高中物理2 波的描述优秀教案

第3章　机械波

第2节　波的描述

【教材分析】

本节课程是在了解了机械波形的基础上，继续对前面所学机械振动的拓展与深化，同时也是对机械振动的有关知识起到复习巩固的作用。所以本节课程具有一定的综合性，而且通过学习机械波的传播规律，有助于学生理解以后电磁波的相关特征。

【教学目标与核心素养】

【物理观念】知道振动图像与波形图各自的物理意义，并清楚他们之间的联系。

【科学思维】学会应用波长、周期（频率）和波速的关系来解决相关问题，从而激发学生学习物理，探究物理知识的热情，培养仔细观察，抓住事物本质的思维品质。

【科学探究】引导学生能够针对不同的图像，进行思考、探究，得到不同图像所蕴含的物理意义，从而达到提升解题能力的目的。

【科学态度与责任】养成认真观察、仔细分析的问题的学习习惯，能够在日常生活中发现机械波的存在，并能够用所学知识解释其相关的物理规律。

【教学重点与难点】

【教学重点】理解波的图像的意义，理解波长、周期（频率）和波速的物理意义及它们之间的关系，并会应用这一关系进行计算和分析实际问题。

【教学难点】能够区分振动图像与波形图各自的物理意义，并清楚他们之间的联系。

【教学过程】

一、【引入新课】

想一想：

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？

过去我们研究的是单个质点的运动情况，用x-t图像可以很方便地描述质点在任意时刻的位移。而波却是很多质点的运动，在同一时刻各个质点的位移都不尽相同，不方便用x-t图像来描述。能否用其他的图像来描述波呢？我们以横波为例研究波的图像

二、【进行新课】

探究点一、波的图像

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。

横波的图像

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（simple harmonic wave）。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。

横波的图像

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。

波的图象中包含的信息

1)该时刻沿波的传播方向上各个质点的位移；

2)各个质点的振幅A；

3)能根据波的传播方向判断各个质点在该时刻的运动方向、加速度方向及其变化情况；

4)可以画出另一时刻的波形图。

波的传播方向与质点的振动方向的判断方法

探究点二、波长、频率和波速

波长λ

1.定义：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。

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。

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等于波长。

横波的波长                                      纵波的波长

周期（T）、频率（f）

周期：波前进一个波长的距离所需要的时间。

频率：周期的倒数，即单位时间内波动所传播的完整波的数目。

波速：波动过程中，某一振动状态（即振动相位）单位时间内所传播的距离（相速）。

①周期、频率与介质无关，与波源的相同。波长、波速与介质有关。

②不同频率的同一类波在同一介质中波速相同。

③波在不同介质中频率不变。

周期或频率只决定于波源的振动！

波速只决定于媒质的性质！

声音在不同介质中的传播速度

四个物理量之间的联系

课堂重点知识小结

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：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：

随堂练习

例1：（单选）列简谐横波沿x轴传播，t=0时的波形如图所示，质点A与质点B相距1 m，A点速度沿y轴正方向；t=0.02 s时，质点A第一次到达正向最大位移处，由此可知(　　)

A.此波沿x轴正方向传播

B.此波沿x轴负方向传播

C.从t=0时起，经过0.04 s，质点A沿波传播方向迁移了1 m

D.在t=0.04 s时，质点B在平衡位置处，速度沿y轴负方向

【答案】B

【解析】由A点向上振动，可判定波沿x轴负方向传播，故选项A错误，B正确；由波的图象看出，经t=0.02 s质点A第一次到达最大位移处，则t=T，T=0.08 s，经0.04 s，质点B在平衡位置处，速度沿y轴正方向，故选项D错误；波传播过程中，质点A并不随波迁移，故选项C错误。

例2：（单选）如图是一列简谐横波在某时刻的波形图，已知图中b位置的质点起振时间比a位置的质点晚0.5 s，b和c之间的距离是5 m，则此列波的波长和频率分别为(　　)

A.5 m，1 Hz

B.10 m，2 Hz

C.5 m，2 Hz

D.10 m，1 Hz

【答案】A

【解析】从波的图象可以看出，波长λ＝5 m，b点比a点的起振时间晚0.5 s，则波速v＝5 m/s，所以T＝1 s，f＝1 Hz。

例3：(单选）图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图，图乙为质点P以此时刻为计时起点的振动图象。则下列说法正确的是(　　)

A.该波的速度为1.6 m/s，沿x轴负方向传播

B.该波的速度为20 m/s，沿x轴正方向传播

C.经过0.2 s，质点P沿x轴的正方向迁移了4 m

D.经过0.1 s，质点Q的运动方向沿y轴正方向

【答案】B

【解析】简谐横波的波长λ＝4 m，T＝0.2 s，则波速v＝＝20 m/s，A错，B对；根据简谐波“前带后，后随前”带动原则可知：该波沿x轴正方向传播；质点不“随波逐流”，所以C错误；质点Q此时向上振动，经过0.1 s，即半个周期后质点Q的运动方向沿y轴负方向，D错。

例4：一列自右向左传播的简谐横波，在t＝0时刻的波形图如图所示，此时坐标为(1，0)的质点刚好开始运动，在t＝0.3 s时刻，质点P在t＝0时刻后首次到达波峰位置，质点Q的坐标是(一3，0)，则下列说法正确的是________。

A.在t＝0时刻，质点P的速度方向沿y轴负方向

B.这列波的传播速度为m/s

C.在0～0.3 s时间内，质点A运动的路程为0.03 m

D.在t＝0.5 s时刻，质点Q首次到达波峰位置

E.这列波的波源起振方向沿y轴正方向

【答案】ADE

【解析】根据t＝0时刻的波形图，可知波长λ＝4 cm，在t＝0时刻质点P沿y轴负方向运动，质点P的速度方向沿y轴负方向，选项A正确；在t＝0.3 s时，质点P在t＝0时刻后首次到达波峰位置，说明波动周期T＝0.4 s，这列波的传播速度为v＝＝10 cm/s＝0.1 m/s，选项B错误；在0～0.3 s时间，即T时间内，质点A运动的路程为3个振幅，即3×8 cm＝24 cm＝0.24 m，选项C错误；在t＝0.5 s时，波沿x轴负方向传播了5 cm，质点Q首次到达波峰位置，选项D正确；根据波形图和传播方向可知，这列波的波源起振方向沿y轴正方向，选项E正确。