新教材2023_2024学年高中物理第3章机械波第1节波的形成和描述课件鲁科版选择性必修第一册.pptx

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目录索引学习目标1.理解机械波的形成和传播科学思维科学思维)2.知道什么是横波、纵波物理观念物理观念)3.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科学思维科学思维)4.掌握波长、频率、波速的关系及应用科学思维科学思维)思维导图基础落实必备知识全过关一、波的形成与传播1.机械波的定义机械波的定义在介质中传播形成的波2.产生条件产生条件(1)波源:做机械振动的物体,如振动的绳端、振动的声带等2)介质:能传播波的,如绳、水、空气、地壳等机械振动物质3.形成过程形成过程介质是由许多质点组成,相邻质点间有相互作用,前一个质点的振动总是后一个质点振动,依次带动下去,振动也就由发生区域向远处传播各质点依次振动,在同一时刻各质点的空间位置,从而形成一定的波形,波形随时间沿传播方向传播出去,从而形成了波4.传播特点传播特点(1)介质中每个质点仅在附近振动,并向前移动;(2)波在传递振动的同时,也将波源的传递出去带动不同平衡位置不随波能量二、波的分类比较项目定义标识性物理量 实物波形横波质点的振动方向与波的传播方向的波(1)波峰:凸起的(2)波谷:凹下的绳上形成横波垂直最高处最低处比较项目定义标识性物理量实物波形纵波质点的振动方向与波的传播方向在_上的波(1)密部:质点分布的地方(2)疏部:质点分布的地方弹簧上形成纵波同一直线最密最疏三、波的描述1.波的图像波的图像(1)物理意义:波的图像反映了介质中的各个质点在某一时刻的情况。

2)获得方法:在绳波传播的某个拍下照片,就能得到该时刻的;另外还可以用下述方法:建立坐标系:用横坐标x表示沿波的传播方向上各个质点的,用纵坐标y表示各质点离开平衡位置的描点:在坐标系中描出一系列点,使各点的横坐标为对应质点的平衡位置x,纵坐标为该质点离开平衡位置的位移y位移时刻波形平衡位置位移连线:用一条的曲线把描的点连接起来就得到该时刻波的图像,也称波形3)简谐波:波源做简谐运动时,在各个时刻波的图像是一条_曲线平滑正弦(或余弦)2.波的特征波的特征(1)波的周期和频率:在波动中,各个质点的振动周期或频率,都波源的振动周期或频率,这个周期或频率就是波的周期或频率,用T或f表示两者的关系:2)波长:在波动中,两个的、相对平衡位置的和总是的质点间的距离,称为波长,用表示在横波中,两个波峰(或波谷)之间的距离等于波长;在纵波中,两个密部(或疏部)中央的距离等于波长;相同等于相邻位移振动方向相同相邻相邻(3)波速:定义:将振动传播的与传播之比称为波速,波在介质中的传播是匀速传播特点:通常机械波在介质中的波速是由本身的性质决定的,不同频率的机械波在相同介质中的波速相同4)波长与波速、周期(或频率)的关系:波速v=或v=。

适用范围:机械波或电磁波距离时间介质f易错辨析判一判易错辨析判一判1.物体只要做机械振动,就一定会产生机械波)2.机械波传播的是介质中的质点)3.如果波源停止振动,介质中的波也会立即停止传播)4.同一波形上各质点的振幅相同)5.波的图像表示介质中质点的运动轨迹)6.质点做简谐运动时,在介质中形成的波形为正弦(或余弦)曲线)机械波的形成必须具备的两个条件是波源和介质只有物体做机械振动,而其周围没有介质,远处的质点不可能振动起来形成机械波7.波在同一种均匀介质中匀速传播,波由一种介质进入另一种介质,频率、波速和波长都要改变)8.波的传播速度由波源决定)波在同一种均匀介质中匀速传播,波由一种介质进入另一种介质,频率不变,但波速和波长都要改变波速由介质本身的性质决定,在不同的介质中波速不同,另外,波速还与温度有关波源决定波的频率即学即用练一练即学即用练一练1.(多选)关于横波和纵波,下列说法正确的是()A.对于纵波,质点的振动方向和波的传播方向有时相同,有时相反B.对于横波,质点的运动方向与波的传播方向一定垂直C.形成纵波的质点随波一起迁移D.空气介质只能传播纵波ABD解析质点的振动方向与波的传播方向垂直的波是横波,质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上的波是纵波;纵波质点的运动方向与波的传播方向有时相同,有时相反,A、B正确;无论横波还是纵波,质点都不随波迁移,C错误;横波不能在空气中传播,空气只能传播纵波,D正确。

2.(多选)对于介质中正在传播的一列机械波,下列说法正确的是()A.传播速度等于波中某质点的振动速度B.某质点一个周期内走过的路程等于波长C.波的周期等于波源振动的周期D.波在一个周期内传播的距离等于波长CD解析波在介质中匀速传播,质点的振动是变速运动,二者不相等,A错误;质点在一个周期内走过的路程等于振幅的四倍,不一定等于波长,B错误;波的周期与波源振动的周期始终相等,C正确;根据=vT知,D正确重难探究能力素养全提升情境探究探究一机械波的形成与特点探究一机械波的形成与特点艺术体操也叫韵律体操,是一种女子竞赛体操项目19世纪末20世纪初起源于欧洲艺术体操表演项目有很多,丝带舞表演就是其中之一,如图所示是一幅丝带舞的表演图你知道丝带上的波是如何形成的吗?丝带上的各点有没有随波迁移?运动员的手停止抖动后,丝带上的波会立即停止吗?要点提示丝带一端振动,带动丝带上相邻部分振动,依次逐渐引起整个丝带振动;丝带上的各点没有随波迁移;运动员的手停止抖动后,丝带上的波不会立即停止知识归纳1.机械波的形机械波的形成成 2.机械波的特点机械波的特点(1)机械波传播的是振动形式、能量和信息,介质中各质点本身并不随波传播而迁移,而是在各自的平衡位置附近振动。

2)由于波的形成实际上是从波源开始依次带动介质中的各个质点参与振动,所以各个质点都在做受迫振动,因此各个质点振动的周期(频率)与波源的周期(频率)相同3)在不考虑能量损失时,各质点振动的振幅相同,各质点的起振方向都与波源开始振动的方向相同3.横波和纵波的区横波和纵波的区别别 比较项横波纵波概念在波动中,质点的振动方向和波的传播方向垂直在波动中,质点的振动方向和波的传播方向在一条直线上特征在波动中交替、间隔出现波峰和波谷在波动中交替、间隔出现密部和疏部应用体验例题1(多选)如图所示,一条软绳上选有间距相等的18个质点,质点1在外力作用下首先向上振动,其余质点在相互作用力的带动下依次振动,从而形成简谐波由波的形成及图示可知,下列说法正确的是()A.质点1带动质点2是利用绳上质点间的弹力实现的,因此每个质点均做受迫振动B.每个质点开始运动后,在水平方向做匀速运动,在竖直方向做简谐运动C.软绳上的每一个质点开始振动时,方向都向上,振动周期都相同D.软绳上波的传播过程,也是能量的传播过程,虽然每个质点均做等幅振动,但每个质点的机械能并不守恒答案ACD解析质点1带动质点2是利用绳上质点间的弹力实现的,因此每个质点都做受迫振动,A正确;每个质点开始振动后,只在竖直方向做简谐运动,水平方向不随波迁移,B错误;软绳上每一个质点的起振方向都相同,都向上,振动周期等于波源振动周期,C正确;波的传播过程,也是能量的传播过程,虽然每个质点均做等幅振动,但每个质点的机械能并不守恒,D正确。

规律方法规律方法波动过程介质中各质点的运动特点“带动、重复、滞后”1.先振动的质点带动后振动的质点2.后振动的质点重复前面质点的振动(振幅、周期、开始的振动方向相同)3.后振动质点的振动状态落后于先振动的质点针对训练1(多选)关于振动和波的关系,下列说法正确的是()A.振动是形成波的原因,波动是振动的传播B.振动是单个质点呈现的现象,波动是许多质点联合起来呈现的现象C.波的传播速度就是质点振动的速度D.有波动一定有振动,有振动一定有波动AB解析由于介质中的各部分存在相互作用,所以某一点的振动会引起相邻部分质点发生振动,这样振动就由近及远传播开去而形成波,故选项A、B正确;波的传播速度和质点振动的速度没有关系,故选项C错误;有波动一定有振动,但有振动不一定有波动,故选项D错误情境探究探究二振动图像和波的图像的比较探究二振动图像和波的图像的比较一列波的图像如图甲所示,其中某一质点的振动图像如图乙所示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?要点提示(1)从横轴来区分两个图像:振动图像的横轴表示时间,波的图像的横轴表示质点的平衡位置2)相同,均为质点振动的振幅知识归纳1.波的图像与振动图像的比波的图像与振动图像的比较较 比较项简谐运动的图像简谐波的图像不同点图像形状研究对象一个振动质点沿波传播方向上所有质点研究内容某质点位移随时间的变化规律 某时刻所有质点的空间分布规律比较项简谐运动的图像简谐波的图像不同点图像随时间变化情况随时间延伸,原有部分图像不变整个波形沿波的传播方向平移,不同时刻波形一般不同获取信息振幅、周期、某时刻的位移、加速度方向、振动方向振幅、波长、某质点平衡位置的坐标、位移、加速度方向、振动方向比喻单人舞的录像抓拍的集体舞照片相同点及联系图像形状正弦曲线可获得的信息 质点振动的振幅、位移、加速度的方向联系质点的振动是组成波动的基本要素2.根据波的图像判断质点振动方向或波传播方向的方法根据波的图像判断质点振动方向或波传播方向的方法(1)带动法:如图甲所示,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。

2)上下坡法:如图乙所示,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”3)同侧法:如图丙所示,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4)微平移法:如图丁所示,实线为t时刻的波形,作出微小时间后的波形如虚线所示由图可见t时刻的质点由P1(或P2)位置经t后运动到P1(或P2)处,这样就可以判断质点的振动方向了应用体验例题2图甲为某列波在t=1.0s时波的图像,图乙为参与该波动的P质点的振动图像1)说出两图中AA的意义2)说出甲图中OAB图线的意义,并判断甲图中的波的传播方向3)画出甲图中各质点再经3.5s时的波形解析(1)题图甲中AA表示质点A的振幅或1.0s时A质点的位移,大小为0.2m,方向为负题图乙中AA表示质点P的振幅,也是P质点在0.25s时的位移,大小为0.2m,方向为负2)题图甲中OAB段图线表示O到B之间所有质点在1.0s时的位移由题图乙看出P质点在1.0s时向y轴负方向振动,所以题图甲中波向左传播,则OA间各质点正向远离平衡位置方向振动,AB间各质点正向靠近平衡位置方向振动。

3)由题图乙可知周期为1.0s,再经3.5s各质点在题图甲的基础上运动3.5个周期,用特殊点法描出A、B、C、P四点的位置,连线可得到3.5s时的波的图像,如图所示答案见解析规律方法规律方法(1)振动图像与波的图像利用两种图像分析问题时,要清楚波动图像对应哪个时刻,对应振动图像哪个点;要清楚振动图像描述哪个点,对应波动图像哪个点找到两种图像的对应关系2)根据某时刻的波形,画出另一时刻的波形的方法当波传播时间t=nT+t时,根据振动方向判断相邻特殊点(波峰处质点,波谷处质点,平衡位置处质点)振动t后的位置进而确定波形针对训练2(多选)一列简谐横波在某一时刻的波形图如图所示,已知质点A在此时刻的振动方向如图中箭头所示,则下列说法正确的是()A.波向左传播B.波向右传播C.质点B向上振动D.质点C向下振动AC解析用“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向上振动故选A、C情境探究探究三波长的确定和波长、波速、频率的理解探究三波长的确定和波长、波速、频率的理解机械波传播过程中,波速就是质点的振动速度吗?要点提示不是波速与振动。