3.1 波的形成和描述(二) 课件-2025-2026学年高二上学期物理鲁科版选择性必修第一册

High School Physics 通过观察绳波的波形，会用描点法作横波的图像，提高对波的图像的理解；会根据波的图像，判定波的传播方向和质点的振动方向 01 重难点 通过对波的图像的分析，建立波长、波速和频率的概念，会用三者之间的联系分析问题 02 重点 01 波的图像 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？ 情境导入 描述波必须描述出多个质点 不同时刻波形不同 某个时刻的波形 核心知识 y 位移 (1)建立坐标系，描点 用横坐标x表示在波传播方向上各个质点的平衡位置 用纵坐标y表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移 x 平衡位置 正方向 负方向 O 1. 波的图像画法 在xOy坐标平面上标出某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移 核心知识 y 位移 x 平衡位置 O (2)将某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移矢量的末端用平滑的曲线连接起来。 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。 2.图像的物理意义： 传播方向 核心知识 特点：每个质点都在做简谐振动，质点振动的最大位移都相同。 3.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，简谐波是最基本、最简单的波，其他复杂的波可视为由若干个简谐波合成。 核心知识 波的图像并非波的实际波形，而是对各质点的振动位移的图像表达，可以描述横波也可以描述纵波，只是描述横波时波的图像和波的形状相似 总结提升 1.一列简谐波沿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 √ 由e点是向下运动的，e点右侧的质点在下方，可知右侧的质点在带动e点振动，故波沿x轴负方向传播；质点d、c都向下运动，质点a向上运动，b比a先回到平衡位置，各质点的振幅均相同，不为零，故选B。 例题 由波的图像获得的三点信息 (1)可以直接看出在该时刻沿传播方向上各个质点的位移。 (2)可以直接看出在波的传播过程中各质点的振幅A。 (3)若已知该波的传播方向，可以确定各质点的振动方向；或已知某质点的振动方向，可以确定该波的传播方向。 总结提升 拓展　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？ 答案　质点a正在向y轴负方向振动。 ee 例题 波的传播方向或质点振动方向的判断 1.带动法 后面质点依次重复前面质点的振动。 2.同侧法 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，如图甲所示。 总结提升 3.上下坡法 如图乙所示，沿波的传播方向，“上坡”的质点向下振动，如D、E、F；“下坡”的质点向上振动，如A、B、C。 总结提升 4.微平移法 原理：波向前传播，波形也向前平移。 方法：如图丙所示，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。 总结提升 02 波的特征 在研究波动时，我们常关注的是波的传播快慢、相邻波峰或相邻波谷的距离以及波传播这段距离所需的时间 如图所示，在观察一列横波沿绳传播时，我们发现质点都在自己的平衡位置附近做周期性的振动。各质点的振动周期相同，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。波的周期 T 和频率 f 互为倒数，即 核心知识 进一步观察可知，图中质点1和质点13之间正好出现一个完整的波形。随着振动的继续传播，这两个质点的振动步调完全一致；在振动过程中的任意时刻，它们相对平衡位置的位移总是相同。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（wavelength），用 λ 表示。 波长 核心知识 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 波峰到相邻波峰 波谷到相邻波谷 密部中央到相邻密部中央 疏部中央到相邻疏部中央 核心知识 有同学认为点M和点N是位移相同的两个质点，它们之间的距离就等于该波的波长；另有同学认为，位移总是相同的点M和点P之间的距离才等于波长。这两位同学的观点对吗？请说出理由，并与同学讨论交流 讨论与交流 物理学中，将振动传播的距离与传播时间之比称为波速（wave speed）。 波速 或 由图可见， 经过一个周期，振动在介质中传播的距离等于一个波长。由此，可得到波速 v= v= v= 核心知识 通常，机械波在介质中的波速是由介质本身的性质决定的。 波速与温度有关，在不同的介质中，波速是不同的。 观察下表中的信息，你能得出怎样的结论。 观察与思考 2.(2024·莆田市高二月考)一列声波从空气传入水中，已知水中声速较大，则 A.声波频率不变，波长变小 B.声波频率变大，波长不变 C.声波频率变小，波长变大 D.声波频率不变，波长变大 √ 声波由空气进入水中，波速变大，频率不变，由波速公式v=λf知，声波的波长变大，故选D。 例题 3.某同学探究一绳波的产生和传播，经过处理得到如图所示一列沿x轴正方向传播的简谐横波，已知波的周期是0.4 s，求： (1)波的传播速度大小; (2)经过1 s，波传播的距离； (3)在图乙中画出0.5 s后的波形图。 (1)由题图甲可知，该波波长λ=2 m，则波速为v== m/s=5 m/s； (2)经过1 s，波传播的距离为 x=vt=5 m； (3)经0.5 s后 n==1波形向右平移周期 例题 求解波速的两种方法 (1)在波的图像中读出波，再利用v=求波速。 (2)利用v=求波速，其中x为波传播的距离，Δt为波传播距离x对应的时间。 总结提升 　 4.(来自教材)停在水面上的两艘船相距24 m。一列水波在湖面上传播开来，使船每分钟上下振动20次。当甲船位于波峰时，乙船位于波谷，这时两船之间还有另一个波峰，如图所示。若将水波视为横波，求这列水波的波长和波速。 由题意可知，甲、乙两船之间的距离等于1.5个波长。 这列水波的波长λ= m=16 m， 这列水波的频率f= Hz= Hz 则波速v=λf=16× m/s=5.3 m/s。 答案　16 m　5.3 m/s 例题 波的形成和描述 波的图像 波的特征 波的传播方向或质点振动方向的判断 图像的建立 图像的物理意义 简谐波 各个质点某一时刻位移 波的图像是正弦（余弦）曲线 T、f λ v T＝ 相邻、振动总相同 v＝＝λf 带动法 同侧法 上下坡法 微平移法 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! $null