教科版 (2019)第三章 机械波3 波的图像示范课ppt课件

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1.知道波的图像的物理意义。(物理观念)2.能运用简谐横波(正弦波)的图像描述横波,解决简单的实际问题。(科学思维)3.通过对波的图像的意义的了解,培养应用数学工具表达物理关系的能力。(科学思维)
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
一、横波的图像若以横坐标x表示在波的　　　　　　　　　上各质点的平衡位置,纵坐标y表示某时刻各个质点偏离平衡位置的　　　　,规定位移方向　　　　为正值,　　　　为负值,则在xOy坐标平面上,描出该时刻各质点的位置(x,y),用平滑曲线把各点连接起来,就得到了这一时刻横波的图像(如图所示)。波的图像直观地表示了各振动质点在某一时刻的位置,波的图像有时也称为　　　　　　,简称　　　　。波形图是正弦曲线的波,称为　　　　　,又叫一维简谐波。 
二、波的图像与振动图像的比较
情境链接一位演员抖动绸带的一端,绸带随之舞动,形成了一列简谐波。已知波的振动周期为0.4 s,t=0时刻的波形图如图所示,图中M处的质点此时正经过平衡位置沿y轴正方向运动,你能画出t=0.5 s时的波形图吗?
教材拓展读教材P73上方蓝色框内的内容,明确波的图像与波形图是否有区别?
提示 波的图像与波形图的区别:波的图像两个坐标轴的标度不一定相同。波形图则是实时拍摄下来的波的形状,其纵、横坐标的标度总是相同的。横波的图像与波形图很相似,纵波的图像与波形图不一样。
易错辨析(1)波的图像描述了某一时刻各质点离开平衡位置的位移情况。(　　)(2)只有横波才能画出波的图像。(　　)(3)由波的图像可以看出质点振动的振幅。(　　)(4)可以根据波的传播方向确定各质点某时刻的运动方向。(　　)
探究点一　波的图像的理解和应用
导学探究横波的演示仪如图所示,甲图中各质点处在平衡位置,乙图是机械波向右传播时某时刻各质点的位置。在乙图中,若以第一个质点所在平衡位置为坐标原点、以各质点所在的平衡位置为x轴,并取向右为正方向,质点振动的方向为y轴,并取向上为正方向,建立坐标系,并把各质点用平滑的曲线连接起来,这就是波的图像。试画出这个图像,并说明某个质点的横、纵坐标及整条图线表示的意义。
提示 画出波的图像如图所示,横坐标表示质点的平衡位置,纵坐标表示该时刻质点离开平衡位置的位移,整条图线表示该时刻各质点离开平衡位置的位移。
知识归纳1.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,介质中有正弦波传播时,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,波形中的波峰即为图像中的位移正向的最大值,波谷即为图像中的位移负向的最大值,波形中通过平衡位置的质点在图像中也恰处于平衡位置。
2.由波的图像获得的三点信息(1)可以直接看出在该时刻沿传播方向上各个质点的位移。(2)可以直接看出在波的传播过程中各质点的振幅。(3)若已知该波的传播方向,可以确定各质点的振动方向;或已知某质点的振动方向,可以确定该波的传播方向。
3.波的图像的画法(1)特殊点法:先找出两点(平衡位置和波峰及波谷等特殊点)并确定其运动方向;然后确定经Δt时间后这两点所达到的位置;最后按正弦规律画出新的波形。该法适用于Δt=n (n=1,2,3,…)的情况。(2)波形平移法:在已知波的传播速度的情况下,由Δx=vΔt可得经Δt时间后波向前移动的距离Δx,把图像沿传播方向平移Δx即得到相对应的图像。特别提示　(1)在某一时刻各质点的位移不同,但各质点的振幅是相同的。(2)每一质点的振动规律相同,只是后一质点比前一质点振动晚。(3)某时刻波的图像与经过一段时间后波的图像十分相似,不同的是波的图像沿波的传播方向又延伸了一段距离。
应用体验【例1】 一列横波在某一时刻的波形图如图所示,波沿x轴正方向传播。(1)该时刻质点A的运动方向向　　　　　,质点C的运动方向向　　　　。(2)再经过 ,质点A通过的路程是　　　 cm,此时质点C的位移是　　　　。
答案 (1)上(或y轴正方向)　下(或y轴负方向)(2)4　0解析 (1)根据波传播方向与质点振动方向的关系,可得该时刻质点A的运动方向向上,质点C的运动方向向下。
对点演练1一列简谐横波沿x轴正方向传播,某时刻其波形如图所示,下列说法正确的是(　　)A.由图可知该波的周期为4 sB.由图可知该波的波长为5 cm
解析 相邻两个波峰或波谷之间的距离等于波长,由波形图可知该波的波长λ=4 cm,故B错误;波形图反映介质中质点在空间的分布情况,不能读出周期,故A错误;简谐横波沿x轴正方向传播,则可判断出图示时刻质点R向下振动,经 周期后到达波谷,速度变为零,故C正确;简谐横波沿x轴正方向传播,质点P上下振动,并不向前移动,故D错误。
探究点二　波的传播方向与质点振动方向的互判方法
导学探究已知某时刻波的图像以及波的传播方向,如何画出经过某段时间后波的图像?
提示 在确定相邻两质点的超前与落后关系的基础上,明确各质点此时刻的运动方向,分别找出它们经过那段时间后的位置,就可画出所要求的波的图像。
知识归纳判断波的传播方向与质点振动方向的三种方法
应用体验【例2】 (多选)一列沿x轴正方向传播的简谐波在t=0时刻的波形图如图所示。均匀介质中x1=2 m,x2=6 m处的质点P、Q此后每隔最小时间0.1 s偏离平衡位置的位移相同,下列说法正确的是(　　)A.周期为0.1 sB.波速为80 m/sC.t=0时刻,质点P向下振动D.0~0.1 s时间内,质点Q的路程为40 cm
解析 因为质点P、Q此后每隔最小时间0.1 s偏离平衡位置的位移相同,可
“同侧法”可知,t=0时刻,质点P向下振动,C正确;0~0.1 s时间内,质点Q振动半个周期,则通过的路程为s=2A=2×10 cm=20 cm,D错误。
对点演练2(多选)一列波速为150 m/s的简谐横波沿x轴正方向传播,t=0时刻的波形如图所示,下列说法正确的是(　　)A.该简谐横波的振幅为10 cmB.该简谐横波的频率为50 HzC.该简谐横波的波长为6 mD.此时刻,x=3 m的质点正在沿y轴正方向运动
解析 由图可知简谐横波的振幅为5 cm,故A错误;由图可知该简谐横波的波长为6 m,故C正确;
由“前一质点带动后一质点”可知此时刻x=3 m的质点正在沿y轴正方向运动,故D正确。
1.(波的图像)一列简谐横波在某时刻的波形图如图所示。已知图中B位置的质点的起振时间比A位置的质点晚0.5 s,B和C间的距离是5 m,则此列波的波长和频率分别为(　　)A.5 m,1 HzB.10 m,2 HzC.5 m,2 HzD.10 m,1 Hz
解析 从波的图像可以看出,波长λ=5 m,B点质点比A点质点的起振时间晚0.5 s,
2.(波的图像)如图所示,一列简谐横波沿x轴正方向传播,实线和虚线分别表示t1=0和t2=0.5 s(T>0.5 s)时的波形。下列图像能正确反映t3=7.5 s时的波形的是(　　)
3.(由传播方向确定振动方向)(多选)一列简谐横波在同一均匀介质中沿x轴正方向传播,A、B是x轴上的两质点,波源的平衡位置在坐标原点。t=0时刻波源开始振动,t=0.2 s时波刚好传到质点A,波形如图所示。下列说法正确的是(　　)A.这列波的波速大小为2 m/sB.波源开始振动的方向沿y轴正方向C.t=0.6 s时,质点B第一次位于波谷D.t=0.65 s时,A、B两质点速度方向相同
4.(由传播方向确定振动方向)(多选)一列简谐横波沿x轴正方向传播,A(1,0), B(4,0)是x轴上的两点。t=0时的波形图如图所示,t=0.2 s时,B处的质点开始振动。下列说法正确的是(　　)A.该波的波速为10 m/sB.B处的质点开始振动的方向沿y轴负方向C.某时刻A、B两处的质点的运动方向可能相同D.t=0.45 s时,A处的质点位于x轴的上方,且正在向上运动