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人教版 (2019)选择性必修 第一册2 波的描述评课ppt课件
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这是一份人教版 (2019)选择性必修 第一册2 波的描述评课ppt课件，共45页。PPT课件主要包含了图3-2-1，图3-2-2，图3-2-3，图3-2-4，图3-2-5，图3-2-6，振动周期或频率，一个周期T，介质中，图3-2-7等内容，欢迎下载使用。
1.能用描点法作横波的图像,理解波的图像的物理意义.2.理解波长、频率和波速的意义及其关系.3.能判断波的传播方向和质点的振动方向.
波的描述是本章的教学重点和难点.教材首先介绍了图像法,然后再介绍波长、频率和波速等物理量,为用解析法描述波打好基础.教学中应根据实际情况,采用多种教学手段,如通过波动演示箱或者利用多媒体动画课件模拟演示各个时刻的波形,帮助学生在头脑中形成正确的物理图景.以横波为例说明波的图像的物理意义,通过这一过程提高学生的抽象思维能力.教材重点说明波的图像表现的是各个质点在某一时刻偏离平衡位置的位移.对此,学生在初学时并不容易理解,波的图像与某时刻横波的形状相似,但波的图像的意义究竟是什么?
首先要让学生弄清波的图像中横、纵坐标各表示什么物理量,理解波形图中各点所表示的是质点相对平衡位置处的位移,最高(低)位置表示质点位移达到最大.在学习用图像法描述波以后,要让学生切实理解波长、频率和波速是描述波的特性的物理量,能用这些物理量描述机械波.在学生认识波长、频率和波速三者的关系后,应进一步加深对波的图像的认识.在本节课后,学生应能从波的图像中获取相关信息,对有关问题进行分析和推理,并能解释生产生活中的有关现象.
学习任务一:对波的图像的理解
[物理观念] (1)波的图像描述的是在波的传播方向上各质点在某一时刻偏离平衡位置的位移.(2)由波的图像可以获得的信息
例1 一列沿x轴正方向传播的简谐横波在某时刻的波形如图3-2-1所示,P为介质中的一个质点.从该时刻开始的一段极短时间内,P的速度v和加速度a的大小变化情况是( )A.v变小,a变大B.v变小,a变小C.v变大,a变大D.v变大,a变小
[解析] 从波的图像可以得出,质点P的运动方向沿y轴正方向,质点P正在向平衡位置运动,在一段极短的时间内,质点P的速度变大,加速度变小,选项D正确.
波的图像的特点(1)简谐波:简谐波的图像是正弦曲线,对于简谐波而言,各个质点振动的振幅都相同.(2)波的图像的重复性:相隔时间等于周期的整数倍的两个时刻的波形相同.(3)波的传播方向的双向性:不指定波的传播方向时,图像中波可能沿x轴正方向传播,也可能沿x轴负方向传播.
[科学思维] 波的传播方向与质点振动方向的互判方法
学习任务二:振动方向与波的传播方向的互判
例2 如图3-2-4所示为某一时刻的波的图像,已知波向x轴正向传播,则关于A、B、C、D四个质点在此时刻的振动,下列说法正确的是( )A.质点A做减速运动B.质点B向下振动C.质点C做加速运动D.质点D向下振动
[解析] 由“质点带动”法可得,质点A、C和D向上振动,质点B向下振动,A做加速运动,C做减速运动,选项A、C、D错误,B正确.
变式1 (多选)如图3-2-5所示为一列简谐横波在某时刻的波形图,传播方向为x轴负方向,则此时刻( )A.各质点的位移都为5 cmB.x=2 m处的质点速度沿y轴正方向C.x=4 m处的质点加速度沿y轴正方向D.x=8 m处的质点速度为正的最大值
[解析] 从波的图像可以看出,选项A错误;根据波的传播方向和波的图像可以得出,此时刻x=2 m处的质点速度沿y轴负方向,选项B错误;
x=4 m处的质点此时处于负向最大位移处,加速度沿y轴正方向,选项C正确;x=8 m处的质点位于平衡位置,速度沿y轴正方向,所以速度为正的最大值,选项D正确.
变式2 如图3-2-6所示为一列简谐波在某时刻的波形图,已知图中质点P的振动方向如图所示,则( )A.波向x轴正方向传播B.波向x轴负方向传播C.质点P1向上振动D.质点P2未发生振动
[解析] 由“质点带动”法可得,波源在P质点右侧,波向x轴负方向传播,质点P1向下振动,P2向上振动,选项A、C、D错误,B正确.
[教材链接] 阅读教材第63页,完成波长、频率和波速的相关知识(1)波长λ①定义:在波的传播方向上,振动相位总是相同的两个 质点间的距离. ②特征a.在横波中,两个相邻 或两个相邻 之间的距离等于波长. b.在纵波中,两个相邻 或两个相邻 之间的距离等于波长.
学习任务三:波长、波速、频率的关系
例3 (多选)如图3-2-7所示是一列向右传播的简谐横波在某一时刻的波形图,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,它们间的距离是一个波长
[解析] 从图像可以看出,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,可判断出质点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,因而这五个质点的位移不是总相同,A错误;质点B、F同时处于相邻的波峰,故它们的振动相位完全相同,在振动过程中位移总是相同,B正确;质点D、H同时处于相邻的波谷,它们之间的距离等于一个波长,C正确;质点A、I在振动过程中位移总是相同,振动相位也完全相同,但它们之间的距离不是一个波长而是两个波长,D错误.
变式2 (多选)一列简谐横波向右传播,在其传播路径上每隔L=0.1 m选取一个质点,如图3-2-8甲所示,t=0时刻波恰好传到质点1 ,并立即开始向上振动,经过时间Δt=0.3 s,所选取的1~9号质点间第一次出现如图乙所示的波形,则下列判断正确的是( )A. t=0.3 s时刻,质点1向上运动B. t=0.3 s时刻,质点8向下运动C. t=0至t=0.3 s内,质点8运动的时间只有0.2 sD.该波的周期为0.2 s,波速为4 m/s
变式3 一根粗细均匀的绳子右侧固定,使左侧的S点上下振动,产生一列向右传播的机械波,某时刻的波形如图3-2-9所示.下列说法中正确的是( )A.该波的波长逐渐增大B.该波的频率逐渐增大C.该波的周期逐渐增大D.该波的波速逐渐减小
[解析] 绳波在同一绳中传播,波速不变,由图可看出,此波的波长减小,由v=λf可知,频率增大,周期减小,选项B正确.
2.波的三要素的决定因素(1)波的周期和频率由波源决定,与传播波的介质无关.(2)波速由介质本身的性质决定,与波的周期、波长无直接关系.在同一种均匀介质中波速大小保持不变.(3)波长由波速v和频率f决定.
1.(多选)一简谐横波在x轴上传播,在某一时刻的波形如图所示,已知此时质点F的运动方向向下,则 ( )A.此波沿x轴负方向传播B.质点D此时向下运动C.质点B将比质点C先回到平衡位置D.质点E的振幅为零
[解析] 此时质点F向下运动,由微平移法可知,波沿x轴负方向传播,则此时质点D向下运动,质点B向上运动,将比质点C后回到平衡位置,选项A、B正确,选项C错误;在波的传播过程中,各质点的振幅相同,此时质点E只是位移为零,但振幅不为零,选项D错误.
2.(多选)如图所示是简谐横波在t=0时刻的图像,已知x=4 m处的质点P从该时刻起经过0.6 s通过的路程为6 cm,则( )A.该波的波长为10 mB.在0.6 s内波传播的距离为8 mC.该波的波长为8 mD.在t=0.6 s时刻,质点P的振动方向沿y轴负方向
3.(多选)一列简谐横波在t=0时刻的波形图如图所示.若波沿x轴正方向传播,且传播速度为20 m/s,则下列说法正确的是( )A.这列波的周期是0.2 sB.图中质点A沿y轴正方向运动C.图中质点A经0.1 s通过的路程为0.2 mD.t=0.5 s时刻,质点A沿y轴正方向运动
4.有一条较长的软绳,用手握住一端拉平后,连续向上、向下抖动长绳,可以看到一系列波的产生和传播的情境,如图所示.绳上有四个标记A、B、C、D,在波传播的过程中,下列说法正确的是( )A.标记A此时的速度方向竖直向下B.标记B和标记C之间的距离等于半个波长C.标记D此时的加速度方向竖直向下D.再过半个周期,标记A运动到标记B、C之间
[解析] 机械波向右传播,可知此时标记A的速度方向是竖直向上的,故A错误;标记B和标记C之间的水平距离才等于半个波长,故B错误;标记D此时已经越过平衡位置,正在向最高点运动,即正在做减速运动,其加速度方向竖直向下,故C正确;机械波向右传播,但是各个质点只是在其平衡位置附近上下振动,并不会随波迁移,故D错误.
5.如图所示是一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形图,已知波的传播速度v=2 m/s.试回答下列问题:(1)该波的波长λ为多大?
[答案] 2.0 m
[解析]由波的图像可知,波长为λ=2.0 m.
5.如图所示是一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形图,已知波的传播速度v=2 m/s.试回答下列问题:(2)该波的周期T为多大?
5.如图所示是一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形图,已知波的传播速度v=2 m/s.试回答下列问题:(3)写出平衡位置在x=1.0 m处的质点的振动函数表达式.
[答案] y=5sin 2πt(cm)
(4)求出平衡位置在x=2.5 m处的质点在0~4.5 s内通过的路程s及t=4.5 s时刻的位移y.
[答案] 90 cm -5 cm
[解析]4.5 s是4.5个周期,平衡位置在x=2.5 m处的质点在0~4.5 s时间内通过的路程为s=4.5×4A=90 cm.从波的图像可知,t=0时,平衡位置在x=2.5 m处的质点处于正向最大位移处,经过4.5个周期后质点处于负向最大位移处,即t=4.5 s时刻质点的位移为y=-5 cm.
1.(波的图像)关于波的图像的物理意义,下列说法正确的是( )A.波的图像表示某一质点在某一时刻的位移B.波的图像表示某一质点在各个时刻的位移C.波的图像表示各个质点在某一时刻的位移D.波的图像表示各个质点在各个时刻的位移
[解析] 波的图像表示的是介质中的各个质点在某一时刻离开各自平衡位置的位移,选项C正确.
2.(波的传播方向与振动方向的互判)如图3-2-10所示为一列沿x轴负方向传播的简谐横波在某一时刻的图像,下列说法中正确的是( )A.该时刻a质点和d质点的位移相同,加速度方向相反B.该时刻b质点和c质点的位移相同,速度方向也相同C.b质点比c质点先回到平衡位置D.a质点比d质点先回到平衡位置
[解析] 该时刻a、d两质点位移相同,加速度相同,而b、c两质点位移相同,速度方向相反,A、B错误.根据“上坡下、下坡上”可以判断,a、b两质点向上运动,c、d两质点向下运动,所以c比b先回到平衡位置,a比d先回到平衡位置,C错误,D正确.
1.能用描点法作横波的图像,理解波的图像的物理意义.2.理解波长、频率和波速的意义及其关系.3.能判断波的传播方向和质点的振动方向.
波的描述是本章的教学重点和难点.教材首先介绍了图像法,然后再介绍波长、频率和波速等物理量,为用解析法描述波打好基础.教学中应根据实际情况,采用多种教学手段,如通过波动演示箱或者利用多媒体动画课件模拟演示各个时刻的波形,帮助学生在头脑中形成正确的物理图景.以横波为例说明波的图像的物理意义,通过这一过程提高学生的抽象思维能力.教材重点说明波的图像表现的是各个质点在某一时刻偏离平衡位置的位移.对此,学生在初学时并不容易理解,波的图像与某时刻横波的形状相似,但波的图像的意义究竟是什么?
首先要让学生弄清波的图像中横、纵坐标各表示什么物理量,理解波形图中各点所表示的是质点相对平衡位置处的位移,最高(低)位置表示质点位移达到最大.在学习用图像法描述波以后,要让学生切实理解波长、频率和波速是描述波的特性的物理量,能用这些物理量描述机械波.在学生认识波长、频率和波速三者的关系后,应进一步加深对波的图像的认识.在本节课后,学生应能从波的图像中获取相关信息,对有关问题进行分析和推理,并能解释生产生活中的有关现象.
学习任务一:对波的图像的理解
[物理观念] (1)波的图像描述的是在波的传播方向上各质点在某一时刻偏离平衡位置的位移.(2)由波的图像可以获得的信息
例1 一列沿x轴正方向传播的简谐横波在某时刻的波形如图3-2-1所示,P为介质中的一个质点.从该时刻开始的一段极短时间内,P的速度v和加速度a的大小变化情况是( )A.v变小,a变大B.v变小,a变小C.v变大,a变大D.v变大,a变小
[解析] 从波的图像可以得出,质点P的运动方向沿y轴正方向,质点P正在向平衡位置运动,在一段极短的时间内,质点P的速度变大,加速度变小,选项D正确.
波的图像的特点(1)简谐波:简谐波的图像是正弦曲线,对于简谐波而言,各个质点振动的振幅都相同.(2)波的图像的重复性:相隔时间等于周期的整数倍的两个时刻的波形相同.(3)波的传播方向的双向性:不指定波的传播方向时,图像中波可能沿x轴正方向传播,也可能沿x轴负方向传播.
[科学思维] 波的传播方向与质点振动方向的互判方法
学习任务二:振动方向与波的传播方向的互判
例2 如图3-2-4所示为某一时刻的波的图像,已知波向x轴正向传播,则关于A、B、C、D四个质点在此时刻的振动,下列说法正确的是( )A.质点A做减速运动B.质点B向下振动C.质点C做加速运动D.质点D向下振动
[解析] 由“质点带动”法可得,质点A、C和D向上振动,质点B向下振动,A做加速运动,C做减速运动,选项A、C、D错误,B正确.
变式1 (多选)如图3-2-5所示为一列简谐横波在某时刻的波形图,传播方向为x轴负方向,则此时刻( )A.各质点的位移都为5 cmB.x=2 m处的质点速度沿y轴正方向C.x=4 m处的质点加速度沿y轴正方向D.x=8 m处的质点速度为正的最大值
[解析] 从波的图像可以看出,选项A错误;根据波的传播方向和波的图像可以得出,此时刻x=2 m处的质点速度沿y轴负方向,选项B错误;
x=4 m处的质点此时处于负向最大位移处,加速度沿y轴正方向,选项C正确;x=8 m处的质点位于平衡位置,速度沿y轴正方向,所以速度为正的最大值,选项D正确.
变式2 如图3-2-6所示为一列简谐波在某时刻的波形图,已知图中质点P的振动方向如图所示,则( )A.波向x轴正方向传播B.波向x轴负方向传播C.质点P1向上振动D.质点P2未发生振动
[解析] 由“质点带动”法可得,波源在P质点右侧,波向x轴负方向传播,质点P1向下振动,P2向上振动,选项A、C、D错误,B正确.
[教材链接] 阅读教材第63页,完成波长、频率和波速的相关知识(1)波长λ①定义:在波的传播方向上,振动相位总是相同的两个 质点间的距离. ②特征a.在横波中,两个相邻 或两个相邻 之间的距离等于波长. b.在纵波中,两个相邻 或两个相邻 之间的距离等于波长.
学习任务三:波长、波速、频率的关系
例3 (多选)如图3-2-7所示是一列向右传播的简谐横波在某一时刻的波形图,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,它们间的距离是一个波长
[解析] 从图像可以看出,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,可判断出质点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,因而这五个质点的位移不是总相同,A错误;质点B、F同时处于相邻的波峰,故它们的振动相位完全相同,在振动过程中位移总是相同,B正确;质点D、H同时处于相邻的波谷,它们之间的距离等于一个波长,C正确;质点A、I在振动过程中位移总是相同,振动相位也完全相同,但它们之间的距离不是一个波长而是两个波长,D错误.
变式2 (多选)一列简谐横波向右传播,在其传播路径上每隔L=0.1 m选取一个质点,如图3-2-8甲所示,t=0时刻波恰好传到质点1 ,并立即开始向上振动,经过时间Δt=0.3 s,所选取的1~9号质点间第一次出现如图乙所示的波形,则下列判断正确的是( )A. t=0.3 s时刻,质点1向上运动B. t=0.3 s时刻,质点8向下运动C. t=0至t=0.3 s内,质点8运动的时间只有0.2 sD.该波的周期为0.2 s,波速为4 m/s
变式3 一根粗细均匀的绳子右侧固定,使左侧的S点上下振动,产生一列向右传播的机械波,某时刻的波形如图3-2-9所示.下列说法中正确的是( )A.该波的波长逐渐增大B.该波的频率逐渐增大C.该波的周期逐渐增大D.该波的波速逐渐减小
[解析] 绳波在同一绳中传播,波速不变,由图可看出,此波的波长减小,由v=λf可知,频率增大,周期减小,选项B正确.
2.波的三要素的决定因素(1)波的周期和频率由波源决定,与传播波的介质无关.(2)波速由介质本身的性质决定,与波的周期、波长无直接关系.在同一种均匀介质中波速大小保持不变.(3)波长由波速v和频率f决定.
1.(多选)一简谐横波在x轴上传播,在某一时刻的波形如图所示,已知此时质点F的运动方向向下,则 ( )A.此波沿x轴负方向传播B.质点D此时向下运动C.质点B将比质点C先回到平衡位置D.质点E的振幅为零
[解析] 此时质点F向下运动,由微平移法可知,波沿x轴负方向传播,则此时质点D向下运动,质点B向上运动,将比质点C后回到平衡位置,选项A、B正确,选项C错误;在波的传播过程中,各质点的振幅相同,此时质点E只是位移为零,但振幅不为零,选项D错误.
2.(多选)如图所示是简谐横波在t=0时刻的图像,已知x=4 m处的质点P从该时刻起经过0.6 s通过的路程为6 cm,则( )A.该波的波长为10 mB.在0.6 s内波传播的距离为8 mC.该波的波长为8 mD.在t=0.6 s时刻,质点P的振动方向沿y轴负方向
3.(多选)一列简谐横波在t=0时刻的波形图如图所示.若波沿x轴正方向传播,且传播速度为20 m/s,则下列说法正确的是( )A.这列波的周期是0.2 sB.图中质点A沿y轴正方向运动C.图中质点A经0.1 s通过的路程为0.2 mD.t=0.5 s时刻,质点A沿y轴正方向运动
4.有一条较长的软绳,用手握住一端拉平后,连续向上、向下抖动长绳,可以看到一系列波的产生和传播的情境,如图所示.绳上有四个标记A、B、C、D,在波传播的过程中,下列说法正确的是( )A.标记A此时的速度方向竖直向下B.标记B和标记C之间的距离等于半个波长C.标记D此时的加速度方向竖直向下D.再过半个周期,标记A运动到标记B、C之间
[解析] 机械波向右传播,可知此时标记A的速度方向是竖直向上的,故A错误;标记B和标记C之间的水平距离才等于半个波长,故B错误;标记D此时已经越过平衡位置,正在向最高点运动,即正在做减速运动,其加速度方向竖直向下,故C正确;机械波向右传播,但是各个质点只是在其平衡位置附近上下振动,并不会随波迁移,故D错误.
5.如图所示是一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形图,已知波的传播速度v=2 m/s.试回答下列问题:(1)该波的波长λ为多大?
[答案] 2.0 m
[解析]由波的图像可知,波长为λ=2.0 m.
5.如图所示是一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形图,已知波的传播速度v=2 m/s.试回答下列问题:(2)该波的周期T为多大?
5.如图所示是一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形图,已知波的传播速度v=2 m/s.试回答下列问题:(3)写出平衡位置在x=1.0 m处的质点的振动函数表达式.
[答案] y=5sin 2πt(cm)
(4)求出平衡位置在x=2.5 m处的质点在0~4.5 s内通过的路程s及t=4.5 s时刻的位移y.
[答案] 90 cm -5 cm
[解析]4.5 s是4.5个周期,平衡位置在x=2.5 m处的质点在0~4.5 s时间内通过的路程为s=4.5×4A=90 cm.从波的图像可知,t=0时,平衡位置在x=2.5 m处的质点处于正向最大位移处,经过4.5个周期后质点处于负向最大位移处,即t=4.5 s时刻质点的位移为y=-5 cm.
1.(波的图像)关于波的图像的物理意义,下列说法正确的是( )A.波的图像表示某一质点在某一时刻的位移B.波的图像表示某一质点在各个时刻的位移C.波的图像表示各个质点在某一时刻的位移D.波的图像表示各个质点在各个时刻的位移
[解析] 波的图像表示的是介质中的各个质点在某一时刻离开各自平衡位置的位移,选项C正确.
2.(波的传播方向与振动方向的互判)如图3-2-10所示为一列沿x轴负方向传播的简谐横波在某一时刻的图像,下列说法中正确的是( )A.该时刻a质点和d质点的位移相同,加速度方向相反B.该时刻b质点和c质点的位移相同,速度方向也相同C.b质点比c质点先回到平衡位置D.a质点比d质点先回到平衡位置
[解析] 该时刻a、d两质点位移相同,加速度相同,而b、c两质点位移相同,速度方向相反,A、B错误.根据“上坡下、下坡上”可以判断,a、b两质点向上运动,c、d两质点向下运动,所以c比b先回到平衡位置,a比d先回到平衡位置,C错误,D正确.
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