3.1 波的形成和描述 课件-2024-2025学年高二上学期物理鲁科版（2019）选择性必修第一册

第三章 机械波 第一节 波的形成和描述 1 新课导入 各式各样的波就在我们身边。池塘里碧波荡漾、大海中波浪滔天；音乐厅琴声缭绕使人心潮激荡…… 机械波有什么特点？它们在传播过程中有什么规律？人们又是如何利用这些规律的呢？ 2 新课导入 随着一滴滴晶莹剔透的水珠落向平静的水面，水面上出现了一圈圈的波纹，逐渐向远处扩散开来。波是怎样形成与传播的？本节我们将学习波的形成、分类及描述波的物理量 3 1.知道什么是机械波以及机械波的形成条件和过程 2.能区分横波和纵波 3.知道什么是波的图像，能在简谐波的图像中读出质点振动的振幅、波长、周期等物理量 4.知道波动图像判断质点的振动情况；知道质点的振动图像判断波动情况 学习目标 4 波的形成与传播 5 新课导入 绳波 水波 声波 地震波 (1)这几种波在刚开始形成时有什么共同点？ (2)这几种波在传播的过程中有什么共同点？ 6 新课讲解 绳波 水波 声波 地震波 用手抓住绳子的一端上下振动， 形成沿绳传播的波。 水面上某点的连续振动沿水面传播， 就形成了水波。 音响/声带振动在空气中传播形成声波。 地球内部的运动在地壳中传播形成地震波 (1)都需要某个点先振动，然后带动其他点的振动来形成波。 (2)都需要在某种物质中传播。 7 新课讲解 机械波 机械振动在介质中传播形成的波称为机械波，简称波。 波源：能够产生振动的物体或质点 介质：传播波的物质。 振动的绳端、 水面上的振动点、 振动的声带、 地震的震源…… 绳、 水、 空气、 地壳等 波源和介质是形成机械波的条件。 同时存在波源和介质。（机械波不能在真空中传播） 注意：有振动不一定存在波，有波一定存在振动！ 8 新课讲解 A -A Y X 0 P0 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 相邻两质点间有相互作用 P0 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 质点P1在外力作用下振动后，后面质点P2、P3…会如何运动？ 设想把绳子分成许多小的部分 每一小部分可视为质点 9 新课讲解 A -A Y X 0 t t t t t P0 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 机械波传播时，前一质点的振动 带动 后一质点的振动，后一质点的振动 滞后 前一质点的振动。 波的传播特点 10 机械波传播时，机械波向外传递的是 平衡位置 这种运动形式，介质中的每个质点仅在 机械振动 附近振动，并不随波向前移动。 介质中原本静止的质点，随着波的传播而发生振动，表明这些振动质点获得了能量，因此，波也是传递 能量 的一种方式。 11 想一想 1.绳子上的质点有没有随波迁移？ 答案　质点只在各自的平衡位置附近振动，不随波迁移。 2.绳上各质点是不是同时开始振动的？ 答案　介质各个质点不是同时起振的，离振源近的质点先起振。 点击开始播放 3.绳上各质点振动的步调一致吗？ 答案　前面质点带动后面质点的振动，后面质点重复前面质点的振动， 起振方向相同。 12 想一想 4.在波的传播过程中，介质中各点振动的周期（频率）是否相同？ 答案　传播过程中各质点的振动都是受迫振动，且驱动力来源于 振源，所以各质点周期等于波源周期。 5.振动停止后波是否立即停止传播？ 答案　振动停止后波的传播并不立即停止仍向前传播一段时间。 点击开始播放 6.在波的传播过程中，波传递的是什么？ 答案　机械波传播的是振动形式、能量。 13 小试牛刀 (1)物体做机械振动，一定产生机械波。(　　) (2)在绳波的形成和传播中，所有质点同时开始运动，同时停止运动。(　　) (3)波源振动停止后，波不能继续传播。(　　) (4)波在传播振动的同时，也将波源的能量传递出去。(　　) × √ × × 14 波的分类 15 情境导入 绳波中各质点的振动方向与波的传播方向相互垂直； 推拉弹簧形成的波各质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上。 观察绳波和推拉弹簧形成的波，判断这两种波在传播的过程中各质点的振动方向和波的传播方向间有怎样的关系？ 16 新课讲解 振动方向 传播方向 横波：质点的振动方向与波的传播方向垂直 波形特点： 凹凸相间的波纹 波峰与波谷： 凹下部分的最低点叫波谷 凸起部分的最高点叫做波峰 点击播放动画 17 新课讲解 传播方向 振动方向 纵波：质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上 点击播放动画 波形特点： 疏密相间。 密部和疏部： 质点分布较稀的部分叫疏部 质点分布较密的部分叫密部 18 想一想 1.关于一条沿水平方向传播的横波，各个振动质点的振动方向必定沿竖直方向吗？ 答案　不一定。横波是振动质点的振动方向与波的传播方向垂直，可以沿竖直方向，也可以沿水平方向，只要二者垂直即为横波。 19 想一想 答案　是纵波。在空气中，发声物体的振动会使它周围的空气发生疏密变化，这种疏密相间的状态向外传播便形成了声波。 2.在空气中传播的声波是横波还是纵波？它是怎样形成的？ 20 新课讲解 地震波，既包含横波，又包含纵波。在震中附近，横波引起地面水平晃动，纵波引起地面上下颠簸。因为纵波在地球内部的传播速度大于横波，所以地震时，人们一般先感觉到上下颠簸，然后才感觉到有很强的水平晃动。横波是地震造成破坏的主要原因。 21 小试牛刀 (来自教材)一列简谐波沿x轴传播，在某时刻波的图像如图所示。已知此时质点e的运动方向向下，则 A.此波沿x轴正方向传播 B.质点c此时向下运动 C.质点a将比质点b先回到平衡位置 D.质点d振幅为0 √ 22 波的描述 23 新课导入 波在介质中传播时，各质点都在平衡位置附近振动，而整个波形不断地向前传播。如何描述波的运动情况呢？ 24 新课讲解 波的图像 建立 坐标系 描点 连线 用横坐标x表示沿波传播方向上各质点的 平衡位置 ，纵坐标y表示各个质点 离开平衡位置的位移 。规定位移方向向上为正值。 在坐标平面内，以某一时刻各个质点的x、y值描出各对应点。 用一条平滑的曲线把各点连接起来就得到该 时刻 波的图像，也称波形曲线或波形。 x y O x1 y1 x1 y1 25 新课讲解 波的图像反映了介质中的 各个质点 在 某一时刻 的位移情况。 (1)波源做简谐运动时，在各个时刻波的图像是一条 正弦（或余弦）曲线 ，这种波称为 简谐波 。 (2)简谐波中各质点的振动是简谐振动。 26 物理聊吧 简谐运动的图像是一条正弦(或余弦)曲线；横波中的各质点做简谐运动时，其图像也是一条正弦(或余弦)曲线。如图所示的两图像中，一个是振动图像，另一个是波的图像，你能将它们区分开来吗？它们的物理意义分别是什么？请说出理由，并与同学讨论交流。 27 (1)辨析方法：看横轴，振动图像的横坐标轴t表示时间，波的图像横坐标轴x表示波传播方向上各质点的平衡位置，所以题图a是振动图像，题图b是波的图像。 (2)物理意义：振动图像表示介质中“某一个质点”在“各个时刻”的位移，波的图像表示介质中“各个质点”在“某一时刻”的位移。可以形象地说：波的图像是“照相式”的，而振动图像是“录像式”的。 (3)下一时刻的图像的获得：振动图像是在原图像的后面延续，而波的图像需要将现在的图像向左或向右“平移”相应的距离。 y O t y O x a b t x 28 小试牛刀 (多选)根据图甲、乙所示，判断下列说法正确的是 A.甲是振动图像，乙是波的图像 B.甲是波的图像，乙是振动图像 C.甲中A质点向下振动，乙中B时刻质点向下振动 D.甲中A质点向上振动，乙中B时刻质点向下振动 √ √ 29 新课讲解 波传播过程，各质点的振动周期都等于波源的振动周期，这个周期就是波的周期，用 T 表示。 介质中质点振动的频率就是波的频率，用 f 表示。 30 新课讲解 波长λ 两个 相邻 的、相对平衡位置的位移和振动方向总是 相同 的质点间的距离 ①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 ②在纵波中，两个相邻 密部 或两个相邻 疏部 中央的距离等于波长 31 物理学中，将振动传播的距离与传播时间之比称为波速。 经过一个周期，振动在介质中传播的距离等于一个波长。 或 通常，机械波在介质中的波速是由介质本身的性质决定的。在不同的介质中，波速是不同的。 32 新课讲解 0°C时声波在几种介质中的波速 说明：频率、波速、波长的决定因素 1．周期和频率：只取决于波源，与v、λ无任何关系． 2．速度v：决定于介质的性质，同一种均匀介质，波在其中传播的速度恒定． 3．波长λ：由 ，波长λ由波源和介质共同决定． 33 ① 机械波 （1）产生条件： ①要有波源（机械振动）；②要有传播振动的介质（相邻质点间存在相互作用力）. （2）机械波的形成 本课小结 1 即振源 波借以传播的物质 波源 介质 产生振动 各质点间有相互作用 前一质点带动后一质点振动，振动形式传播出去 形成 机械波 34 （3）传播特点 ①波传播的是振动的形式和能量. ②离波源越远，质点振动的相位越落后，但各个质点的起振方向与波源的起振方向相同. ③各个质点都在前面质点的带动下做受迫振动，各个质点振动的周期、频率都与波源振动的周期、频率相同. ④波可以传递信息. 本课小结 如声波 35 横波与纵波 （1）横波：质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波，有波峰和波谷. （2）纵波：质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波，有密部和疏部. 波的描述 （1）波长：两个相邻的、相对平衡位置的位移和振动方向总是相同的质点间的距离，称为波长.在横波中，两个相邻波峰（或波谷）之间的距离等于波长.在纵波中，两个相邻密部（或疏部）之间的距离等于波长. 本课小结 2 凸起的最高处 凹下的最低处 3 质点分布最密的地方 质点分布最疏的地方 “波长”定义的关键，缺一不可 36 （2）周期和频率： 在同一列机械波中，各个质点的振动周期（频率）是相同的，它们都等于波源的振动周期（频率）.周期 T 和频率 f 互为倒数，即 （3）波速： ，由介质本身的性质决定，在不同的介质中，波速一般不同.另外，波速还与温度有关. 本课小结 与波的频率、质点振动的振幅无关 反映振动在介质中传播的快慢 37 当堂检测 1.（多选）关于机械波的形成，下列说法中正确的是（　 　） A.物体做机械振动，一定产生机械波 B.后振动的质点总是跟着先振动的质点重复振动，只是时间落后一步 C.参与振动的质点都有相同的频率 D.机械波是介质随波迁移，也是振动能量的传递 BC 38 解析：A错：机械波的形成必须具备的两个条件：振源和介质。只有物体做机械振动，而其周围没有传播这种振动的介质，远处介质的质点不可能振动起来而形成机械波。 B、C对：任何一个振动的质点都是一个波源，带动它周围的质点振动，将振动传播开来，所以后一质点总是落后，但振动频率相同。 D错：形成机械波的各振动质点只在平衡位置附近往复运动，并没有随波迁移，离波源远的质点振动的能量是通过各质点的传递从波源获得。 39 2.（多选）关于振动和波的关系，下列说法正确的是 （　　） A.振动是波形成的原因，波是振动的传播形式 B.振动是单个质点呈现的运动现象，波是许多质点联系起来呈现的运动现象 C.波的传播速度就是质点振动的速度 D.波源停止振动时，波立即停止传播 AB 40 解析：A、B对：机械波的产生条件是有波源和介质，由于介质中的质点依次被带动起来由近及远传播而形成波。 C错：波的传播速度是波形由波源向外延伸的速度，在均匀介质中其速度大小不变，而质点振动的速度大小和方向都随时间周期性地发生变化。 D错：波源一旦将振动传给了介质，振动就会在介质中向远处传播，当波源停止振动时，介质仍然继续传播波源振动的运动形式，不会随波源停止振动而立即停止传播，即波不会立即停止传播。 41 3.（多选）关于机械波的频率、波速、波长，下列说法正确的是 （　　） A.两个相邻的均处于平衡位置的质点间的距离为一个波长 B.波的频率等于波源的振动频率 C.波速等于波源的振动速度 D.波由一种介质进入另一种介质，波速和波长都要改变 BD 42 解析：A错：由波长的定义可知，两个相邻的均处于平衡位置的质点间的距离为半个波长。 B对：由波的频率定义可判断。 C错：波速是波的传播速度，与波源的振动速度不同。 D对：波在同一种均匀介质中匀速传播，进入不同介质时，频率不变，但波速改变，由 v = λf 可知 波长改变。 43 谢谢 44 Lavf59.6.100 Lavf59.27.100 Lavf58.46.101 Lavf59.6.100 Lavf57.62.100 $$