波的描述-2026-2027学年高二上学期物理人教版选择性必修一

第三章机械波3.2波的描述如果把波「拍下来」，能读出什么？视频观察任务：水面波纹向外传播时，水面各点的状态怎样随位置变化？核心问题：怎样用一个图像描述某一时刻整列波，并进一步判断它下一时刻的变化？1.能说明波的图像中横坐标、纵坐标的物理意义，并从图像读出振幅、位移、波长等信息。2.能通过相邻同相质点的观察，建立波长、周期、频率和波速的关系。3.能根据波的传播方向判断质点振动方向，或根据质点振动方向判断波的传播方向。4.能区分波的图像与振动图像，并用图像解决简单问题。一、为什么需要波的图像？观察：水波既随时间变化，也沿空间重复出现。思考：只描述一个质点的振动，能不能说明同一时刻整列波的形状？不能。波涉及介质中大量质点，同一时刻不同位置的质点位移不同，需要用图像同时描述位置和位移。1.从「拍照定格」到波形图任务：把按下快门瞬间各质点的位置连接起来。问题：这条曲线表示的是一个质点一段时间内的运动，还是多个质点在同一时刻的位置分布？表示多个质点在同一时刻相对平衡位置的位移分布。2.坐标轴怎样表示？横坐标x：表示波传播方向上各质点的平衡位置。纵坐标y：表示某一时刻各质点离开平衡位置的位移。思考：图像上的一个点表示什么？表示某一质点在该时刻的位置状态：它的平衡位置坐标为x，位移为y。3.波的图像表示什么？问题：把所有质点在某一时刻的位移连成曲线，这条曲线的物理意义是什么？波的图像表示某一时刻，介质中各个质点相对平衡位置的位移随平衡位置坐标的分布。归纳：波的图像也叫波形图。若波形图是正弦曲线，这样的波叫正弦波，也叫简谐波。4.从波形图能读出哪些信息？y/cmx/m观察任务：只看某一时刻的波形图，先尝试读出直接信息，再判断哪些信息需要结合传播方向。直接读出：各质点位移、振幅、相邻波峰或波谷距离。结合传播方向判断：质点此刻的振动方向、下一时刻波形变化。波形图是「某一时刻的空间图像」，不能单独给出每个质点随时间变化的完整过程。5.波的图像与振动图像有什么不同？波的图像：横坐标表示位置x，描述同一时刻不同质点的位移。振动图像：横坐标表示时间t，描述同一质点不同时刻的位移。思考：两种图像纵坐标都可以是位移，为什么不能混用？研究对象不同。波形图看「一列质点在同一时刻」，振动图像看「一个质点随时间」。二、怎样确定波长？观察材料：观察横波形成过程中同相质点的位置关系。问题1：从t=0到t=T，P0的振动状态传到P8，P0和P8

有什么共同点？问题2：图中还能找到哪一对具有相同关系的质点？P0与P8振动步调完全一致；图中P1与P9也具有相同关系。归纳：相邻同相质点之间的距离，为定义波长提供了依据。1.波长λ（1）定义：在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离，叫作波长。（2）横波中：相邻两个波峰或相邻两个波谷之间的距离等于波长。（3）纵波中：相邻两个密部或相邻两个疏部之间的距离等于波长。思考：为什么定义中要强调「相邻」？相隔2λ、3λ的质点也同相，但它们之间的距离不是一个波长。2.周期T和频率f思考1：波源完成一次全振动的时间里，介质中各质点的振动周期怎样？各质点在波源带动下振动，周期与波源周期相同。思考2：波的频率由什么决定？波的频率由波源决定，在传播过程中保持不变。3.波速v问题：波速是某一个质点上下振动的速度吗？不是。波速描述振动状态在介质中传播的快慢；质点速度描述某个质点在平衡位置附近振动的快慢。定义：单位时间内振动状态在介质中传播的距离，叫作波速。说明：同一列机械波在同一均匀介质中通常匀速传播；波速与介质性质有关。4.波长、周期、频率和波速的关系证据：经过一个周期T，振动状态沿传播方向前进一个波长λ。问题：用「距离/时间」表示波速，可以得到什么关系？v=λ/T；又因为f=1/T，所以v=λf。物理意义：波速表示振动状态传播的快慢；波长是空间周期；周期和频率是时间周期。三、用图像判断传播方向和振动方向YXO把波形图看成某一时刻的空间图像，通过“波形平移”判断质点此刻的振动方向。先判断波形下一时刻向哪一侧移动，再比较同一平衡位置处位移的变化。1.上下坡法与同侧法YXO（1）上下坡法：沿传播方向看，上坡处向下振动，下坡处向上振动。（2）同侧法：传播方向箭头与振动方向箭头位于波形曲线同侧。口诀：上坡下、下坡上；箭头同侧。两种方法本质相同，都是把「波形向传播方向平移」与质点瞬时运动联系起来。2.微平移法：先平移波形，再比较同一位置操作步骤1取原波形：绿色实线表示某时刻的波形。2沿传播方向把整条波形微小平移，得到红色虚线。3在同一x位置比较两条波形的纵坐标变化。微移绿色实线：原波形红色虚线：微小平移后的波形思考：同一x位置处，红色虚线在绿色实线上方还是下方？质点此刻向哪运动？红虚线在上方，纵坐标将变大，质点向上运动；红虚线在下方，纵坐标将变小，质点向下运动。注意：微平移的是“波形图像”，不是介质质点随波向前迁移。例题：读图并判断质点运动一列简谐横波某时刻波形如图所示。若波沿x轴正方向传播，比较a、b、c三点的加速度大小，并判断b点此刻的振动方向。答案：加速度大小与位移大小有关，b点位移最大，加速度最大；a点在平衡位置，加速度最小。若波向+x方向传播，b点此刻向上运动。1.（单选）关于波的图像，下列说法正确的是（）A.波的图像表示某一质点的位移随时间变化B.波的图像表示某一时刻各质点位移随平衡位置坐标变化C.波的图像中横坐标一定表示时间D.只凭波的图像一定能确定波的传播方向B2.（单选）一列简谐横波的相邻两个波峰间距离为0.80m，波源频率为5.0Hz，则该波在介质中的传播速度为（

）A.0.16m/sB.1.6m/sC.4.0m/sD.8.0m/sC3.（单选）图甲、乙分别为某波动过程中的两类图像。关于两类图像，下列说法正确的是（）A.波的图像和振动图像横坐标含义相同B.波的图像研究同一时刻不同质点的位移C.振