3.1波的形成與描述（第2課時(shí)）

魯科2019第1節(jié)

波的形成和描述高中物理選擇性必修一第3章機(jī)械波第2課時(shí)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)與波的傳播波在介質(zhì)中傳播時(shí)，各質(zhì)點(diǎn)都在平衡位置附近振動(dòng)，而整個(gè)波形不斷地向前傳播。如何描述波的運(yùn)動(dòng)情況呢？一、波的圖像

以質(zhì)點(diǎn)的平衡位置為橫坐標(biāo)，以質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的位移為縱坐標(biāo)。yxO一、波的圖像①波的圖像能反映了介質(zhì)中的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻的位移情況。表示波的傳播方向②橫波的圖像與波的形狀一致。一、波的圖像③簡諧波（1）波源做簡諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，在各個(gè)時(shí)刻波的圖像是一條正弦（或余弦）曲線，這種波稱為簡諧波（2）簡諧波是一種最基本、最簡單的波。（3）復(fù)雜的波可視為由若干個(gè)簡諧波合成一、波的圖像請(qǐng)分析當(dāng)前時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向。如果波向左傳播，當(dāng)前時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向又是怎樣？yxO點(diǎn)一點(diǎn)播動(dòng)畫振動(dòng)方向與波傳播方向的常用判斷方法（1）質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)法先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)鄰近的后振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)，在質(zhì)點(diǎn)P靠近波源一方附近的圖像上另找一點(diǎn)P′，若P′在P點(diǎn)上方，則P向上振動(dòng)，若P′在下方，則P向下振動(dòng)．振動(dòng)方向與波傳播方向的常用判斷方法（2）迎背風(fēng)坡法

將波的傳播方向視為風(fēng)的方向去，“迎風(fēng)坡”處的質(zhì)點(diǎn)向下振動(dòng)；“背風(fēng)坡”處的質(zhì)點(diǎn)向上振動(dòng)。yxO波的傳播方向迎風(fēng)坡背風(fēng)坡迎風(fēng)坡振動(dòng)方向與波傳播方向的常用判斷方法（3）同側(cè)法在波的圖像上的某一點(diǎn)，沿水平方向畫一個(gè)箭頭表示波的傳播方向，沿豎直方向畫另一個(gè)箭頭表示質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向，那么這兩個(gè)箭頭總是在曲線的同側(cè)。振動(dòng)方向與波傳播方向的常用判斷方法（3）圖象平移法將波形圖沿傳播方向進(jìn)行微小平移來表示下一時(shí)刻的波形，由于質(zhì)點(diǎn)不隨波平移，則同一質(zhì)點(diǎn)在下一時(shí)刻的位置在上方，則該時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)是向上振動(dòng)，下一時(shí)刻位置在下側(cè)則該時(shí)刻向下振動(dòng)。1、如圖所示為一列向右傳播的簡諧波的波形圖，

求：圖中A、B、C、D、E各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況A：振動(dòng)向下B：振動(dòng)向上C：振動(dòng)向上D：振動(dòng)向下E：振動(dòng)向下v如果這列波是向左傳播的，則這四個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向又如何？習(xí)題演練討論2、如圖所示為簡諧波在某一時(shí)刻的波形圖，已知此時(shí)質(zhì)點(diǎn)A正向上運(yùn)動(dòng)，由此可斷定（）A.向右傳播，且此時(shí)質(zhì)點(diǎn)B正向上運(yùn)動(dòng)B.向右傳播，且此時(shí)質(zhì)點(diǎn)C正向下運(yùn)動(dòng)C.向左傳播，且此時(shí)質(zhì)點(diǎn)D正向上運(yùn)動(dòng)D.向左傳播，且此時(shí)質(zhì)點(diǎn)E正向下運(yùn)動(dòng)C習(xí)題演練振動(dòng)圖像與波的圖像哪個(gè)是振動(dòng)圖像？哪個(gè)是波的圖像？振動(dòng)圖像與波的圖像的比較振動(dòng)圖像與波的圖像的比較比較項(xiàng)目名稱簡諧運(yùn)動(dòng)的圖像簡諧波的圖像不同點(diǎn)圖像變化圖像隨時(shí)間延伸,原有部分圖形不變整個(gè)波形沿波的傳播方向平移,不同時(shí)刻波形可能不同一個(gè)完整圖像所占橫坐標(biāo)的距離表示一個(gè)周期T表示一個(gè)波長λ物理意義一個(gè)質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于平衡位置的位移x隨時(shí)間t的變化關(guān)系x軸上所有質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻相對(duì)于平衡位置振動(dòng)的位移運(yùn)動(dòng)情況質(zhì)點(diǎn)做簡諧運(yùn)動(dòng),屬非勻變速運(yùn)動(dòng)波在同一均勻介質(zhì)中是勻速傳播的,介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)做簡諧運(yùn)動(dòng)比喻單人舞的錄像抓拍的集體舞照片二、波的特征01波的周期與頻率波傳播過程，各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期都等于波源的振動(dòng)周期，這個(gè)周期就是波的周期，用T表示。介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的頻率就是波的頻率，用f表示。二、波的特征02波長兩個(gè)相鄰的、相對(duì)平衡位置的位移和振動(dòng)方向總是相同的質(zhì)點(diǎn)間的距離，稱為波長。用

λ

表示。波峰到相鄰波峰波谷到相鄰波谷密部中央到相鄰密部中央疏部中央到相鄰疏部中央二、波的特征03波速物理學(xué)中，將振動(dòng)傳播的距離與傳播時(shí)間之比稱為波速。經(jīng)過一個(gè)周期，振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的距離等于一個(gè)波長?；蛲ǔ?，機(jī)械波在介質(zhì)中的波速是由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定的。在不同的介質(zhì)中，波速是不同的。不同介質(zhì)傳0°C時(shí)聲波在幾種介質(zhì)中的波速停在水面上的兩艘船相距24m。一列水波在湖面上傳播開來，使船每分鐘上下振動(dòng)20次。當(dāng)甲船位于波峰時(shí)，乙船位于波谷，這時(shí)兩船之間還有另一個(gè)波峰，如圖3-14所示。若將水波視為橫波，求這列水波的波長和波速。解由題意可知，甲、乙兩船之間的距離等于1.5個(gè)波長解得這列水波的周期:由得水波的波速機(jī)械波的波長與波源的頻率及波速有關(guān)。一般情況下，機(jī)械波在介質(zhì)中的波速僅由介質(zhì)決定。敲擊頻率為256Hz的音叉產(chǎn)生的聲波，在空氣中傳播時(shí)波長為1.32m。若換成頻率為2048Hz的音叉，波長變?yōu)槎嗌?？解聲波在空氣中的波速相同由得解得：圖3-15(a)是一列簡諧橫波在t=2s時(shí)的圖像，圖3-15(b)是這列波中質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)圖像，求該波的傳播速度和傳播方向。分析由振動(dòng)圖像可知，在t=2s時(shí)質(zhì)點(diǎn)P向上振動(dòng)。結(jié)合波的圖像可知，經(jīng)短暫時(shí)間，質(zhì)點(diǎn)P運(yùn)動(dòng)到P′位置，如圖3-16所示。因簡諧橫波在傳播時(shí)波形沿傳播方向平移，此時(shí)的波形過點(diǎn)P′（圖中藍(lán)線）。比較波形變化，可判斷該波沿

x軸負(fù)方向傳播。由振動(dòng)圖象知T=2s波長λ=100cm=1m則討論

由波的形成過程理解質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)與波形傳播之間的關(guān)系是解決問題的關(guān)鍵。圖3-16中，若還知道該波沿

x軸負(fù)方向傳播的距離，你能否確定該過程中質(zhì)點(diǎn)P振動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間？如圖3-17所示，一列簡諧橫波沿x

軸正方向傳播，藍(lán)線為t1=0時(shí)波的圖像，紅線為t2=0.01s時(shí)波的圖像。已知周期T＞0.01s，請(qǐng)判斷0.01s時(shí)質(zhì)點(diǎn)P振動(dòng)的方向，并求出波速。由波形圖知t2時(shí)刻P向下振動(dòng)由t1至t2時(shí)間內(nèi)波向右傳播1m引力波在愛因斯坦的廣義相對(duì)論中，引力被認(rèn)為是時(shí)空彎曲的一種效應(yīng)。這種彎曲時(shí)空是由質(zhì)量的存在而導(dǎo)致的。通常而言，在一個(gè)給定的體積內(nèi)，