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1、人教版普通高中物理人教版普通高中物理人教版普通高中物理人教版普通高中物理 选择性必修第一册选择性必修第一册选择性必修第一册选择性必修第一册3.23.2波的描述波的描述观察水波，可以看出观察水波，可以看出波在空间波在空间、时间上具有周期性时间上具有周期性，我们能否，我们能否用用图像的方法来描述图像的方法来描述一列波呢？一列波呢？如果能，如果能，坐标轴表示坐标轴表示的是什么的是什么物理量物理量？一、波的图像一、波的图像照相法：照相法：拍照得到照片，照片记录了拍照得到照片，照片记录了各质点在该时刻的具体位置。各质点在该时刻的具体位置。1.1.波的图像的获得方法波的图像的获得方法建立坐标系建立坐标系，
2、把该时刻，把该时刻各质点的具体位置反映在坐标系中，各质点的具体位置反映在坐标系中，得到这一得到这一时刻波的图像。时刻波的图像。画图法：画图法：如图如图将某一时刻将某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移矢量的末各个质点偏离平衡位置的位移矢量的末端端用平滑的曲线用平滑的曲线连接起来连接起来，得到这一时刻波的图像。得到这一时刻波的图像。用横坐标用横坐标x x表示在波的传播方向上各质点的表示在波的传播方向上各质点的平衡位置平衡位置；纵坐标纵坐标y y表示某时刻各质点偏离平衡位置的表示某时刻各质点偏离平衡位置的位移位移。选取质点振动的某一方向为选取质点振动的某一方向为y y轴的正方向，轴的正方向，x x轴一
3、般取向右为正。轴一般取向右为正。在坐标系中描出一系列点在坐标系中描出一系列点,使各点的横坐标为对应质点的平衡位使各点的横坐标为对应质点的平衡位置置,纵坐标为该质点位移。纵坐标为该质点位移。用一条平滑的曲线把描的点连接起来就是该时刻波的图像用一条平滑的曲线把描的点连接起来就是该时刻波的图像,也称也称波形图或波动图波形图或波动图。画图法步骤画图法步骤如果波的图像是正弦曲线，这样的波叫做如果波的图像是正弦曲线，这样的波叫做正弦波正弦波，也叫，也叫简谐波简谐波。2.2.简谐波的图像简谐波的图像介质中有介质中有正弦波正弦波传播时传播时,介质中的各质点均在做介质中的各质点均在做简谐运动简谐运动。3.3.波
4、的图像与振动图像的意义波的图像与振动图像的意义波形图表示介质中的波形图表示介质中的“各个质点各个质点”在在“某一时刻某一时刻”的位移。的位移。振动图像表示介质中振动图像表示介质中“某一质点某一质点”在在“各个时刻各个时刻”的位移。的位移。波动图像：波动图像：全体质点全体质点在在某时刻某时刻的的“集体照集体照”振动图振动图像像：单个质点单个质点在在某段时间内某段时间内的的“录像录像”波动图像：抓拍的集体舞的波动图像：抓拍的集体舞的照片照片振动图振动图像像：单人舞的：单人舞的“录像录像”注：注：波动图像是某一时刻介质中全体质点运动情况的波动图像是某一时刻介质中全体质点运动情况的“定格定格”，即某，
5、即某一时刻对所有质点拍下的一时刻对所有质点拍下的“集体照集体照”；而振动图像是某段时间对同一；而振动图像是某段时间对同一质点所录制的质点所录制的“录像录像”。振动图象振动图象振动图象振动图象波动图象波动图象波动图象波动图象图象图象图象图象物理意义物理意义物理意义物理意义横坐标横坐标横坐标横坐标纵坐标纵坐标纵坐标纵坐标图象变化图象变化图象变化图象变化运动特点运动特点运动特点运动特点表示某质点在各个时刻对平衡位置的位移表示某质点在各个时刻对平衡位置的位移表示某时刻各个质点对平衡位置的位移表示某时刻各个质点对平衡位置的位移表示时间表示时间表示各个质点的平衡位置表示各个质点的平衡位置振动质点对平衡位置
6、的位移振动质点对平衡位置的位移随时间延伸，原有部分不变随时间延伸，原有部分不变质点作简谐运动质点作简谐运动整个波形沿波的传播方向随时间平移整个波形沿波的传播方向随时间平移同一介质中，波形作匀速直线运动同一介质中，波形作匀速直线运动，各各质点作简谐运动质点作简谐运动各个质点对平衡位置的位移各个质点对平衡位置的位移4.4.波动图象与振动图像的比较波动图象与振动图像的比较1.1.关于振动图象和波的图象，下列说法中正确的是关于振动图象和波的图象，下列说法中正确的是()A)A振动图象研究振动图象研究的是一个质点在振动过程中位移随时间的变化，而波的图象研究的是某一时刻的是一个质点在振动过程中位移随时间的变
7、化，而波的图象研究的是某一时刻在波的传播方向上各个质点在空间的分布在波的传播方向上各个质点在空间的分布B B振动图象的形状不随时间变化，振动图象的形状不随时间变化，而波的图象的形状随时间而变化而波的图象的形状随时间而变化C C简谐运动图象和简谐波的图象其形状都是简谐运动图象和简谐波的图象其形状都是正弦正弦(或余弦或余弦)曲线曲线D D振动图象的图线实质是振动质点所经过的路径形状，波振动图象的图线实质是振动质点所经过的路径形状，波的图象其图线实质是某一时刻各个质点的连线形状的图象其图线实质是某一时刻各个质点的连线形状针对训练针对训练ABCABC补充：补充：波动图上判断振动方向看波动图上判断振动方
8、向看前一质点（带动法）前一质点（带动法）,振动图上判断振动图上判断振动方向看振动方向看下一时刻。下一时刻。ADA A二、波长、频率和波速二、波长、频率和波速1 1.波长波长(1)(1)在波的传播方向上在波的传播方向上,振动相位总是振动相位总是 的两个的两个相邻相邻质点间的质点间的距离，叫作波长，通常用距离，叫作波长，通常用表示。表示。阅读教科书阅读教科书“波长、频率和波速波长、频率和波速”标题下的内容标题下的内容,思考后完成下列填空思考后完成下列填空:振动相位总相同：任意时刻振动相位总相同：任意时刻x x、v v、a a总相同总相同，即，即有关振动的一切物理量有关振动的一切物理量总相同总相同。
9、相同相同(3)(3)在纵波中在纵波中,两个两个 密部或两个密部或两个 疏部之间的距离等于波长。疏部之间的距离等于波长。(2)(2)在横波中在横波中,两个两个 波峰或两个波峰或两个 波谷之间的距离等于波长。波谷之间的距离等于波长。相邻相邻相邻相邻相邻相邻相邻相邻(4 4)相距相距整数倍的质点振动步调总是相同的；整数倍的质点振动步调总是相同的；(5 5)相距相距/2/2奇数倍的质点振动步调总是相反的。奇数倍的质点振动步调总是相反的。(1)(1)在波动中在波动中,各个质点在波源和邻近质点的带动下做受迫振动各个质点在波源和邻近质点的带动下做受迫振动,各各个质点的振动周期或频率是个质点的振动周期或频率是
10、 的，都等于的，都等于 的振动周的振动周期或频率期或频率,这个周期或频率也叫波的周期或频率。这个周期或频率也叫波的周期或频率。2 2.波的周期和频率波的周期和频率(2)(2)决定因素决定因素:波的周期或频率由波的周期或频率由 决定。决定。(3)(3)时时空空对对应应:波波源源经经过过一一个个周周期期T T完完成成一一次次全全振振动动，波波恰恰好好向向前前传传播一个波长的距离。播一个波长的距离。相同相同波源波源波源波源(1)(1)定义定义:波速是指波在介质中传播的速度。波速是指波在介质中传播的速度。波在均匀介质中匀速传播。波在均匀介质中匀速传播。3.3.波速波速(2)(2)决定因素决定因素:机械
11、波的波速是机械波的波速是 由本身的性质决定的由本身的性质决定的,不不同频率的机械波在相同的介质中传播速度同频率的机械波在相同的介质中传播速度 ,在不同介质中波在不同介质中波速一般不同速一般不同,另外另外,波速还与波速还与 有关。有关。某种机械波从一种介质进入另一介质某种机械波从一种介质进入另一介质,不变不变,波速改变。波速改变。介质介质相同相同温度温度频率频率 图中实线为图中实线为t t0 0时刻的波形图，虚线为时刻的波形图，虚线为t t0.1 s0.1 s时刻的波形图。据此能时刻的波形图。据此能否判定波的传播方向？否判定波的传播方向？思考与讨论：思考与讨论：【例【例1 1】图中的实线是一列正
12、弦波在某一时刻的波形图。经过】图中的实线是一列正弦波在某一时刻的波形图。经过0.5 s 0.5 s 后，其波形如后，其波形如图中虚线所示。设该波的周期图中虚线所示。设该波的周期 T T 大于大于 0.5 s 0.5 s。（1 1）如果波是向左传播的，波的速度是多大？波的周期是多大？）如果波是向左传播的，波的速度是多大？波的周期是多大？（2 2）如果波是向右传播的，波的速度是多大？波的周期是多大？）如果波是向右传播的，波的速度是多大？波的周期是多大？分析以下两道题目分析以下两道题目,归纳形成波的多解的原因。归纳形成波的多解的原因。课堂精练课堂精练1.1.图中的实线是一列简谐波在某一时刻的波形曲线
13、图中的实线是一列简谐波在某一时刻的波形曲线,经经2s2s后后,其波形其波形如图中虚线所示。如图中虚线所示。分析该波的波长、周期和波速。分析该波的波长、周期和波速。2.2.一列简谐波在一列简谐波在 A A、B B 两质点间传播用时两质点间传播用时 t=5 s,A t=5 s,A、B B 两质点平两质点平衡位置间的距离为衡位置间的距离为10 m,10 m,某时刻某时刻 A A 质点位于平衡位置且要向下振动质点位于平衡位置且要向下振动,B,B 质点位于波峰位置质点位于波峰位置,试求这列波的波长波速和周期。试求这列波的波长波速和周期。造成波动问题多解的主要因素造成波动问题多解的主要因素(1)(1)周期
14、性周期性时间周期性：时间间隔时间周期性：时间间隔t t与周期与周期T T的关系不明确的关系不明确。空间周期性：波传播距离空间周期性：波传播距离x x与波长与波长的关系不明确的关系不明确。(2)(2)双向性双向性传播方向双向性：波的传播方向不确定传播方向双向性：波的传播方向不确定。振动方向双向性：质点振动方向不确定。振动方向双向性：质点振动方向不确定。3.3.一列沿一列沿x x轴负方向传播的简谐横波，轴负方向传播的简谐横波，t t=2s=2s时的波形如图（时的波形如图（a a）所示，）所示，x x=2m=2m处质点处质点的振动图像如图（的振动图像如图（b b）所示，则波速可能是（）所示，则波速可能是（）A A4.(4.(多选多选)图（图（a a）为一列波在）为一列波在t t=2s=2s时的波形图，图（时的波形图，图（b b）是平衡位置在）是平衡位置在x x=1.5m=1.5m处处的质点的振动图像，的质点的振动图像，P P是平衡位置为是平衡位置为x x=2m=2m的质点，下列说法正确的是（）的质点，下列说法正确的是（）ACEACE5.5.图图1 1为一列简谐横波在为一列简谐横波在t=0t=0时刻的波形图，时刻的波形图，P P、Q Q为介质中的两个质点，图为介质中的两个质点，图2 2为质点为质点P P的振动图象，则的振动图象，则()()CDCD谢谢观赏谢谢观赏