(zhì)點振動的步調(diào)是完全相同的；但如果題目中沒有給定波的傳播距離Δx與波長λ之間的大小關(guān)系，就會出現(xiàn)多解現(xiàn)象．,(4)間隔時間與周期關(guān)系不確定出現(xiàn)多解在波向前傳播的過程中，質(zhì)點在各自平衡位置兩側(cè)做簡諧運動．由于簡諧運動具有周期性而出現(xiàn)多解．即若某一時刻t各振動質(zhì)點形成一波形，經(jīng)過時間Δt＝nT(n＝0,1,2，…)，各振動質(zhì)點將回到原來狀態(tài)，則t＋Δt＝t＋nT時刻的波形與t時刻的波形重合．在處理這類問題時，要始終抓住質(zhì)點

27、周期性運動及其與波的傳播之間的聯(lián)系，并要靈活地用周期數(shù)來表示波的傳播時間，用波長個數(shù)來表示波的傳播距離，才便于分析、表達和解決問題．,【例4】　一列橫波在x軸上傳播，t1＝0和t2＝0.005s時的波形，如圖所示的實線和虛線，求：(1)設(shè)周期大于(t2－t1)，求波速．(2)設(shè)周期小于(t2－t1)，并且波速為6000m/s，求波的傳播方向．,[解析]　當波傳播時間小于周期時，波沿傳播方向前進的距離小于一個波長，當波傳播的

28、時間大于周期時，波沿傳播方向前進的距離大于波長，這時從波形的變化上看出的傳播距離加上幾個波長才是實際傳播的距離．(1)因Δt＝(t2－t1)<T，所以波傳播的距離可以直接由圖讀出．若波向右傳播，則在0.005s內(nèi)傳播了2m，故波速為,若波向左傳播，則在0.005s內(nèi)傳播了6m，故波速為(2)因Δt＝(t2－t1)>T，所以傳播的距離大于一個波長，在Δt內(nèi)傳播的距離為：Δx＝vΔt＝6000×0.005m＝

29、30mΔx＝30m＝3λ＋ λ因此，可得波的傳播方向沿x軸的負方向．,[答案]　見解析[總結(jié)提升]　(1)波的多解問題是能力性很強的題目．一直是高考的熱點，分析的關(guān)鍵是明確造成這種情況的多種可能性．(2)波的多解問題解法比較靈活，主要從以下三個方面考慮；一是從波傳播的距離和波長的關(guān)系考慮；二是從傳播時間與周期的關(guān)系考慮；三是從波速方向考慮．,(2009·四川理綜)圖示為一列沿x軸負方向傳播的簡諧橫波，實線為t＝0時刻

30、的波形圖，虛線為t＝0.6s時的波形圖，波的周期T>0.6s，則(　　),A．波的周期為2.4sB．在t＝0.9s時，P點 沿y軸正方向運動C．經(jīng)過0.4s，P點經(jīng)過的路程為4mD．在t＝0.5s時，Q點到達波峰位置,解析：本題考查機械波的機械振動的綜合問題，意在考查考生的理解能力、推理能力、分析綜合能力．從兩時刻的波形圖可以看出，在Δt＝0.6s時間內(nèi)，波傳播的距離Δx＝ ＝6m，故傳播時間Δt