第3章 第1节 波的形成和描述（课件）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二物理选择性必修第一册（鲁科版2019）

1.介质:传播波的物质。 2.机械波 (1)定义:机械振动在介质中传播形成的波称为机械波。 (2)产生条件:波源和介质。 (3)特点 a.机械波向外传递的是机械振动这种运动形式。 b.介质中每个质点仅在平衡位置附近振动,并不随波向前移动。 c.波是传递能量的一种方式。 第1节 波的形成和描述 知识 清单破 知识点 1 波的形成与传播 第3章 机械波 第1讲　描述运动的基本概念 知识点 2 波的分类 1.分类:根据质点振动方向和波传播方向之间的关系,可把机械波分为横波和纵波。 2.横波 (1)定义:质点的振动方向与波的传播方向垂直的波称为横波。 (2)标识性物理量 a.波峰:凸起的最高处。 b.波谷:凹下的最低处。 3.纵波 (1)定义:质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波称为纵波。 (2)标识性物理量(以弹簧上形成的纵波为例) a.密部:弹簧分布最密的位置。 b.疏部:弹簧分布最疏的位置。 第3章 机械波 第1讲　描述运动的基本概念 1.波的图像 (1)图像的描绘 a.建立坐标系:用横坐标x表示沿波传播方向上各质点的平衡位置,用纵坐标y表示各质点离开 平衡位置的位移,规定位移方向向上为正值。 b.描点:在坐标系内,以某一时刻各个质点的x、y值描出各对应点,再把这些点用平滑曲线连 接起来,就得到了该时刻波的图像,也称波形曲线或波形。 知识点 2 波的描述 第3章 机械波 第1讲　描述运动的基本概念 (2)简谐波: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.波的特征 (1)波的周期和频率 a.周期:波源的振动周期就是波的周期,用T表示。 b.频率:介质中各质点振动的频率就是波的频率,用f表示。 c.两者的关系:T= 。 d.决定因素:由波源的周期或频率决定,与其他因素无关。 (2)波长 a.定义: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, 用λ表示。 第3章 机械波 第1讲　描述运动的基本概念 b.特征: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)中央的距离等于波长。 c.决定因素:由波源和介质共同决定,与温度有关。 (3)波速 a.定义:物理学中,将振动传播的距离与传播时间之比称为波速。 b.公式:v= 或v=λf。 c.决定因素:取决于介质的物理性质,还与温度有关。 第3章 机械波 第1讲　描述运动的基本概念 1.机械波传播的是介质中的质点。 (　    ) 2.波的图像表示介质中质点的运动轨迹。 (　    ) 3.在一个周期内,振动在介质中传播的距离等于一个波长。 (　    ) 4.横波中任意两个波峰之间的距离等于波长。(　    ) 知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ✕” 。 机械波传播的是振动形式,振动质点不随波迁移。 提示 提示 提示 ✕ ✕ ✕ √ 波的图像反映介质中各个质点在同一时刻的位移情况。 相邻的两个波峰之间的距离等于波长。 第3章 机械波 第1讲　描述运动的基本概念 1.机械波的形成 疑难 情境破 疑难1 机械波 讲解分析 第3章 机械波 第1讲　描述运动的基本概念 2.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的传播而迁移,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.振动和波动的关系 (1)振动是波动的起因,波动是振动在介质中向周围的传播。 (2)波动的周期等于质点振动的周期。 (3)波源停止振动后,介质中的波动并不立即停止,而是继续向远处传播,直到振动能量完全消耗。 第3章 机械波 第1讲　描述运动的基本概念 1.两类图像的对比 讲解分析 疑难2 波的图像与振动图像的综合 振动图像 波的图像 不 同 点 物理意义 表示某质点在各个时刻的位移 表示某时刻各个质点的位移 研究对象 某个振动质点 所有质点 研究内容 某质点位移随时间变化的规律 某时刻所有质点的空间分布规律 图像     一个完整图形对应横坐标 表示一个周期 表示一个波长 第3章 机械波 第1讲　描述运动的基本概念 振动图像 波的图像 相同点及联系 图像形状 正弦曲线 可获得的信息 质点振动的振幅以及位移、加速度的方向 联系 质点的振动是形成波动的基本要素 2.波的传播方向与质点振动方向的互判方法 (1)带动法 　　先振动的质点带动邻近的后振动的质点。如在质点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。 第3章 机械波 第1讲　描述运动的基本概念 (2)上下坡法 　　沿波的传播方向,“上坡”时质点向下振动,“下坡”时质点向上振动。 (3)同侧法 　　波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧。 (4)微平移法 　　将波形沿传播方向进行微小平移,再由对应同一x坐标的两波形曲线上的点来判断振动方向。 第3章 机械波 第1讲　描述运动的基本概念 3.一段时间后的波形图的画法 (1)特殊点法 　　先找出两点(平衡位置、波峰、波谷等特殊点)并确定其运动方向,然后确定经Δt时间后 这两点所到达的位置,最后按正弦规律画出新的波形。该法适用于Δt= (n=1,2,3,…)的情况。 (2)波形平移法 　　在已知波的传播速度的情况下,由Δx=vΔt可得经Δt时间后波向前移动的距离Δx,把图像 沿传播方向平移Δx即得到相应图像。 第3章 机械波 第1讲　描述运动的基本概念 典例 一列简谐横波沿x轴传播,图甲是t=0时刻的波形图【1】,图乙是x=1 m处质点的振动图像【2】, 下列说法正确的是 (　    ) A.该波的波长为2 m B.该波的周期为1 s C.该波沿x轴负方向传播 D.该波的波速为2.5 m/s 第3章 机械波 第1讲　描述运动的基本概念 信息提取    从图像中可提取的信息如下: 思路点拨    (1)根据波形图得出波长,根据振动图像得出周期及在t=0时刻x=1 m处质点振动 方向,根据同侧法【3】得出波的传播方向。 (2)根据波速公式v= 【4】得出波速。 第3章 机械波 第1讲　描述运动的基本概念 解析    由题图甲可知,该波的波长为λ=4 m,选项A错误;由题图乙可知,该波的周期为T=2 s,选 项B错误;由题图乙可知,t=0时刻,x=1 m处的质点向下振动,结合题图甲可知,该波沿x轴负方向 传播(由【3】得到),选项C正确;该波的波速为v= =  m/s=2 m/s(由【4】得到),选项D错误。 答案    C 第3章 机械波 第1讲　描述运动的基本概念 1.导致波动问题多解性的原因 　　波在传播过程中时间上的周期性、空间上的周期性以及传播方向上的双向性是导致 “波动问题多解性”的主要原因。若题目加设一定的条件,可使无限系列解转化为有限解或 唯一解。 2.波动问题多解举例 (1)波的传播方向不确定,必有两种可能解。 (2)波形移动的距离x与波长λ的关系不确定,必有系列解,若x与λ有一定的约束关系,可使系列 解转化为有限解或唯一解。 (3)波形变化的时间Δt与周期T的关系不确定,必有系列解;若Δt与T有一定的约束关系,可使系 讲解分析 疑难3 波动问题多解性 第3章 机械波 第1讲　描述运动的基本概念 列解转化为有限解或唯一解。 (4)两质点间的波形不确定形成多解。例如一列简谐横波沿水平方向向右传播,M、N为介质 中平衡位置相距Δx的两质点,M在左,N在右,t时刻,M、N两质点正好经过平衡位置,而且M、N 之间只有一个波峰,经过Δt时间,N质点恰好第一次处在波峰位置,求这列波的波速。波形可 能如图所示: 对应的波速如下: A.v=     B.v=     C.v=     D.v=  第3章 机械波 第1讲　描述运动的基本概念 典例 (多选)如图所示,甲、乙、丙、丁为用频闪照相机连续拍摄【1】的四张在x轴上0~6 m 区 间段简谐波的照片。已知波沿x轴传播【2】,照相机频闪时间间隔相等且小于波的周期,第一张 照片与第四张照片拍摄的时间间隔为1 s【3】,则由照片判断下列选项正确的是     (　    ) A.波的波长为4 m B.波一定沿x轴正方向传播 C.波速可能为15 m/s D.波速可能为9 m/s 第3章 机械波 第1讲　描述运动的基本概念 信息提取    【2】未指明波的传播方向; 【1】【3】相邻照片间的时间间隔Δt=  s,此时间内波传播的距离小于一个波长。 思路点拨    波长由题图直接读出;质点振动方向和波的传播方向可以互判,但必须知道其一; 根据时间间隔1 s和周期的关系分别求出波沿正、负方向传播时的周期,再根据波速公式求 波速。 第3章 机械波 第1讲　描述运动的基本概念 解析    由题图可知,波长为λ=4 m,A正确。由于照相机频闪时间间隔相等且小于波的周期,连 续拍摄的第一张照片与第四张照片拍摄的时间间隔为1 s,则甲、乙的时间间隔为Δt=  s(由 【1】【3】得到);若波沿+x方向传播,由题图甲知此时x=1 m处质点向上振动,结合图乙可知 Δt= T,可得周期为T=  s,则波速为v= =  m/s=3 m/s;若波沿-x方向传播,图甲中x=1 m处质 点向下振动,结合图乙可知Δt= T,可得周期为T=  s,则波速为v= =  m/s=9 m/s(由【2】得 到),故B、C错误,D正确。 答案    AD 第3章 机械波 第1讲　描述运动的基本概念 $$