高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第一册第二节 机械波的描述课文内容课件ppt

这是一份高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第一册第二节 机械波的描述课文内容课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了平衡位置，各个时刻，各个质点，振动状态，介质的性质等内容，欢迎下载使用。

1．理解波长、波速及其与周期、频率的关系．2．掌握波的图像的意义和应用，能够区分波的图像和振动图像．3．会分析波的多解问题．
必备知识·自主预习储备
知识点一　机械波的图像1．波的图像选定某一时刻，然后在平面直角坐标系中，用横坐标表示介质中各个质点的________，用纵坐标表示这一时刻各个质点偏离平衡位置的____，连接各位移矢量末端，就得出一条光滑曲线，就是该时刻波的图像．
2．波的图像与振动图像的区别振动图像表示的是某个质点在________的位移，机械波的图像表示的是某一时刻________的位移．
知识点二　描述机械波的物理量1．波长(1)定义：在波动中，振动相位总是____的两个____质点之间的距离，叫作波长，用__表示．(2)横波波长：横波____波峰或波谷的距离等于横波波长．(3)纵波波长：纵波的两个____最密部或最疏部的距离等于纵波波长．
2．波的周期(或频率)传播一个波长所用的时间叫做波的周期，波的周期(或频率)____波源的振动周期(或频率)．3．波速(1)定义：________(以波峰或者波谷作为标志)在介质中的传播速度叫作波速，用__表示．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)．(1)由波的图像可以读出周期．(　　)(2)相隔时间为周期的整数倍的两个时刻波形图部分重合．(　　)(3)波的图像表示介质中质点的运动轨迹．(　　)(4)在一个周期内，振动在介质中传播的距离等于一个波长．(　　)
2．关于波的图像的物理意义，下列说法正确的是(　　)A．表示某一时刻某一质点的位移B．表示某一时刻各个质点的位移C．表示各个时刻某一质点的位移D．表示各个时刻各个质点的位移
B　[波的图像是用来描述介质中不同质点在某一时刻所在位置相对平衡位置的位移，故B正确．]
3．(多选)如图所示为某一向右传播的横波在某时刻的波形图，则下列叙述中正确的是(　　)A．经过半个周期，质点C将运动到E点处B．M点和P点的振动情况时刻相同C．A点比F点先到达最低位置D．B点和D点的振动步调相反
CD　[各质点在各自的平衡位置附近振动，不随波迁移，所以经过半个周期，质点C会回到平衡位置，但不会运动到E点，A错误；M点和P点的振动情况不相同，B错误；波向右传播，F点和A点都向上振动，A点先到达最低位置，C正确；B点和D点的振动相差半个周期，所以振动步调相反，D正确．故选CD．]
关键能力·情境探究达成
一列波的图像如图甲，其中某一点的振动图像如图乙．(1)如何区分波的图像与振动图像．(2)两种图像纵坐标的最大值相同吗？
提示：(1)看图像的横坐标是x还是t．(2)相同．
考点1　波的图像1．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振动的振幅A及波长λ．(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．
2．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，不同时刻波的图像不同．质点的振动位移做周期性变化，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．3．波的传播方向的双向性如果只知道波沿x轴传播，则有可能沿x轴正向传播，也可能沿x轴负向传播，具有双向性．
4．波的图像与振动图像的比较
【典例1】　如图所示是一列简谐横波在某时刻的波形图．若此时质点P正处于加速运动过程中，则此时(　　)A．此波沿x轴正向传播B．质点N比质点Q先回到平衡位置C．质点N处于减速运动过程中D．质点Q和质点N运动情况恰好相反
B　[质点P加速运动，知P向平衡位置振动，即方向向下振动，根据“上下坡法”知，波向左传播，则Q点向上振动，N点向上振动，则可知N点直接到达平衡位置，而Q点先向上再向下，故N点比Q点先回到平衡位置，故A错误，B正确；因N点向上振动，即向平衡位置运动，速度增大，为加速过程，故C错误；波向左传播，根据“带动法”可知，N点和Q点均向上运动，运动方向相同，故D错误．故选B．]
规律方法　判断质点振动方向或波传播方向的方法(1)带动法：先振动的质点带动邻近的后振动质点，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点上方，则P向上振动，若P′在下方，则P向下振动(如图甲所示)．
(2)上下坡法：沿波的传播方向看去，“上坡”处的质点向下振动，“下坡”处的质点向上振动，简称“上坡下、下坡上”(如图乙所示)．(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振动方向，并设想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(如图丙所示)．
[跟进训练]训练角度1　波的图像的理解1．如图所示为一列沿x轴负方向传播的简谐波在某一时刻的图像，下列说法中正确的是(　　)A．该时刻质点a和质点d位移相同，加速度方向相反B．该时刻质点b和质点c位移相同，速度方向也相同C．质点b比质点c先回到平衡位置D．质点a比质点d先回到平衡位置
D　[题图时刻a、d两质点位移相同，加速度相同，A错误；由“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，B、C错误，D正确．]
训练角度2　波的图像与振动图像的综合2．(多选)如图甲所示的y-x图线表示一列简谐波在沿x轴方向传播时的波形图，若以图甲所示情况为计时起点，那么图乙所示y-t图线表示的是(　　)
A．当这列波沿x轴正方向传播时，是表示a质点的振动图像B．当这列波沿x轴负方向传播时，是表示a质点的振动图像C．当这列波沿x轴正方向传播时，是表示b质点的振动图像D．当这列波沿x轴负方向传播时，是表示b质点的振动图像
AD　[根据波的传播方向，确定质点的振动方向，进而画出该点的振动图像．如果这列波沿x轴正方向传播，a点应向上运动，b点应向下运动，这样振动图像表示的是a质点的振动图像；如果这列波沿x轴负方向传播，a点应向下运动，b点应向上运动，振动图像表示的是b质点的振动图像．故A、D正确．]
3．波速的实质：波的传播速度即波形的平移速度．4．波从一种介质进入另外一种介质，波源没变，波的频率不会发生变化；介质的变化导致了波速和波长的改变．
5．波速和波长、频率的决定因素及关系：
【典例2】　B超成像的基本原理是探头向人体发射一组超声波，遇到人体组织会产生不同程度的反射，探头接收到的超声波信号由计算机处理，从而形成B超图像．如图所示为血管探头沿x轴正方向发送的简谐超声波图像，t＝0时刻波恰好传到质点M．已知此超声波的频率为1×107 Hz．下列说法正确的是(　　)A．血管探头发出的超声波在血管中的传播速度为800 m/sB．质点M开始振动的方向沿y轴负方向C．t＝5×10-8 s时质点M运动到横坐标的N处D．0～1.25×10-7 s内质点M运动的路程为1 mm
[跟进训练]训练角度1　波长、波速的分析3．(多选)如图所示，某均匀介质中各质点的平衡位置在x轴上，当t＝0时，波源x＝0处的质点S开始振动，t＝0.5 s时，刚好形成如图所示波形，则(　　)A．波源的起振方向向下B．该波的波长为4 mC．该波的波速为6 m/sD．t＝1.5 s时，x＝4 m处的质点速度最大
训练角度2　波动的多解问题4．(多选)一列简谐横波沿直线传播，该直线上的a、b两点相距2.1 m．图中实、虚两条曲线分别表示平衡位置在a、b两点处质点的振动曲线．由此可知(　　)A．此列波的频率一定是10 HzB．此列波的传播速度可能是30 m/sC．此列波的传播速度可能是7 m/sD．此列波的传播速度可能是70 m/s
学习效果·随堂评估自测
1．(多选)关于波长，下列说法正确的是(　　)A．质点一个周期内通过的路程为一个波长B．两个波峰(或波谷)间的距离是一个波长C．在一个周期内，沿着波的传播方向，振动在介质中传播的距离是一个波长D．在振动过程中运动方向总是相同的相邻质点间的距离是一个波长
CD　[质点在一个周期内通过的路程为4个振幅，各质点只是在其平衡位置附近振动，不能随波迁移，故A错误；两个波峰(或波谷)间的距离是波长的整数倍，故B错误；由于波具有周期性，每经过一个周期，波形会重复出现，沿着波的传播方向，振动在介质中传播的距离是一个波长，故C正确；在振动过程中运动方向总是相同的质点间的距离是波长的整数倍，只有在振动过程中运动方向总是相同的相邻质点间的距离才是一个波长，故D正确．]
2．利用超声波非破坏性地检查材料或机械部件的内部缺陷、伤痕的技术，广泛应用于机械、冶金等部门．如图所示为仪器检测到的发送和接收的短暂超声波脉冲图像，其中实线为沿x轴正方向发送的超声波脉冲，虚线为一段时间后遇到工件缺陷部分沿x轴负方向返回的超声波脉冲图像．已知检测仪器处反射波与入射波不相互叠加，此超声波在工件内的传播速度为3 000 m/s，下列说法正确的是(　　)A．质点N在图示虚线所示时刻沿x轴负方向运动B．质点N在图示虚线所示时刻沿y轴负方向运动C．从图示实线所示时刻开始，再经过1×10-6 s，质点M恰好到达波峰D．从图示实线所示时刻开始，再经过1×10-6 s，质点M恰好到达波谷
3．(多选)如图所示，传播速度为2 m/s的两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播，两个波源分别位于x＝－2 m和x＝12 m处，t＝0时两列波的图像如图所示(传播方向如图所示)，则下列判断正确的是(　　)A．两列简谐波的振幅均为4 cmB．两列简谐波的周期均为2 sC．质点P的起振方向沿y轴负方向D．质点Q的起振方向沿y轴正方向
4．在均匀介质中，一列沿x轴正向传播的横波，其波源O在第一周期内的振动图像如图所示，则该波在第一个周期末的波形图是(　　)
A　　　　　　　　B  C　　　　　　　　D
D　[由波源O的振动图像可判断出波源的起振方向向下，则介质中各个质点的起振方向均向下，简谐横波沿x轴正向传播，根据波形的平移法可知，A、C两图中波最前列的质点起振方向向上，故A、C错误；再由振动图像振幅的变化，可知波源的振幅在增大，故B错误，D正确．]
5．如图所示，图甲为某一波动在t＝1.0 s时的图像，图乙为参与该波动质点P的振动图像．(1)求该波的波速；(2)画出t＝3.5 s时的波形．
[答案]　(1)4 m/s　(2)见解析图
提示：因为波的周期与质点振动周期相同．
2．有哪些方法判断波的传播方向？
提示：可以用带动法或上下坡法或同侧法或微平移法来判断．
3．波的图像与振动图像的区别？
提示：波的图像描述的是大量质点在某一时刻的位移，而振动图像描述的是一个质点位移随时间的变化规律．
回顾本节内容，自主完成以下问题：1．为什么质点振动一个周期，波向前传播一个波长？
考点一　波的图像1．如图所示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，则以下说法中正确的是(　　)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
课时分层作业(九)　机械波的描述
C　[解决该题有许多方法，用“上下坡”法判断，若波向右传播，则A质点处于下坡，应向上振动，由此可知波向左传播，同理可判断C向上振动，B向上振动，故C正确．]
2．(多选)如图所示为一列向右传播的简谐波在传播过程中某一时刻的图像，则(　　)A．A和C两质点加速度相同B．质点B沿y轴正方向运动，质点F沿y轴负方向运动C．质点A、E的加速度相同D．质点D沿y轴负方向运动
CD　[质点A、E位移相同，即回复力相同、加速度相同；质点A、C位移大小相等、方向相反，其加速度大小相等、方向相反；波向右传播，质点D沿y轴负方向运动，质点B、F沿y轴正方向运动．则A、B错误，C、D正确．故选CD．]
3．一列沿x轴方向传播的简谐横波，某时刻的波形如图所示．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
D　[由题图可知：波的传播方向是沿x轴正方向．由同侧原理可以知道，质点P的下一时刻的振动方向是沿y轴正方向的，即靠近平衡位置，速度逐渐变大，加速度逐渐变小，所以D正确．]
4．(多选)取向上为质点振动的正方向，得到如图所示的两个图像，其中图甲是一列波的图像，A是介质中的一个质点，图乙是介质中另一个质点的振动图像，B为振动中的某一个时刻，关于图甲中A质点在该时刻的运动方向和图乙中B时刻质点的运动方向，下列说法正确的是(　　)A．A质点向下B．A质点向上C．B时刻向下D．B时刻向上
AC　[题图甲表示的是波的图像，由于波沿x轴负方向传播，所以，题图甲中质点A的振动方向向下，故A正确，B错误；题图乙表示的是振动图像，在题图乙中B所对应的时刻质点应当向下运动(因为下一时刻位移为负值)，故C正确，D错误．]
5．(多选)简谐横波某时刻的波形如图所示，P为介质中的一个质点，下列说法中正确的是(　　)A．若该波沿x轴正方向传播，则质点P此时刻的加速度方向沿y轴正方向B．若该波沿x轴正方向传播，则质点P此时刻的速度方向沿y轴正方向C．从该时刻开始再经过四分之一周期，质点P运动的距离为aD．从该时刻开始再经过半个周期时，质点P的位移为负值
考点二　波速、波长和频率6．(多选)下列关于机械振动与机械波的说法，正确的是(　　)A．机械波的频率与振源的振动频率无关B．机械波的传播速度与振源的振动速度无关C．质点振动的方向不一定垂直于波传播的方向D．机械波在介质中传播的速度由振源的频率决定
BC　[机械波的频率是振源的振动频率，A错误；机械波的传播速度与振源的振动速度无关，B正确；波分横波与纵波，纵波的质点振动方向与波的传播方向在同一条直线上，C正确；机械波在介质中传播的速度由介质本身决定，D错误．]
7．一列简谐波在两时刻的波形如图中实线和虚线所示，由图可确定这列波的(　　)A．周期B．波速 C．波长D．频率
C　[由简谐波的波形图可知简谐波的波长为λ＝4 m．虽然知道两不同时刻的波形图，但不知道时间差．无法确定周期和频率，也无法确定波速．故选C．]
8．如图所示，一列简谐横波沿x轴正方向传播，从波传到 x＝5 m的M点时开始计时，已知P点的振动频率为2.5 Hz，下面说法中不正确的是(　　)A．这列波的波长是4 mB．t＝0时P点向y轴负方向振动C．图中相邻波峰到波谷的距离等于半个波长D．M点右边各质点开始振动时的方向都是向下
C　[由题图可知这列波的波长是4 m，故A正确，不符合题意；由“带动法”知P点此时向y轴负方向振动，故B正确，不符合题意；题图中相邻波峰、波谷的平衡位置之间的距离等于半个波长，故C错误，符合题意；由质点带动法知M点刚开始振动时振动方向向下，则M点右边各质点开始振动时的方向都是向下，故D正确，不符合题意．故选C．]
9．一列波长大于3 m的横波沿着x轴正方向传播，两质点A、B的平衡位置分别处在x1＝1.5 m和x2＝4.5 m处，当B点的位移为正的最大值时，A点位移恰为零，且向上运动，从此时开始计时，经1.0 s后A点的位移为正的最大值，由此可知(　　)A．2 s末A点的振动速度大于B点的振动速度B．1 s末A、B两质点的位移相同C．波长为12 mD．波速一定为1 m/s
10．(多选)如图所示，1、2、3、4…是某绳(可认为是均匀介质)上一系列等间距的质点．开始时绳处于水平方向，质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，带动2、3、4、5…各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端．已知t＝0时，质点1开始向下运动，经过二分之一周期，质点9开始运动．则在二分之一周期时，下列说法正确的是(　　)A．质点3向上运动B．质点5所受回复力为最大值C．质点6的加速度向下D．质点9的振幅为零
11．(多选)如图是某绳波形成过程的示意图．质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，带动质点 2、3、4……各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端．已知相邻两质点间的距离为1 m，t＝0.5 s 时，质点1第一次偏离平衡位置 20 cm，速度恰好为零，此时质点5刚要被带动．下列说法正确的是(　　)A．绳波是横波，其振幅为20 cm，波长为16 mB．t＝0.5 s时，质点5开始向下运动C．t＝7.3 s到t＝7.4 s，质点8的速度先减小后增大D．若波源振动周期变为1 s时，波速变为原来的两倍
12．一列简谐横波沿着x轴正方向传播，t＝0时刻波源从坐标原点处开始振动．如图甲所示是波在t＝0.6 s时的部分波的图像，如图乙所示是这列波上x＝1.4 m处的质点的振动图像(t＝0.7 s开始振动)，求：(1)波的振动周期以及波源的振动方程；(2)0～1.5 s时间内，x＝0.6 m处的质点的路程．
[答案]　(1)0.4 s　y＝－30sin 5πt(cm)　(2)360 cm
13．在O点有一机械振动波源从t＝0开始振动，沿x轴正方向传播形成机械波．已知在t1＝0.5 s传到图中的M点，则：(1)判断这列波的起振方向，求此波的周期T和传播速度；(2)从t＝0开始计时，经过t＝3.5 s，求M点的路程和位移；(3)从t＝0开始计时，再经过多长时间后N点将第一次过平衡位置且向y轴负方向运动？