3.2 机械波的描述 课件 -2025-2026学年高二上学期物理粤教版选择性必修第一册

该高中物理课件聚焦机械波的描述，核心知识点包括波的图像、波长、频率、波速及关系。通过扇舞表演情境导入，以照相（波的图像）和录像（振动图像）对比，衔接振动图像知识，搭建学习支架帮助学生理解波的图像含义。 其亮点在于以情境导学激发科学探究兴趣，通过振动图像与波的图像对比、正误辨析培养科学思维，归纳“上下坡法”等判断方法。例题与训练结合助学生形成物理观念，提升应用能力，教师可直接用于教学，提高效率。

第二节　 机械波的描述 1.理解波的图像的含义.2.知道波长、频率和波速的概念.3.理解波长、频率和波速的关系.4.能应用波速公式进行相关计算和分析.(重点) [学习目标]　 知识点一　机械波的图像 「情境导学」 扇舞是一种常见的文艺表演形式,表演者排成一行,从左边第一位表演者开始,手持扇子周期性地下蹲、起立,旁边的表演者重复她的动作,后一位的动作总比前一位稍迟一点,这样就会形成图示优美的波浪造型. (1)如果对扇舞表演群体照相,得到的是“波的图像”还是“振动图像”? 提示:(1)是波的图像. (2)如果对其中某一位扇舞表演者录像,得到的是“波的图像”还是“振动图像”? 提示:(2)是振动图像. 「知识整合」 1.简谐波:波源做简谐运动时,介质的各个质点随之做简谐运动所形成的波. 2.机械波的图像的画法 (1)建立坐标系,描点. 用横坐标表示介质中各个质点的 ,用纵坐标表示这一时刻各个质点 . (2)连线. 连接各位移矢量的末端,就得出一条光滑曲线,这条曲线就是简谐波在 . 的图像. 平衡位置 偏离平衡位置的位移 这一 时刻 3.波峰与波谷 横波的图像中,在波的传播方向上达到 的质点所处的位置叫波峰,达到 的质点所处的位置叫波谷. 4.振动图像和机械波的图像 (1)振动图像表示介质中的某一质点在 的位移. (2)机械波的图像表示 各个质点的位移. 正向最大位移 反向最大位移 各个时刻 同一时刻 「讨论与交流」 如图所示,观察甲、乙两个图像可知: 提示:(1)甲　乙 (1)图　　　为波的图像;图　　　为振动图像.  (2)图甲中M、P、Q三个点坐标的意义分别是什么?其中P点的振幅是多少? 提示:(2)图甲中M、P、Q三个点的坐标分别表示x=1 m、x=2 m、x=4 m处三个质点此时的位移,分别为10 cm、0、0;质点P的振幅为10 cm. (3)图乙中M′、P′、Q′三个点坐标的意义分别是什么? 提示:(3)图乙中M′、P′、Q′三个点的坐标分别表示同一质点在 t=1 s、t=2 s、t=4 s时的位移,分别为10 cm、0、0. 正误辨析 (1)简谐波中的所有质点都做简谐运动,它们的周期均相同.(　 ) (2)质点的振动速度即波的传播速度.(　 　) (3)只有横波才能画出波的图像.(　 　) √ × × [例1](机械波的图像)如图所示是一列向右传播的简谐横波某一时刻的波动图像.对于图中A、B、C、D、E、F、G、H、I九个质点,下列说法正确的是( 　　) [A] A、C、E、F、H具有相同的位移 [B] A、C速度相同,H、F速度方向相反 [C] B、I振幅相同 [D] aC>aB C 【解析】 在波的图像中,纵坐标y表示各质点偏离平衡位置的位移,A错误;A、C速度方向相反,H、F速度方向相同,B错误;在简谐波中各质点都做简谐运动,振幅都等于波源的振幅,C正确;质点所受回复力的大小与位移的大小成正比,因而加速度的大小与位移的大小成正比,则aC<aB,D错误. (1)波的图像是某一时刻介质中各个质点运动情况的“定格”.以简谐横波为例,可以将波的图像比喻为某一时刻对所有质点拍摄下的“集体照”. (2)波的图像具有周期性. 在波的传播过程中,各质点都在各自的平衡位置附近振动,不同时刻质点的位移不同,则不同时刻波的图像不同.质点的振动位移做周期性变化,则波的图像也做周期性变化.经过一个周期,波的图像复原一次. ·归纳总结· (3)波的传播方向具有双向性 波沿x轴传播时,可以沿x轴正向传播,也可以沿x轴负向传播,具有双向性. (4)由波的图像可获取的信息. ①可以直接读出在该时刻各个质点的位移. ②可以直接读出各质点的振幅A. ③可以直接读出波的波长λ. ④可以根据波形图、波的传播方向判断该时刻某个质点的振动方向. ·归纳总结· 方法 方法解读 图像展示 “上下 坡”法 沿波的传播方向看,处于“上坡”的质点向下振动,处于“下坡”的质点向上振动,简称“上坡下振”“下坡上振” “同侧”法 波形图上表示某点的传播方向和振动方向的箭头都在图线的同侧 “微平 移”法 将波形沿传播方向进行微小的平移,再由对应同一x坐标的两波形曲线上的点的位移大小关系来判断振动方向 ·归纳总结· [例2] (波传播方向的判断)一列简谐横波某时刻的波的图像如图所示,由图可知(　　 ) [A] 若质点a向下运动,则波是从左向右传播的 [B] 若质点b向上运动,则波是从左向右传播的 [C] 若波从右向左传播,则质点c向下运动 [D] 若波从右向左传播,则质点d向左运动 B 【解析】 由“同侧法”可知,如果质点a向下运动,则波应从右向左传播,故A错误;如果质点b向上运动,则波由左向右传播,故B正确;如果波从右向左传播,可知题图中质点c、d向上运动,故C、D错误. [例3] (由波的传播方向判断质点的振动情况)(多选)如图所示为某一向右传播的横波在某时刻的波形图,下列叙述正确的有(　 　) [A] 经过半个周期,质点C将运动到E点处 [B] M点和P点的振动情况始终相同 [C] A点比F点先到达最低位置 [D] B点和D点的振动步调相反 CD 【解析】 各质点在各自的平衡位置附近振动,不随波迁移,所以经过半个周期,质点C会回到平衡位置,但不会运动到E点,A错误;M点此时向下振动,P点此时在向上振动,所以二者的振动情况不相同,B错误;波向右传播,F点和A点都向上振动,A点先到达最低位置,C正确;B点和D点的振动相差半个周期,所以振动步调相反,D正确. 知识点二　描述机械波的物理量 机械波传播时,对平衡位置的位移总是相同的两个相邻质点间的距离不变,可视为一个波长.如图所示的三个质点M、N、P中哪两个点的位移总相同? 「情境导学」 提示:M点和P点. 「知识整合」 1.波长λ (1)定义:在波动中,对平衡位置的位移总是 的两个 质点间的距离. (2)特征. ①在横波中,两个相邻 或两个相邻 之间的距离等于波长. ②在纵波中,两个相邻 或两个相邻 之间的距离等于波长. 相同 相邻 波峰 波谷 最密部 最疏部 2.周期T、频率f (1)周期(频率):在波动中,各个质点的 都等于 的振动周期(或频率),这个周期(或频率)就是波的周期(或频率). (2)周期T和频率f的关系:f= . (3)决定因素:由 决定. (4)波长与周期的关系:经过一个周期T,振动在介质中传播的距离等于 . . 振动周期(或频率) 波源 波源 一个 波长λ 3.波速 (1)定义:振动状态(以波峰或者波谷作为标志)在 中的传播速度. (2)决定因素:由 本身的性质决定,在不同的介质中,波速是 的. (3)波长、周期、频率和波速的关系:v= =λf. 介质 介质 不同 「分析与思考」 声波由空气传入水中,波的频率和波长怎样变化? 正误辨析 (1)波长是指两个相邻的振动步调总是相同的质点平衡位置间的距离.(　　) (2)波形在一个周期内向前传播的距离可以是半个波长.(　 　) (3)波的周期与波上的质点振动周期并不相同.(　 　) (4)波速反映了质点在介质中振动的快慢.(　 　) (5)当波从一种介质进入另一种介质时,频率不变,波速不变.(　 　) √ × × × × [例4] (描述机械波的物理量)如图所示为某一波形图,介质中A、B两质点平衡位置之间的距离为5 m,波源完成一次全振动的时间为2 s. (1)该波的波长为　　　　 m,波的周期为　　　　 s.  【解析】 (1)由题图可知,相邻波峰间的距离为4 m,波源的振动周期即为波的周期,所以这列波的波长为4 m,周期为2 s. 4 2 (2)波的波速为　　　　 m/s.  2 (3)若该时刻此波刚好传播到质点B,试画出经过2 s时的波形图. 【答案】 (3)图见解析 【解析】 (3)波形图如图所示. [训练1] (多选)如图所示,某均匀介质中各质点的平衡位置在x轴上,当t=0时,波源x=0处的质点S开始振动,t=0.5 s时,刚好形成如图所示波形,则(　 　) [A] 波源的起振方向向下 [B] 该波的波长为4 m [C] 该波的波速为6 m/s [D] t=1.5 s时,x=4 m处的质点速度最大 BD 波长的三种确定方法 (1)定义法:在波动中,对平衡位置的位移总是相同的两个相邻质点间的距离等于一个波长. (2)图像法:在波的图像上,无论从什么位置开始,一个完整的正(余)弦曲线对应的水平距离为一个波长. (3)公式法:根据公式λ=vT来确定. ·方法总结· [训练2] 湖面上停着A、B两条小船,它们相距27 m.一列水波(可视为简谐横波)正在湖面上沿AB连线的方向由A向B传播,每条小船每分钟上下浮动10次.当A船位于波峰时,B船在波谷,两船之间还有一个波峰.求水波的波速. 【答案】 3 m/s 感谢观看 f= 提示:波在不同介质中传播时,其频率总与波源振动频率相同,故频率保持不变,因v=f λ,得λ=,声波在水中传播的速度大于在空气中传播的速度,v变大,则λ变大. 【解析】 (2)由公式v=得波速为2 m/s. 【解析】 根据图像可得,波向右传播,质点2将向上振动,故波源起振方向向上,A错误;由题意可知,T=2t=1 s,λ=4 m,故波速v== m/s=4 m/s,B正确,C错误;t=1.5 s=1T,波向前传播的距离x=vt=6 m,x=4 m处的质点位于平衡位置,速度方向向下且最大,D正确. 【解析】 如图所示,据题意可知,A、B两船之间的距离为1.5个波长,即 1.5λ=27 m, 得λ=18 m; 船每分钟上下浮动10次,说明水波的频率 f= Hz= Hz, 则水波的波速 v=λf=18× m/s=3 m/s. $