3.2波的描述 课件-2022-2023学年高二上学期物理（人教版2019选择性必修第一册）

第节2波的描述高中物理选择性必修第一册第三章1.能用描点法作横波的图像，理解波的图像的物理意义。2.理解波长、频率和波速的意义及其联系。3.能判断波的传播方向和质点的振动方向。4.能区分振动图像和波的图像。学习目标引入观察水波，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、波的图像yxO思考：通过观察，绳波在某时刻的图像是什么形式？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。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。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。3.波的图象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。4.由波的图像上提取的信息（1）直接读出各质点的振幅A（2）判断各质点的位移、回复力（加速度）、振动速度各量的方向及一小段时间内各量的大小变化情况．（3）质点振动方向与波的传播方向的互判5.判断质点振动方向或波传播方向的方法方法1：带动法：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点上方，则P向上振动，若P′在下方，则P向下振动．方法2：上下坡法：沿波的传播方向看去，“上坡”处的质点向下振动；“下坡”处的质点向上振动，简称“上坡下、下坡上”。如图方法3：同侧法: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。如图丙

例

如图所示是一列向右传播的简谐横波在某一时刻的波动图像．绳上有A、B、C、D、E、F、G、H、I九个质点，下列说法错误的是(

)A．A、C、E、F、H具有相同的位移B．A、C位移相同，H、F位移方向相反C．B、I振幅相同D．A、B振幅相同解析：在波动图像中纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移，故A说法错误，B说法正确；在简谐波中各质点都做简谐运动，振幅都等于波源的振幅，故C、D说法正确．A二、波长、频率和波速探究：在一不可伸长的细绳上等距离地固定几个质量很小的小球,某时刻小球及绳位置如图所示,然后加入一直角坐标系。讨论:(1)1、5小球的距离和2、6小球的距离有何关系?(2)1与5小球振动情况、2与6小球振动情况有何关系?提示:(1)相等(2)1与5小球振动情况相同、2与6小球振动情况相同。1、波长：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。横波的波长纵波的波长2.波速：（1）定义：机械波在介质中的传播速度。

观察右图，你会发现什么规律？

（2）波速的理解:波速由介质决定，波在同一均匀介质中匀速传播，波速不变；区分质点的振动速度和波的传播速度

（3）表达式:3.周期：在波动中，各个质点都是在波源的带动下做受迫振动，振动周期或频率都等于波源的振动周期或频率，这个周期或频率也叫作波的周期或频率。质点的振动周期由波源决定。4.波速和波长、频率的决定因素及关系物理量决定因素关系周期和频率取决于波源,而与v、λ无直接关系

波速取决于介质的物理性质。它与T、λ无直接关系波长波长λ则只取决于v和T,只要v、T其中一个发生变化,λ值必然发生变化解：可以画出PQ之间的最简单的波形，如所示。由于PQ间可能含有多个完整的波形，则

（n=0，1，2，…）整理可以得到λ=

（n=0，1，2，…）当n=0时，λ=0.30m当n=1时，λ=0.10m，故选项B正确。题

如图

所示，一列简谐横波向右传播，P、Q两质点平衡位置相距0.15m。当P运动到上方最大位移处时，Q刚好运动到下方最大位移处，则这列波的波长可能是 （）A.0.60mB.0.30mC.0.20m D.0.15mBytOyxO振动图象波的图象拓展：振动图象与波动图象的比较思考1.两种图象横轴坐标的意义不同2.两种图象描述的对象不同3.两个图象最本质的区别4.两个图象中如何找质点的振动方向？振动图象波动图象项目图象研究对象一个振动质点所有振动质点物理意义反映一个质点在各个时刻的位移反映某一时刻各个质点的位移形象比喻一个人的独舞（录像）多个人的照片（定格）由图直接读出振幅A，波长λ振幅A，周期T1.波的传播方向的双向性(1)波的传播方向不确定。(2)质点振动方向不确定。三、波的多解2.由于波的周期性造成多解

(1)时间的周期性:时间间隔Δt与周期T的关系不明确。(2)空间的周期性:波的传播距离Δx与波长λ的关系不明确例

图中的实线是一列正弦波在某一时刻的波形图。经过0.5s后，其波形如图中虚线所示。设该波的周期T大于0.5s。（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？分析这列波的周期大于0.5s，所以经过0.5s的时间，这列波传播的距离不可能大于一个波长λ。当波向左传播时，图中的波峰1只能到达波峰2，而不可能向左到达更远的波峰。当波向右传播时，图中的波峰1只能到达波峰3，而不可能向右到达更远的波峰。例

图中的实线是一列正弦波在某一时刻的波形图。经过0.5s后，其波形如图中虚线所示。设该波的周期T大于0.5s。（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＝0.12m/s波的周期为波的周期为

（2）如果波是向左传播，则，

由得v＝0.36m/s本课小结1、

波形图与振动图的区别：波形图表示介质中的“各个质点”在“某一时刻”的位移，振动图像则表示介质中“某一质点”在“各个时刻”的位移。2、波的传播方向与质点振动方向的关系：带动法、上下坡发、同侧法、微平移法。3、波长、频率、周期、波速之间的关系：当堂检测1.［多选］关于机械波的频率、波速、波长，下列说法正确的是（）A.两个相邻的均处于平衡位置的质点间的距离为一个波长B.波的频率等于波源的振动频率C.波速等于波源的振动速度D.波由一种介质进入另一种介质，波速和波长都要改变BD解析：A错：由波长的定义可知，两个相邻的均处于平衡位置的质点间的距离为半个波长。B对：由波的频率定义可判断。C错：波速是波的传播速度，与波源的振动速度不同。D对：波在同一种均匀介质中匀速传播，进入不同介质时，频率不变，但波速改变，由v=λf可知波长改变。2.［多选］如图

所示，波源在O点沿y轴振动所形成的一列简谐横波向x轴正方向传播，波速为10m/s。此时x=18m处的质点刚好起振，且质点P和Q的位移分别为1cm和-1cm。则 （）

A.波源的起振方向为y轴正方向B.P和Q两质点的速度相同C.P质点再经过0.5s回到平衡位置D.再经过10s，x=115m处的质点恰好在波谷处AC解：方法一（平移法）由题意知，波速v==4m/s，波长λ=8m，则周期T===2s，17s内的周期数n==，根据波的时间与空间的周期性，将波向x轴正方向平移即可，如图甲中虚线所示。

甲乙方法二（特殊点法）如图乙所示，在图中原波形上取两个特殊质点a、b，因为Δt=，取，找出a、b两质点再振动后的位置a′、b′，过a′、b′画一条正弦曲线即可。3.如图所示是一列简谐横波在某时刻的波形图，若每隔0.2s，波沿x轴正方向推进0.8m，试画出此后17s时的波形图。4.如图所示，实线是某时刻的波形图，虚线是0.2s后的波形图。（1）若波向左传播，求它的可能周期和最大周期。（2）若波向右传播，求它的可能传播速度。（3）若波速是45m/s，求波的传播方向。【解】（1）若波向左传播，传播的时间为Δt=

T+nT（n=0，1，2，…），所以T=

=

s=

s（n=0，1，2，3，…），最大周期为Tm=

s≈0.27s。（2）若波向右传播，传播的时间为Δt=