3.1波的形成與描述（第2課時）

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章機械波第2課時質(zhì)點的振動與波的傳播波在介質(zhì)中傳播時，各質(zhì)點都在平衡位置附近振動，而整個波形不斷地向前傳播。如何描述波的運動情況呢？一、波的圖像

以質(zhì)點的平衡位置為橫坐標(biāo)，以質(zhì)點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)中的各個質(zhì)點在某一時刻的位移情況。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）波源做簡諧運動時，在各個時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簡諧波合成一、波的圖像請分析當(dāng)前時刻各質(zhì)點的振動方向。如果波向左傳播，當(dāng)前時刻質(zhì)點的振動方向又是怎樣？yxO點一點播動畫振動方向與波傳播方向的常用判斷方法（1）質(zhì)點帶動法先振動的質(zhì)點帶動鄰近的后振動質(zhì)點，在質(zhì)點P靠近波源一方附近的圖像上另找一點P′，若P′在P點上方，則P向上振動，若P′在下方，則P向下振動．振動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)點向下振動；“背風(fēng)坡”處的質(zhì)點向上振動。yxO波的傳播方向迎風(fēng)坡背風(fēng)坡迎風(fēng)坡振動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，沿水平方向畫一個箭頭表示波的傳播方向，沿豎直方向畫另一個箭頭表示質(zhì)點振動方向，那么這兩個箭頭總是在曲線的同側(cè)。振動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行微小平移來表示下一時刻的波形，由于質(zhì)點不隨波平移，則同一質(zhì)點在下一時刻的位置在上方，則該時刻質(zhì)點是向上振動，下一時刻位置在下側(cè)則該時刻向下振動。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)點的振動情況A：振動向下B：振動向上C：振動向上D：振動向下E：振動向下v如果這列波是向左傳播的，則這四個質(zhì)點的振動方向又如何？習(xí)題演練討論2、如圖所示為簡諧波在某一時刻的波形圖，已知此時質(zhì)點A正向上運動，由此可斷定（）A.向右傳播，且此時質(zhì)點B正向上運動B.向右傳播，且此時質(zhì)點C正向下運動C.向左傳播，且此時質(zhì)點D正向上運動D.向左傳播，且此時質(zhì)點E正向下運動C習(xí)題演練振動圖像與波的圖像哪個是振動圖像？哪個是波的圖像？振動圖像與波的圖像的比較振動圖像與波的圖像的比較比較項目名稱簡諧運動的圖像簡諧波的圖像不同點圖像變化圖像隨時間延伸,原有部分圖形不變整個波形沿波的傳播方向平移,不同時刻波形可能不同一個完整圖像所占橫坐標(biāo)的距離表示一個周期T表示一個波長λ物理意義一個質(zhì)點相對于平衡位置的位移x隨時間t的變化關(guān)系x軸上所有質(zhì)點在某一時刻相對于平衡位置振動的位移運動情況質(zhì)點做簡諧運動,屬非勻變速運動波在同一均勻介質(zhì)中是勻速傳播的,介質(zhì)的質(zhì)點做簡諧運動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)點的振動周期都等于波源的振動周期，這個周期就是波的周期，用T表示。介質(zhì)中質(zhì)點振動的頻率就是波的頻率，用f表示。二、波的特征02波長兩個相鄰的、相對平衡位置的位移和振動方向總是相同的質(zhì)點間的距離，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，將振動傳播的距離與傳播時間之比稱為波速。經(jīng)過一個周期，振動在介質(zhì)中傳播的距離等于一個波長?；蛲ǔ＃瑱C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20次。當(dāng)甲船位于波峰時，乙船位于波谷，這時兩船之間還有另一個波峰，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個波長解得這列水波的周期:由得水波的波速機械波的波長與波源的頻率及波速有關(guān)。一般情況下，機械波在介質(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，在空氣中傳播時波長為1.32m。若換成頻率為2048Hz的音叉，波長變?yōu)槎嗌伲拷饴暡ㄔ诳諝庵械牟ㄋ傧嗤傻媒獾茫簣D3-15(a)是一列簡諧橫波在t=2s時的圖像，圖3-15(b)是這列波中質(zhì)點P的振動圖像，求該波的傳播速度和傳播方向。分析由振動圖像可知，在t=2s時質(zhì)點P向上振動。結(jié)合波的圖像可知，經(jīng)短暫時間，質(zhì)點P運動到P′位置，如圖3-16所示。因簡諧橫波在傳播時波形沿傳播方向平移，此時的波形過點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)點振動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P振動所經(jīng)歷的時間？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時波的圖像，紅線為t2=0.01s時波的圖像。已知周期T＞0.01s，請判斷0.01s時質(zhì)點P振動的方向，并求出波速。由波形圖知t2時刻P向下振動由t1至t2時間內(nèi)波向右傳播1m引力波在愛因斯坦的廣義相對論中，引力被認(rèn)為是時空彎曲的一種效應(yīng)。這種彎曲時空是由質(zhì)量的存在而導(dǎo)致的。通常而言，在一個給定的體積內(nèi)，