3.2.1波的描述（教学课件）物理人教版2019选择性必修第一册

该高中物理课件聚焦机械波的描述，核心内容包括波的图像（波形图）、波长、频率和波速的概念及关系，以及波的传播方向与质点振动方向的判断。课堂导入从第二章简谐运动的x-t图像（单质点运动）切入，对比波的多质点运动特性，通过问题“能否用其他图像描述波”搭建前后知识联系，形成学习支架。 其亮点在于以物理观念为基础，明确波形图的物理意义及波长、频率、波速的定义与决定因素；以科学思维为核心，提供质点带动法、上下坡法等4种判断方法突破难点；融入科学探究，设置“思考与讨论”引导观察分析波形图，并含视频资源辅助理解。课堂小结结构化梳理知识，助力学生系统掌握。该课件能培养学生科学思维与探究能力，也为教师提供清晰教学流程与实用方法。

第三章 机械波 物理选择性必修第一册 •人教版2019 第二节第1课时 波的描述 学习目标 01 02 03 04 物理观念 波形图，波长、频率和波速的概念。 科学思维 掌握波形图的画法，判断波的传播方向和各质点振动方向。 科学探究 观察波纹图样，分析现象。 科学态度与责任 养成探究物理规律与本质的学习习惯和学习方法。 重点难点 教学重点 教学难点 1、波长、频率和波速的意义及关系。 理解波的图像，判断波的传播方向和质点的振动方向。 在第二章，我们学习了简谐运动，用 x—t 图像描述了弹簧振子或单摆一个质点在任意时刻的位移。 波却是很多质点的运动，在同一时刻各个质点的位移都不尽相同，不方便用 x—t 图像来描述。能否用其他的图像来描述波呢？ 课堂引入 波的图像 我们可以用照象机把波的形状摄下来，就是按下快门瞬间各个质点离开各自平衡位置时的情形。 思考与讨论： (1)你认为横轴x、纵轴y应表示什么物理量？ (2)每一质点坐标(x、y) 的物理意义？ x y 波的图像 01 Y 位移 波形图： 1.用横坐标表示在波传播方向上各质点的平衡位置 2.用纵坐标表示某时刻各质点偏离平衡位置的位移 X 平衡位置 正方向 负方向 O 波的图像 4.简谐波：如果波的图像是正弦曲线，这样的波叫作正弦波，也叫简谐波。 （1）简谐运动在介质中传播形成简谐波. （2）简谐波是一种最基本、最简单的波. 3.图像的物理意义：波的图像表示某一时刻各个质点相对平衡位置的位移。 波的图像是在波的传播方向上介质中各振动质点的连线在某一时刻的波形． 波的图像 波的图像的应用 02 常用方法： （1）质点带动法 （2）图象平移法 （3）上下坡法 （4）同侧法 若已知波的传播方向，如何判断质点的振动方向？或已知质点的振动方向，如何判断波的传播方向呢？ 波的图像的应用 Y X O 传播方向 （1）质点带动法 Y X O P Q 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点下方，则P向下振动，若P′在上方，则P向上振动． Pˊ Qˊ 传播方向 波的图像的应用 O x/m y/cm 传播方向 波源 a b c d e f g 从波源沿传播方向看：上坡下，下坡上 （2）图象微平移法 将波形图沿传播方向进行微小平移，再由x轴上某一位置的两波形曲线上的点来判定. 波的图像的应用 O x/m y/cm 传播方向 a b c d e f g 从波源沿传播方向看:上坡下，下坡上 波源 （2）图象微平移法 波的图像的应用 Y X O 上坡 下坡 上坡 （3）上下坡法 判断方法：上坡上的质点向下振动，下坡上的质点向上振动 传播方向 简称： “上坡下、 下坡上” 波的图像的应用 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）同侧法 Y X O v v 波的图像的应用 传播方向 从波的图象上可获得的信息： A y /m x /m 1 2 3 4 5 6 7 8 0 B 0.10 A v a v 1.质点的位移； 2.各个质点的振幅A ； 3.能根据波的传播方向判断各个质点在该时刻的运动方向、加速度方向及其变化情况； 4.可以画出另一时刻的波形图。 波的图像的应用 我们在学习简谐运动时，除了用图像来描述它以外，还学习了用振幅、周期和频率这些物理量来描述简谐运动，那么对于机械波的描述，我们是否也可以用某些物理量来描述它呢？ 波长、频率和波速 03 波长、频率和波速 1. 在上节图 3.1-2 中，从 t=0 到 t=T 这段时间里，由质点 P0 发出的振动传到质点 P8，使质点 P8 开始振动。这时质点 P0 恰好结束了一次全振动而开始下一次全振动，此后质点 P0 和质点 P8 的振动步调相位是否完全一致？ 2. 质点 P1和 P9 、P2和 P10……他们每一对在振动中的相位是否也总是相同呢？ 观察并思考:在振源完成一次全振动的时间里,波是否也完成了一次周期性的波动? 解释：每个质点都在做受迫振动，因此每个质点的振动周期与波源相同。 结论： 波的周期取决于波源振动的周期。 ①经过一个周期的时间里，振动在介质中的传播的距离恰好等于一个波长。 ②每经历一个周期的时间，原有的波形图保持不变。 问题探究 1.波长λ： 在波的传播方向上，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离，叫做波长。 几点说明： (1)“位移总相等” 的含义是“每时每刻都相等”； (2)相位总相同的两个质点，其速度也总是相等的，位移也相同。 波长、频率和波速 (4)同向点：相距λ整数倍的质点振动步调总是相同的； 反向点：相距λ/2奇数倍的质点振动步调总是相反的。 (3)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等于波长。 波长、频率和波速 几点说明： 波长、频率和波速 1.在振源 P0完成一次全振动的时间里，波是否也完成了一次周期性的波动? 2.每个质点是否都在做受迫振动？如果都在做受迫振动，那么每个质点的振动周期与波源振动的关系是怎样的？ 3.由振源 P0 发出的振动，经过一个周期 T，振动在介质中传播的距离等于多长一段距离？ 2.周期与频率：波源质点振动的周期（或频率）就是波的周期（或频率） 几点说明： (1)波的周期（或频率）应由波源决定，与传播波的介质无关。 (2)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。 (3)每经历一个周期的时间，当前的波形图与原有的波形图相同。 波长、频率和波速 3.波速：单位时间内振动所传播的距离叫做波速。 几点说明： (3)一列波在同一均匀介质中是匀速传播的 (4)要区分波速与质点振动速度的含义 (2)波速的大小由介质的性质决定，同一列波在不同介质中传播速度不同。 （1）物理意义：反映振动在介质中传播的快慢程度. 波长、频率和波速 典例分析 04 图2-2 B 【例2】图中的实线是一列正弦波在某一时刻的波形图。经过0.5 s 后，其波形如图中虚线所示。设该波的周期 T 大于 0.5 s。 （1）如果波是向左传播的，波的速度是多大？波的周期是多大？ （2）如果波是向右传播的，波的速度是多大？波的周期是多大？ 解：（1）如果波是向左传播，则 ，由 得v＝0.12 m/s 波的周期为： （2）如果波是向左传播，则 ，由 得 v＝ 0.36 m/s 波的周期为： 波形图的表达式（波动方程）为y=A sin ✮✮✮ 【例】 (多选)“波”字最早用于描述水纹起伏之状,唐代诗人韦应物有“微风动柳生水 波”的描述。“微风动柳”在水面引起水波向四周传播,如图是t=0时刻水波沿x轴方 向传播的部分波形图,此后质点A比质点B先回到平衡位置且时间差为0.1 s,已知A点纵 坐标yA=-  cm。下列说法正确的是 (　    )   A.水波沿x轴正方向传播 B.水波的振幅为  cm C.水波的周期为0.4 s D.1 s后质点B运动到x=22 cm的位置   解析    质点A比质点B先回到平衡位置,所以t=0时质点B沿y轴负方向振动,由此判断 水波沿x轴正方向传播,A正确。由题图可知 λ=2 cm,即λ=8 cm,设波形图的表达式为y =A sin 。由题意得,当x=0时,y=yA=-  cm;当x=2 cm时,y=yB=-  cm;将横、纵 坐标分别代入表达式联立可得水波的振幅为1 cm,B错误。水波的波速v= = =20 cm/s,由波速公式v= 得水波的周期T= =0.4 s,C正确。各质点只会在自己的平衡位置 附近振动,不会随波迁移,D错误。   答案    AC 课堂小结 波长、频率和波速 波速 波的图像 图像包含信息 判断质点振动方向或波传播方向 波的图像的画法 与振动图像的区别 定义 决定因素 公式 波长 定义 确定 频率 定义 决定因素 【例1】如图2-2甲所示，用手握住长绳的一端，t＝0时刻在手的带动下绳上A点开始上下振动，其振动图像如图2-2乙所示，则能正确反映t1时刻绳上形成的波形的是(　 ) $