【新步步高】2015-2016學(xué)年高二物理教科版選修3-4課件第二章-第3講-波的圖像

1、,第3講　波的圖像,目標(biāo)定位　1.知道什么是波的圖像，知道圖像中縱、橫坐標(biāo)各表示的物理量，能說(shuō)出圖像中蘊(yùn)含的信息.2.能區(qū)分振動(dòng)圖像和波動(dòng)圖像.3.根據(jù)某一時(shí)刻波的圖像和波的傳播方向能畫(huà)出下一時(shí)刻和前一時(shí)刻的波的圖像，并能指出圖像中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的振動(dòng)方向.,預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué) 梳理·識(shí)記·點(diǎn)撥,一、橫波的圖像1.若以橫坐標(biāo)x表示在波的傳播方向上各質(zhì)點(diǎn)的 ，縱坐標(biāo)y表示

2、各個(gè)質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移，規(guī)定位移的方向向上為正值，向下為負(fù)值，則在xOy坐標(biāo)平面上，描出該時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的位置(x，y)，用平滑曲線將各點(diǎn)連接起來(lái)，就得到這一時(shí)刻橫波的圖像.波的圖像有時(shí)也稱為波形圖，簡(jiǎn)稱波形.2.正弦波：波形圖是 的波，又稱為正弦波.,平衡位置,該時(shí)刻,正弦曲線,二、波的圖像與振動(dòng)圖像的比較1.波的圖像表示波傳播時(shí) 在介質(zhì)中 的位置相對(duì)于平衡

3、位置的位移.2.振動(dòng)圖像表示 振動(dòng)的過(guò)程中， 相對(duì)于平衡位置的位移.,某一時(shí)刻,各質(zhì)點(diǎn),某一質(zhì)點(diǎn),各時(shí)刻,想一想　為了區(qū)分波的圖像與振動(dòng)圖像，你可以用什么形象來(lái)描述它們？答案　波的圖像相當(dāng)于一群人的一張照片，振動(dòng)圖像相當(dāng)于該群人中某個(gè)人的一段錄像.,課堂講義 理解·深化·探究,,一、波的圖像的理解和應(yīng)用　由波的圖像可獲取的信息1.直接讀出波長(zhǎng).若已知波

4、速，可計(jì)算出周期、頻率.或已知周期、頻率可計(jì)算出波速.2.直接讀出該時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的位移，間接判斷回復(fù)力、加速度情況.3.介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振幅.,4.已知波的傳播方向，可知質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向.常用方法有：(1)帶動(dòng)法：原理：先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)鄰近的后振動(dòng)質(zhì)點(diǎn).方法：在質(zhì)點(diǎn)P靠近波源一方附近的圖像上另找一點(diǎn)P′，若P′在P上方，則P向上運(yùn)動(dòng)，若P′在P下方，則P向下運(yùn)動(dòng).如圖1所示.,圖1,(2)上、下坡法：如圖2所示，沿波的傳播方向，“

5、上坡”的質(zhì)點(diǎn)向下振動(dòng)，如D、E、F；“下坡”的質(zhì)點(diǎn)向上振動(dòng)，如A、B、C，簡(jiǎn)稱“上坡下，下坡上”.,圖2,(3)同側(cè)法：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在波的圖像的同一側(cè)，如圖3所示.,圖3,5.已知質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向，可知波的傳播方向.仍是上述幾種方法，只需將判定的程序倒過(guò)來(lái).,例1 　一列沿x軸正方向傳播的簡(jiǎn)諧機(jī)械橫波，波速為4 m/s.某時(shí)刻波形如圖4所示，下列說(shuō)法正確的是(　　),圖4,A.這列波的振幅為4 cmB.這列波的周期為

6、1 sC.此時(shí)x＝4 m處質(zhì)點(diǎn)沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)D.此時(shí)x＝4 m處質(zhì)點(diǎn)的加速度為0,解析　由圖像可知，這列波的振幅為2 cm，A項(xiàng)錯(cuò)誤；,波向右傳播，根據(jù)“上下坡”法可知，x＝4 m處質(zhì)點(diǎn)沿y軸正方向運(yùn)動(dòng)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；此時(shí)x＝4 m處質(zhì)點(diǎn)處于平衡位置，回復(fù)力為零，加速度為零，D項(xiàng)正確.答案　D,借題發(fā)揮　由波的圖像可直接看出波長(zhǎng)、該時(shí)刻沿波的傳播方向上各質(zhì)點(diǎn)的位移和各質(zhì)點(diǎn)的振幅，可以判斷出各質(zhì)點(diǎn)該時(shí)刻的加速度方向.可以由波速計(jì)算周

7、期、頻率或由周期、頻率計(jì)算波速，利用波的傳播方向判斷任一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向或利用任一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向判斷波的傳播方向.,例2 　一列橫波在某一時(shí)刻的波形圖如圖5所示，x＝0.3 m處的P點(diǎn)此時(shí)運(yùn)動(dòng)方向沿y軸的負(fù)方向，并經(jīng)過(guò)0.2 s第一次到達(dá)波峰，由此判斷(　　),圖5,A.波沿x軸正方向傳播，波速大小為0.5 m/sB.波沿x軸正方向傳播，波速大小為3.5 m/sC.波沿x軸負(fù)方向傳播，波速大小為0.5 m/sD.波沿x軸負(fù)方向傳播，

8、波速大小為3.5 m/s,解析　因P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向沿y軸負(fù)方向，由“上下坡”法可知波沿x軸負(fù)方向傳播，,解法二：經(jīng)0.2 s，P點(diǎn)第一次到達(dá)波峰，由圖可知x′＝1.0 m處的波峰傳播到x＝0.3 m處，即波向左傳播了s＝x′－x＝0.7 m,答案　D,二、波的圖像的畫(huà)法1.特殊點(diǎn)法先找出兩點(diǎn)(平衡位置、波峰或波谷等特殊點(diǎn))并確定其運(yùn)動(dòng)方向，然后確定經(jīng)Δt時(shí)間后這兩點(diǎn)所達(dá)到的位置，最后按正弦規(guī)律畫(huà)出新的波形.,2.波形平移法在已知波的傳

9、播速度的情況下，由Δx＝vΔt可得經(jīng)Δt時(shí)間后波向前移動(dòng)的距離Δx，把圖像沿傳播方向平移Δx即得到相對(duì)應(yīng)的圖像.,例3 　某一簡(jiǎn)諧橫波在t＝0時(shí)刻的波形圖如圖6所示.若波向右傳播，畫(huà)出 后和 前兩個(gè)時(shí)刻的波的圖像.,圖6,解析　解法一　特殊點(diǎn)法根據(jù)t＝0時(shí)刻波的圖像及傳播方向，可知此時(shí)刻A、B、C、D、E、F各質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的振動(dòng)方向，由各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向可確定出經(jīng) 后各個(gè)質(zhì)點(diǎn)所在的位置，將這些點(diǎn)所在位置用平滑曲線連

10、接起來(lái)，便可得經(jīng) 后的波的圖像.如圖中的虛線(a)所示.,解法二　波形平移法由題圖我們可以知道，在質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的一個(gè)周期內(nèi)，波向前傳播一個(gè)波長(zhǎng)的距離，即傳播的距離x＝12 m，因此在 內(nèi)，波向前傳播了3 m.根據(jù)波的傳播過(guò)程和傳播的實(shí)質(zhì)，若波向右傳播，把波的原有圖形向右移動(dòng)3 m的距離，就得到了 后時(shí)刻的波形圖，同理可以得到 前時(shí)刻波的圖像.,借題發(fā)揮　在已知波速的情況下，由公式Δx＝vΔt可得經(jīng)Δt時(shí)間后波向前移

11、動(dòng)的距離Δx，把波形平移Δx即可得Δt時(shí)間后的波形圖，注意，當(dāng)Δx＝kλ＋Δx0時(shí)，只需將波形沿波的傳播方向平移Δx0即可得Δt時(shí)間后的波形圖，這就是所謂的“去整留零平移法”.當(dāng)然也可以采用“特殊點(diǎn)法”.,三、振動(dòng)圖像與波動(dòng)圖像的比較,例4 　根據(jù)圖7甲、乙所示，分別判斷下列說(shuō)法正確的是(　　),A.甲是振動(dòng)圖像，乙是波動(dòng)圖像B.甲是波動(dòng)圖像，乙是振動(dòng)圖像C.甲中A質(zhì)點(diǎn)向下振，乙中B時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)向下振D.甲中A質(zhì)點(diǎn)向上振，乙中B時(shí)刻質(zhì)

12、點(diǎn)向下振,圖7,解析　波動(dòng)圖像的橫坐標(biāo)為波的傳播方向上各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置，振動(dòng)圖像的橫坐標(biāo)為時(shí)間，故A錯(cuò)，B對(duì)；甲中A質(zhì)點(diǎn)被其左側(cè)的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)向上振，乙中B時(shí)刻后位移由零變?yōu)樨?fù)值，故向下振，所以C錯(cuò)，D對(duì).答案　BD,借題發(fā)揮　振動(dòng)圖像與波的圖像的區(qū)別：(1)波的圖像和振動(dòng)圖像是根本不同的，波的圖像描述的是介質(zhì)中的“各質(zhì)點(diǎn)”在“某一時(shí)刻”離開(kāi)平衡位置的位移；而振動(dòng)圖像描述的是“一個(gè)質(zhì)點(diǎn)”在“各個(gè)時(shí)刻”離開(kāi)平衡位置的位移.(2)坐標(biāo)軸

13、所表示的物理量：波動(dòng)圖像中的橫軸x表示介質(zhì)中各個(gè)振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的平衡位置，縱軸y表示各個(gè)振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)在某時(shí)刻的位移；振動(dòng)圖像的橫軸t表示一個(gè)振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的時(shí)間，縱軸y表示這個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)各個(gè)不同時(shí)刻的位移.,對(duì)點(diǎn)練習(xí) 鞏固·應(yīng)用·反饋,,,1,2,3,4,質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波傳播方向的關(guān)系1.簡(jiǎn)諧橫波某時(shí)刻的波形圖線如圖8所示，由此圖可知(　　)A

14、.若質(zhì)點(diǎn)a向下運(yùn)動(dòng)，則波是從左向右傳播的B.若質(zhì)點(diǎn)b向上運(yùn)動(dòng)，則波是從左向右傳播的C.若波從右向左傳播，則質(zhì)點(diǎn)c向下運(yùn)動(dòng)D.若波從右向左傳播，則質(zhì)點(diǎn)d向上運(yùn)動(dòng),圖8,1,2,3,4,解析　由“帶動(dòng)法”可知，若a向下運(yùn)動(dòng)，則a是由其右側(cè)鄰近質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)的，波源位于右側(cè)，波向左傳播，故A錯(cuò)誤；同理，B正確；若波從右向左傳播，則c、d質(zhì)點(diǎn)均應(yīng)由其右側(cè)鄰近質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)，其右側(cè)質(zhì)點(diǎn)位于c、d上方，所以c、d均向上運(yùn)動(dòng)，故C錯(cuò)誤，D正確.答案

15、　BD,1,2,3,4,波的圖像的理解2.如圖9所示為一列簡(jiǎn)諧橫波在某時(shí)刻的波形圖.已知圖中質(zhì)點(diǎn)b的起振時(shí)刻比質(zhì)點(diǎn)a超前了0.4 s，則以下說(shuō)法正確的是(　　),圖9,A.波的波速為10 m/sB.波的頻率為1.25 HzC.波沿x軸正方向傳播D.該時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)P正沿y軸正方向運(yùn)動(dòng),1,2,3,4,解析　由于b比a先振動(dòng)，所以波沿x軸負(fù)方向傳播，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；,1,2,3,4,根據(jù)“上下坡法”可知此時(shí)質(zhì)點(diǎn)P正沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)D錯(cuò)

16、誤.答案　B,1,2,3,4,3.一列沿x軸正方向傳播的橫波在某一時(shí)刻的波形圖如圖10所示，已知波的傳播速率是16 m/s.,圖10,1,2,3,4,(1)指出這列波中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅是多少；解析　由圖像可以看出，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的最大位移大小是10 cm，因此振幅是10 cm.,答案　10 cm,1,2,3,4,(2)畫(huà)出再經(jīng)過(guò)0.125 s時(shí)的波形圖像.解析　再經(jīng)0.125 s波形沿x軸正方向移動(dòng)的距離為Δx＝vΔt＝16×0