高中物理(新教材)选修1课件3：3 2 波的描述 人教版

2波的描述第三章

机械波观察水波新课导入水波在时间和空间上在做周期性变化，我们如何去描述水波？波是不断变化的，如果知道了某一时刻的水波，又如何判断上一时刻或下一时刻的水波呢？一、波的图像课堂探究某一时刻绳上横波的照片，记录了绳上各质点在该时刻的具体位置。y位移x平衡位置正方向负方向（1）横纵坐标分别表示什么？规定：横波中偏离平衡位置的位移方向向上为正值，则位移向下为负值。横坐标x：在波的传播方向上介质中各质点的平衡位置纵坐标y：某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移在直角坐标系上画出某时刻各质点偏离平衡位置的位移。将某时刻各质点偏离平衡位置的位移矢量的末端用光滑的曲线连接起来。y位移x平衡位置O如何画出波形图？（2）图像的物理意义是什么？波的图像描述的是某一时刻介质中各个质点偏离平衡位置的位移情况。（3）波是随时间不断变化的是一个质点带动另一个质点在运动，如果振源在作简谐运动，振源带动介质中其他质点运动，得到的波形图是什么图形呢？特点：每个质点都在做简谐运动，质点振动的最大位移都相同。如果波的图像是正弦曲线，这种波叫做正弦波，也叫简谐波。例1一列横波沿绳子向右传播，某时刻形成如图所示的凸凹形状，对此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点()A．它们的振幅相同B．其中D、E速度方向相同C．其中A、C速度方向相同D．从此时算起，B比C先回到平衡位置解析：波源振动，绳上各质点都做受迫振动，不计传播中的能量损耗，各质点的振幅相同，则A正确；波向右传播，则波源在左侧，离波源远的质点落后并重复波源近的质点的振动，由此可知此时质点A正向下振动，C点随质点B向上振，D点随C点向上振，F点随E点向下振，则A与C，D与F的振动方向均相反，则B、C错误；而质点B、C都向上振，都要先到最大位移处再回到平衡位置，但C落后于B，则B比C先回到平衡位置，故A、D正确。AD二、波长、频率、波速1、波长：振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离在横波中，两个相邻波峰或两个相邻波谷之间的距离等于波长。在纵波中，两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离也等于波长。2、频率：在波动中，各个质点的振动周期或频率是相同的，它们都等于波源的振动周期或频率，这个周期或频率也叫作波的周期或频率。每经过一个周期的时间波就沿传播方向传播一个波长的距离。

思考：机械波在介质中的传播速度是多大？

波速由什么决定？机械波的波速由介质的性质决定，在不同的介质中，波速是不同的。声波在橡胶中传播速度最小，在玻璃中传播速度最大。某时刻的波形我们已经描述清楚，波是不断变化的，如果知道了某一时刻的波形，又如何判断上一时刻或下一时刻的波形呢？波速由什么决定？机械波的波速由介质的性质决定，在不同的介质中，波速是不同的。声波在橡胶中传播速度最小，在玻璃中传播速度最大。某时刻的波形我们已经描述清楚，波是不断变化的，如果知道了某一时刻的波形，又如何判断上一时刻或下一时刻的波形呢？例2关于波长的下列说法中正确的是()A．机械振动在一个周期内传播的距离就是一个波长B．在波形图上位移相同的相邻两质点之间的距离等于一个波长C．在波形图上速度最大且相同的相邻两质点间的距离等于一个波长D．在波形图上振动情况总是相同的两点间的距离等于一个波长解析：机械振动的质点在一个周期内向远处传播一个完整的波形，故A选项正确；由波形图可见，在一个完整波形上，位移相同的相邻质点之间的距离不一定等于一个波长，故B选项错误；速度最大且相同的质点，在波形图上是在平衡位置上，如果相邻，那么正好是一个完整波形的两个端点，所以C选项正确；振动情况总是相同的两点间的距离是波长λ的整数倍，故D选项不正确。AC例3如图所示是一列简谐波在某一时刻的波形图像,下列说法中正确的是()A．质点A、C、E、G、I在振动过程中位移总是相同B．质点B、F在振动过程中位移总是相同C．质点D、H的平衡位置间的距离是一个波长D．质点A、I在振动过程中位移总是相同，它们的平衡位置间的距离是一个波长解析：从题图中可以看出质点A、C、E、G、I在该时刻的位移都是零，由于波的传播方向是向右的，容易判断出质点A、E、I的速度方向是向下的，而质点C、G的速度方向是向上的，因而这五个点的位移不总是相同，A错误；质点B、F是处在相邻的两个波峰的点，它们的振动步调完全相同，在振动过程中位移总是相同，B正确；解析：质点D、H是处在相邻的两个波谷的点，它们的平衡位置之间的距离等于一个波长，C正确；虽然质点A、I在振动过程中位移总是相同，振动步调也完全相同，但由于它们不是相邻的振动步调完全相同的两个点，它们的平衡位置之间的距离不是一个波长(应为两个波长)，D错误。例3如图所示是一列简谐波在某一时刻的波形图像,下列说法中正确的是()A．质点A、C、E、G、I在振动过程中位移总是相同B．质点B、F在振动过程中位移总是相同C．质点D、H的平衡位置间的距离是一个波长D．质点A、I在振动过程中位移总是相同，它们的平衡位置间的距离是一个波长BC三、波的传播方向和质点振动方向的判断x/my/cm5-50246带动法：先振动的质点带动邻近的质点后振动。思考：如果已知P点的振动方向向下，判断波的传播方向。．Pv（1）已知传播方向判断质点振动方向在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点P′，若P′在P上方，则P向上运动，若P′在P下方，则P向下运动。P向上运动P向下运动（2）已知质点振动方向判断传播方向由波的图像可判断波的传播方向上下坡法：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”。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。微平移法：如图所示,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Δt后运动到P1'(或P2')处,这样就可以判断质点的振动方向了。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”。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。微平移法：如图所示,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Δt后运动到P1'(或P2')处,这样就可以判断质点的振动方向了。思考：要画出某一时刻很邻近的下一时刻t+∆𝒕的波形图，还须知道什么？

例4如图所示，图(a)为某一列波在t＝1.0s时的图像，图(b)为参与该波的质点P的振动图像。(1)求该列波的波速；(2)求再经过3.5s时P质点的路程；(3)波的传播方向。

四、波的图像与振动图像的比较确定质点运动方向形象记忆图线变化物理意义图线研究内容研究对象单一振动质点沿波传播方向的所有质点一质点的位移随时间的变化规律某时刻所有质点的空间分布规律表示各质点在某时刻的位移表示一个质点在各时刻的位移随时间推移图像延伸，但已有的图像形状不变随时间推移图像沿传播方向平移比喻为一个质点的“录像带”比喻为无数质点某一时刻拍摄的“照片”根据下一时刻的位移来判断根据“质点带动原理”来判断x/mt/s0x/my/m0波动图像振动图像

BC

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BC例4如图所示，图(a)为某一列波在t＝1.0s时的图像，图(b)为参与该波的质点P的振动图像。(1)求该列波的波速；(2)求再经过3.5s时P质点的路程；(3)波的传播方向。

一、波的图像课堂探究某一时刻绳上横波的照片，记录了绳上各质点在该时刻的具体位置。y位移x平衡位置正方向负方向（1）横纵坐标分别表示什么？规定：横波中偏离平衡位置的位移方向向上为正值，则位移向下为负值。横坐标x：在波的传播方向上介质中各质点的平衡位置纵坐标y：某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移在直角坐标系上画出某时刻各质点偏离平衡位置的位移。将某时刻各质点偏离平衡位置的位移矢量的末端用光滑的曲线连接起来。y位移x平衡位置O如何画出波形图？二、波长、频率、波速1、波长：振动相位总是相同的两个相