3.3 波的图像 课件-2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第一册

该高中物理课件聚焦“波的图像”核心内容，涵盖横波图像的画法、物理意义、与振动图像的区别、传播方向判定及多解问题，通过观察水波提问导入，联系简谐运动图像，搭建从质点振动到波的整体描述的学习支架。 其亮点在于通过“思考与讨论”引导学生自主建构坐标轴意义，对比表格明晰振动与波动图像差异，培养科学思维中的模型建构与科学推理。多解问题分析结合周期性和双向性，提升质疑创新能力，例题助力知识应用，教师可系统教学，学生深化理解。

第三章 机械波 第3节 波的图像 观察水波，可以看出波在空间、时间上具有周期性，我们能否用图像的方法来描述一列波呢？如果能，坐标轴表示的是什么物理量？ 一、横波的图像 t y O A -A 振动图像 思考：如何用图像描述机械波在同一时刻各质点的位移？ 简谐运动的图像直观地反映了质点做简谐运动的物理过程，根据图像可以看出质点在任意时刻的位移。 我们可以用照像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 正方向 负方向 1.波的图像的画法 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 拍照定格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 纵坐标y：某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移 横坐标x：在波的传播方向上各质点的平衡位置 2.图像的物理意义 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. 介质中有正弦波传播时，介质的质点在做简谐运动，各质点振动的振幅均相同. 3.正弦波(简谐波) 波的图像描述的是介质中“各个质点”在“某一时刻”的位移. x y O A -A 波的图像 t y O A -A 振动图像 某一质点 各个时刻 各个质点 某一时刻 （1）确定位移：可以直接看出该时刻各质点的位移。 （2）确定振幅：介质中各质点的振幅A是波动图像上纵坐标最大值的绝对值。 （3）从图像中可以看出波长。 （4）从图像中可以间接地比较各质点在该时刻的速度、动能、势能、回复力、加速度等量的大小关系。 （5）如已知波的传播速度,可利用图像所得的波长λ、公式T= 求得各质点振动的周期和频率。 4.波的图像信息 二、机械波的图像和振动图像的区别 振动图像 波动图像 研究对象 研究内容 图线 物理意义 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 x/m t/s O x/m y/m O 振动图像 波动图像 图线变化 形象记忆 确定质点运动方向 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“录象带” 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 a x y O 波源 波源 一简谐波在某时刻的波形如图 (1)若此列波正在沿x轴正方向传播，图中质点a此刻向哪个方向振动？ (2)若此刻质点a正在向下振动，此列波正在沿x轴的正方向运动还是沿x轴负方向运动？ 质点a正在向y轴正方向运动 此列波正在向 x 轴负方向运动 三、波的传播方向和质点振动方向的判定 1.带动法 y x O P P′ 传播方向 波源 先振动的质点带动邻近的后振动的质点，在质点P靠近波源一侧附近的图像上另找一点P′ ， P′为先振动的质点，若P′在P 点上方，则P 向上振动，若P′在下方，则P 向下振动． （1）已知波向右传播，试判断P点振动方向？ 1.带动法 y x O P P′ 传播方向 波源 思考：如果已知P点的振动方向向下，判断波的传播方向． 2.同侧法 y x O P 传播方向 振动方向 y x O P 传播方向 振动方向 在水平传播的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 3.上下坡法 y x O 传播方向 上坡 下坡 上坡 上坡下 下坡上 沿波的传播方向，“上坡”的质点向下振动；“下坡”的质点向上振动 P 思考：如果已知P点的振动方向向上，判断波的传播方向． y x O 4.微平移法 P Q 传播方向 在某时刻波形的基础上，作出经微小时间Δt后的波形，就知道了各质点经过Δt时间后到达的位置，此刻质点振动方向也就知道了。 波向前传播，波形也向前平移(质点不随波迁移) (1)周期性 ①时间周期性：相隔周期整数倍时间的两个时刻的波形图完全相同，时间间隔Δt与周期T的关系不明确造成多解． ②空间周期性：沿传播的方向上，相隔波长的整数倍距离的两质点的振动情况完全相同，质点间距离Δx与波长λ的关系不明确造成多解． 1．造成波动问题多解的主要因素 四、波的多解问题 (2)双向性 对给定的波形图，波的传播方向不同，质点的振动方向也不同，反之亦然． ①传播方向双向性：波的传播方向不确定． ②振动方向双向性：质点振动方向不确定． (1)质点达到最大位移处，则有正向和负向最大位移两种可能． (2)质点由平衡位置开始振动，则有起振方向向上、向下(或向左、向右)的两种可能． (3)只告诉波速不指明波的传播方向，应考虑沿x轴正方向和x轴负方向两个方向传播的可能． (4)只给出两时刻的波形，则有多次重复出现的可能等． 2．波动问题的几种可能性 (1)解决周期性多解问题时，一般采用从特殊到一般的思维方法，即找出一个周期内满足条件的关系Δ t或Δ x，若此关系为时间，则t ＝ nT＋ Δ t(n ＝ 0，1，2，…)；若此关系为距离，则x ＝ n λ＋Δ x(n ＝ 0，1，2，…)。 3．解决波的多解问题的方法 (2)解决双向性多解问题时,养成全面思考的习惯，熟知波有向正、负(或左、右)两方向传播的可能，质点有向上、下(或左、右)两方向振动的可能。 波的图像 波的描述 波的传播方向和质点振动方向的判定 意义 横轴 平衡位置 各个质点——某一时刻 物理量 纵轴 偏离平衡位置的位移 正弦波（简谐波） 等振幅 带动法 同侧法 上下坡法 微平移法 1.(多选)如图所示为一列简谐横波在某一时刻的波形图，此时刻质点F的振动方向如图所示。则（ ） A.该波向右传播 B.质点B和D的运动方向相同 C.质点C比质点B先回到平衡位置 D.此时质点F和H的加速度相同 CD 2．两列波速相同的简谐横波在同一介质中沿x轴相向传播，实线波的频率为3Hz，振幅为10cm，虚线波的振幅为5cm。t=0时，两列波在如图所示区域内相遇，则（　　） A．两列波在相遇区域内会发生干涉现象 B．实线波和虚线波的频率之比为3：2 C．实线波和虚线波的波长之比为3：2 D．t=1/6s时，x=9cm的质点实际振动方向向上 BD 3.如图中实线是一列简谐横波在t1 ＝ 0时刻的波形，虚线是这列波在t2 ＝ 0.5 s时刻的波形。 （1）写出这列波的波速表达式； （2）若波速大小为74 m/s，波速方向如何？ 【解析】（1）由题图像可知 λ ＝ 8 m 当波向右传播时，波传播距离为： s ＝ n λ＋ λ ＝ (8n＋3) m (n＝0，1，2...) 波速为：v ＝ ＝ m/s ＝ (16n＋6) m/s　(n＝0，1，2…) 当波向左传播时，波传播距离为： s ＝ n λ＋ λ ＝ (8n＋5) m (n＝0，1，2…) 波速为：v ＝ ＝ m/s ＝ (16n＋10) m/s　(n＝0， 1，2…) 【解析】（2）若波速大小为74 m/s， 在 Δ t ＝ t2－t1 时间内波传播的距离为： s ＝ v Δ t ＝ 74×0.5 m ＝ 37 m 因为：s ＝ 37 m ＝ 4λ＋ λ 所以波向左传播。 Lavf58.46.101 $