人教版（广西专用）高中物理选择性必修第一册第3章机械波习题课二波的图像和振动图像的问题课件

这是一份人教版（广西专用）高中物理选择性必修第一册第3章机械波习题课二波的图像和振动图像的问题课件，共46页。
习题课二　波的图像和振动图像的问题课堂•要点解读目 标 素 养随 堂 训 练目 标 素 养1.理解传播方向与振动方向的关系,并能应用分析问题。2.理解波的图像和振动图像的物理意义,掌握处理两种图像的方法。3.对波的图像的多解问题进行深入分析,并能在实际问题中运用。课堂•要点解读一 传播方向与振动方向的互判知识讲解已知质点的振动方向来判断波的传播方向或已知波的传播方向来判断质点的振动方向时,依据的基本规律是横波的形成与传播的特点,常用方法如下。1.上下坡法。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”。如图所示。2.微平移法。原理:波向前传播,波形也向前平移。方法:作出经微小时间Δt后的波形,就知道了各质点经过Δt时间到达的位置,此刻质点振动方向也就知道了。如图所示。3.同侧法。在波的图像上的某一点,沿竖直方向画出一个箭头表示质点运动方向,并在同一点沿水平方向画一个箭头表示波的传播方向,那么这两个箭头总是在曲线的同侧,如图所示。若波向右传播,则P向下运动。4.带动法。原理:先振动的质点带动邻近的质点后振动。方法:在质点P与波源之间的图像上靠近P点另找一点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。如图所示。典例剖析【例1】 下图为一列简谐横波在某一时刻的波形图,已知质点A在此时刻的振动方向如图中箭头所示,则以下说法正确的是(　　)A.波向左传播,质点B向下振动,质点C向上振动B.波向右传播,质点B向上振动,质点C向下振动C.波向左传播,质点B向上振动,质点C向上振动D.波向右传播,质点B向下振动,质点C向下振动答案:C解析:质点A在此时刻的振动方向如题图中箭头所示,向下振动,利用“上下坡法”可知,波向左传播,选项B、D错误。根据“同侧法”,质点B向上振动,质点C向上振动,选项C正确,A错误。学以致用1.一列简谐横波某时刻波形如图甲所示。由该时刻开始计时,质点N的振动情况如图乙所示,下列说法正确的是(　　)A.该横波沿x轴正方向传播B.质点L该时刻向y轴负方向运动C.质点N经半个周期将沿x轴正方向移动D.该时刻质点K与M的速度、加速度都相同答案:B解析:由题图乙可知,此时N点向上振动,根据上下坡法可知,该横波沿x轴负方向传播,选项A错误。N、L两点相距半个波长,所以质点L该时刻向y轴负方向运动,选项B正确。因为是横波,质点N在平衡位置附近沿y轴振动,不沿x轴运动,选项C错误。该时刻质点K与M一个位于波峰、一个位于波谷,所以它们的速度都为0,加速度大小相等、方向相反,选项D错误。二 简谐运动的图像与波的图像的比较知识讲解简谐波的图像和简谐运动的图像的区别首先是横轴表示的物理量不同,波的图像横轴表示各质点的平衡位置,而简谐运动的图像横轴表示时间。另外,图像的意义、隐含信息等方面也不相同,具体比较如下:提醒:简谐运动的图像和简谐波的图像都是正弦曲线,但横纵坐标的物理意义区别很大,注意区分。典例剖析【例2】 一简谐横波沿x轴正方向传播,在 时刻,该波的波形图如图甲所示,P、Q是介质中的两个质点。图乙表示介质中某质点的振动图像。下列说法正确的是(　　)A.质点Q的振动图像与图乙相同B.在t=0时刻,质点P的速率比质点Q的大C.在t=0时刻,质点P的加速度的大小比质点Q的小D.平衡位置在坐标原点的质点的振动图像如图乙所示答案:D 解析:波沿x轴正方向传播,在 时刻,平衡位置在坐标原点的质点正在从平衡位置向y轴负方向振动,质点P正位于波峰,质点Q正位于平衡位置向y轴正方向振动。在t=0时刻,平衡位置在坐标原点的质点正在从平衡位置向y轴正方向振动,质点P正位于波谷,质点Q正在平衡位置向y轴负方向振动,则质点Q的振动图像与题图乙不相同,平衡位置在坐标原点的质点的振动图像如题图乙所示,选项A错误,D正确。在t=0时刻,质点P正位于波谷,质点P的速度为0,加速度最大;质点Q正在平衡位置,速率最大,加速度最小,故在t=0时刻,质点P的速率比质点Q的小,质点P的加速度的大小比质点Q的大,选项B、C错误。规律总结巧解波的图像与振动图像综合问题的基本方法学以致用2.一列简谐横波沿x轴正方向传播,图甲是t=1 s时的波形图,图乙是波中某质点振动位移随时间变化的振动图线,图乙的振动图线对应图甲上的质点是(　　)A.x=1 m处的质点B.x=2 m处的质点C.x=3 m处的质点D.x=4 m处的质点答案:B解析:由题图乙可得在t=1 s时刻,质点在平衡位置,以后质点向y轴负方向运动,由题图甲波向x轴正方向传播可判断x=2 m处的质点在平衡位置,正沿y轴负方向运动,选项B正确,A、C、D错误。三 波动问题的多解性知识讲解1.波动问题的多解性是由传播时间(或周期)、波速、波长(或传播距离)等物理量的不唯一性形成的。(1)时间的周期性形成的多解:机械波在t时刻和t+nT时刻波形完全重合,即同一波形图对应无数个不同时刻,导致波形变化的时间Δt=t+nT有无数个,若Δt与T有一定的约束关系,可使系列解转化为有限解或唯一解。(2)空间的周期性形成的多解:将某一波形沿波的传播方向平移x和x+nλ距离波形完全重合,即同一波形图对应无数个不同的传播距离,导致波形变化的传播距离Δx=x+nλ有无数个解,若Δx与λ有一定的约束关系,可使系列解转化为有限解或唯一解。(3)传播方向未指定形成两种解:波在空间或平面传播方向有无数个,高中阶段只讨论沿直线传播的简单情形,方向只有两个。若没有指明或不能判断出传播方向,有两个方向可能性,结合周期性考虑,每个方向有无数个解。2.解决波动问题应注意的问题。(1)质点到达最大位移处,则有正向和负向最大位移两种可能。(2)质点由平衡位置开始振动,则有起振方向相反的两种可能。(3)只告诉波速,不指明波的传播方向,应考虑沿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。典例剖析【例3】如图所示,实线是某时刻的波形图,虚线表示0.2 s后的波形图,下列说法正确的是(　　)A.若这列波向左传播,则可确定它传播的距离的大小B.若这列波向右传播,则可求它的最小周期C.若波速是45 m/s,则波的传播方向向右D.不管波的传播方向如何,由图像都可以确定x=0的质点在0.2 s时间内的位移和路程答案:C规律方法波的多解问题的分析思路学以致用3.一列简谐横波向右传播,波速为v,沿波传播方向上有相距为l的P、Q两质点,某时刻P、Q两质点都处于平衡位置,且P、Q间仅有一个波峰(包括P、Q处),经过时间t,Q质点第一次运动到波谷。则t的可能值有(　　)A.1个 B.2个 C.3个 D.4个答案:D随 堂 训 练1.在均匀介质中,一列沿x轴正向传播的横波,其波源O在第一个周期内的振动图像如图甲所示,则该波在第一个周期末的波形图是(　　)甲 乙答案:D 解析:质点起振的方向都与波源起振的方向相同,由振动图像知波源开始振动的方向为y轴负方向,故第一个周期末开始振动的质点,其振动方向也是y轴负方向,根据“上下波法”可判断,选项A、C错误。由振动图像知,后半个周期振幅较大,根据波的传播特点知,选项B错误,D正确。2.一列简谐横波沿x轴负方向传播,图甲是t=1 s时的波形图,图乙是波的某振动质点位移随时间变化的振动图线(两图用同一时间起点),则图乙可能是图甲中哪个质点的振动图线(　　)A.x=0处的质点 B.x=1 m处的质点C.x=2 m处的质点 D.x=3 m处的质点答案:A解析:当t=1 s时,由题图乙振动图线可知,质点在平衡位置,沿y轴负方向运动,由题图甲波沿x轴负方向传播判断x=0处的质点在平衡位置正沿y轴负方向运动,选项A正确。3.(多选)下图为一列向右传播的简谐横波在某个时刻的波形,由图像可知(　　)A.质点b此时位移为零B.质点b此时向-y方向运动C.质点d的振幅是2 cmD.质点a再经过 通过的路程是4 cm,偏离平衡位置的位移是4 cm答案:AC解析:由波形知,质点b在平衡位置,所以其位移此时为零,选项A正确。因波向右传播,波源在左侧,在质点b的左侧选一参考点b',由题图知b'在b上方,所以质点b此时向+y方向运动,选项B错误。简谐波在传播过程中,介质中各质点的振幅相同,所以质点d的振幅是2 cm,选项C正确。再过 的时间,质点a将运动到负向最大位移处,选项D错误。4.(多选)一列横波沿直线传播,在波的传播方向上有A、B两点。在t时刻A、B两点间形成如图甲所示波形,在(t+3 s)时刻A、B两点间形成如图乙所示波形,已知A、B两点间距离l=9 m,则以下说法正确的是(　　)A.若周期大于4 s,波传播方向可能向右B.若周期为4 s,波传播方向一定向右C.若波速为8.5 m/s,波传播方向一定向左D.该波波速的最小值可能为0.5 m/s答案:BCD 5.下图是一列沿x轴方向传播的简谐横波的图像,实线是某时刻的波形,虚线是0.2 s后的波形。(1)若波向左传播,求它可能的周期和最大周期。(2)若波向右传播,求它可能的传播速度。(3)若波速是45 m/s,求波的传播方向。(2)5(4n+1) m/s(n=0,1,2,…)　(3)向右 (3)波速是45 m/s,设波向右传播,由(2)问求得45 m/s=5(4n+1) m/s,解得n=2,故假设成立。若波向左传播,同理易知45 m/s=5(4n+3) m/s,解得n=1.5,不成立,因此波向右传播。