3.1 波的形成和描述 课件 -2025-2026学年高二上学期物理鲁科版选择性必修第一册

第1节 波的形成和描述 课堂引入 在艺术体操的带操表演中，运动员手持细棒抖动彩带的一端，彩带随之波浪翻卷。彩带上的波浪向前传播时，彩带上的每个点也在向前运动吗？ 问题： ？ 彩带上的波浪翻卷实际是振动在彩带上传播的结果。 振动的传播称为波动，简称波（wave）。波是怎样形成的？ 想一想： 无处不在的波 声波 水波 弹簧纵波 无处不在的波 地震波 光波 电磁波 一、波的形成与传播 1、定义：机械振动在介质中由近及远的传播就形成了机械波。 有振动不一定存在波，有波一定存在振动 2、产生条件：① 有振源。② 有可传播波的介质。 波源（振源）：能够维持振动的传播，不间断的输入能量,并能发出波的物体或物体所在的初始位置。 如:我们的声带、各种乐器在发声时、各种机器在运转时就是振源。 介质：凡是能传播机械振动的媒介物质，都可以叫做介质。 如：水能传播水波、绳子可传播绳波、空气可传播声波、大地可传播地震波等等，则水、绳子、空气、大地等都可叫做介质。 机械波：机械振动在介质中的传播称为机械波。 波的形成与传播 设想把绳分成许多小部分 每一小部分可以看成质点，质点与质点之间有相互作用力。 绳波的形成 请点击手 由于相邻质点间存在着相互作用，当绳中某一质点发生振动（振源）时，就会带动相邻的质点，使它上下振动。这个质点又带动更远一些的质点振动起来，从而使绳子上的质点都跟着振动起来。绳端这种上下振动的状态就沿绳子传了出去，从整体上看就是一些凹凸相间的波形。 机械波的形成过程：由于相邻质点间的力的作用，当介质中某一质点发生振动时，就会带动附近的各质点振动，附近各点的振动又带动较远质点的振动，从而使振动向远处传播。 ﹡波的传播过程质点的运动特点 ：前带后，后跟前，运动状态向后传； 波源质点先向上振,其它质点也向上；质点上下振动，但不随波迁移;质点传播能量由近向远. 因此:波传递的是运动形式和能量. 二、波的分类 1、横波 ① 特征：质点的振动方向与波的传播方向垂直 ②波形特点： 凹凸相间的波纹 ③波峰与波谷： 凸起部分的最高点叫做波峰 凹下部分的最低点叫波谷 想一想 一组学生手挽手排成一行，从左边第一位同学开始，周期性地下蹲、起立，依次带动旁边的同学重复他的动作，只是后边的一位总比前边的一位稍迟一点点。这样就会看到凹凸相间的波沿着队伍传播开来，而每个学生的位置并没有移动。运动会上的团体操表演常常用这种办法来表现波浪（图） 团体操表现波浪 2、纵波 ①特征：质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上。 ②波形特点：质点分布较稀的部分叫疏部，质点分布较密的部分叫密部。 例如:声波是纵波,地震波既有横波成份,又有纵波成份。水波既不是横波，也不是纵波。 （1）、波的图像 1、把平衡时位于x1, x2, x3，… 的质点的位移y1，y2，y3，… 画在Oxy 坐标平面内，得到一系列坐标为（x1，y1），（x2， y2），（x3，y3），… 的点，这些点的集合就是这一时刻波的 图像。波的图像有时也称波形图。 横波的图像 三、波的描述 2、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（simple harmonic wave）。可以证明，介质中有正弦波传播时，介质的质点在做简谐运动。 a、图像的物理意义：波的图象表示介质中各个质点在某一时刻(同一时刻)偏离平衡位置的位移的空间分布情况。在不同时刻质点振动的位移不同，波形也随之改变，不同时刻的波形曲线是不同的。 简谐波 V方向的判定？ 波动的本质：前一质点带动后一质点 方法： 前面的质点 波源 下面，向下运动 上面，向上运动 1、该时刻沿波的传播方向上各个质点的位移； 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。 A y /m x /m 1 2 3 4 5 6 7 8 0 B 0.10 A V 波的图象中包含的信息 为瞬时图象，时刻选择不同，图象会变化，但变化中有规律 研究质点振动的时间起点零时刻）不同，图线的起始点不同 描述的是某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移 描述的是某一质点在各个时刻偏离平衡位置的位移 (x、y)表示x处质点某时刻的偏离平衡位置的位移 （t、x）表示t时刻的位移是x 某一时刻连续介质中各质点相对于平衡位置的位移 质点在振动过程中，位移随时间而变化的规律 波的传播方向上所有的振动质点 一个振动质点 图线的 变 化 物理意义 坐标含义 图     象 研究内容 研究对象 波的图象 振动的图像 波与振动图象的区别 声波：声波有横有纵，但大部分是纵波，要看传播的介质。声音在空气传播是纵波，因为声音在传播过程中是空气（介质）发生膨胀和收缩 是沿着声波传播方向的。声波在固体中传播可能是横波也可能是纵波。 横波在介质中传播时，只有固体能承受切变，因此横波只能在固体中传播. 纵波在介质中就形成稠密和稀疏的区域，故又称为疏密波.纵波可引起介质产生容变.固体、液体、气体都能承受容变，因此纵波能在所有物质中传播. 例1、一列沿x轴正方向传播的简谐机械横波，波速为2 m/s.某时刻波形如图所示，下列说法正确的是(　　) A．这列波的振幅为4 cm B．这列波的周期为3 s C．此时x＝1 m处质点的 加速度为0 D．此时x＝2 m处质点运动方向沿y轴正方向 D 周期（T）、频率（f） 周期 ：波前进一个波长的距离所需要的时间. 频率 ：周期的倒数，即单位时间内波动所传播的完整波的数目. 波速 ：波动过程中，某一振动状态（即振动相位）单位时间内所传播的距离（相速）. （2）波的特征 波长λ 定义：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，叫作波长 （1）注意：“位移总是相等” 且“相邻”两质点的准确含义 （2）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为纵波的波长。 注意：同一波源产生的机械波，随着传播介质的不同，波长会发生改变。 纵波的波长 横波的波长 波速 （1）关系：经过一个周期，振动在介质中传播的距离刚好等于一个波长 （2）决定因素：机械波在介质中的传播速率是由介质本身的性质决定的；频率是由波源的频率决定。 （3）波速不是振动速度 地震波既有横波又有纵波。(水波既不是横波也不是纵波，叫做水纹波。) 沿着波的传播方向向前看去，前面各质点的振动位相都依次落后于波源的振动位相. 机械波向外传播的是波源(及各质点)的振动状态和能量. 机械波的规律（特点） 1）介质中各个质点不是同时起振的，离振源近的质点先起振。（步调不一致） 前面的质点带动后面的质点振动，后面的质点重复前面的质点的振动，并且后面的质点的振动依次滞后前面的质点 。 2）介质中质点在各自的平衡位置附近做机械振动，质点本身并不随波迁移。 3）传播过程中各质点的振动都是受迫振动，驱动力来源于波源。介质中各个质点的起振方向、周期、频率、振幅和波源相同。 （具有周期性） 4）波向前传播的是振动形式、能量和信息。 ① 机械波是构成介质的无数质点的一种共同运动形式。 ② 当波源的介质发生振动时，各个质点在各自的平衡位置附近往复运动，质点本身并不随波迁移，机械波向外传播的只是机械振动的形式。 ③ 波是传播能量的一种方式。 例1、（单选）列简谐横波沿x轴传播,t=0时的波形如图所示,质点A与质点B相距1 m,A点速度沿y轴正方向;t=0.02 s时,质点A第一次到达正向最大位移处,由此可知(　　) A.此波沿x轴正方向传播 B.此波沿x轴负方向传播 C.从t=0时起,经过0.04 s,质点A沿波传播方向迁移了1 m D.在t=0.04 s时,质点B在平衡位置处,速度沿y轴负方向 B 【答案】：B 【解析】：由A点向上振动,可判定波沿x轴负方向传播,故选项A错误,B正确;由波的图象看出,经t=0.02 s质点A第一次到达最大位移处,则t=T,T=0.08 s,经0.04 s,质点B在平衡位置处,速度沿y轴正方向,故选项D错误;波传播过程中,质点A并不随波迁移,故选项C错误。 例2、（单选）如图是一列简谐横波在某时刻的波形图，已知图中b位置的质点起振时间比a位置的质点晚0.5 s，b和c之间的距离是5 m，则此列波的波长和频率分别为(　　) A． 5 m,1 Hz B． 10 m,2 Hz C． 5 m,2 Hz D． 10 m,1 Hz A 【答案】：A 【解析】：从波的图象可以看出，波长λ＝5 m，b点比a点的起振时间晚0.5 s，则波速v＝＝m/s＝5 m/s，所以T＝＝1 s，f＝＝1 Hz. 例3、(单选）图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图，图乙为质点P以此时刻为计时起点的振动图象．则下列说法正确的是(　　) A． 该波的速度为1.6 m/s，沿x轴负方向传播 B． 该波的速度为20 m/s，沿x轴正方向传播 C． 经过0.2 s，质点P沿x轴的正方向迁移了4 m D． 经过0.1 s，质点Q的运动方向沿y轴正方向 B 【答案】：B 【解析】：简谐横波的波长λ＝4 m，T＝0.2 s，则波速v＝＝20 m/s，A错，B对；根据简谐波“前带后，后随前”带动原则可知：该波沿x轴正方向传播；质点不“随波逐流”，所以C错误；质点Q此时向上振动，经过0.1 s，即半个周期后质点Q的运动方向沿y轴负方向，D错． $