波的形成和传播、波的图象

波的形成和传播、波的图象

主讲：黄冈中学高级教师邢新山

同步教学

一、一周内容概述

　　通过对一段软绳上横波形成过程的特点分析，说明了形成机械波的必要条件是波源的振动和必须具有传播振动这种运动形式的弹性介质 .波的传播过程就是振动这种运动形式和振动能量在空间的传播过程.按传播方向和质点振动方向之间的关系对波进行了分类——横波和纵波.作出了波的图象。指出了波的图象的意义.介绍了如何利用波的图象和波的传播方向确定介质中各质点振动方向的方法。

二、重难点知识归纳与讲解

1、机械波的形成和特点

（1）产生机械波条件：

　　①要有机械振动作为波源；②要有能够传播机械振动的介质。

（2）机械波的种类：

　　横波与纵波。质点的振动方向与波的传播方向垂直的是横波（这是高中物理重点研究的内容）横波中凸起最高处叫波峰，凹下最低处叫波谷,纵波中质点分布最密的地方叫密部。质点分布最疏地方叫疏部。

（3）机械波的的特点：

　　①对理想的简谐波而言，各质点振幅相同。②各质点的振动周期都与波源的振动周期相同。③离波源越远，质点的振动越滞后。④各质点只在各自的平衡位置附近振动。并不沿波的传播方向迁移。⑤机械波向前传播的是振动的形式与能量。

2、波的图象

（1）表示在波的传播方向上，介质中大量质点在同一时刻相对平衡位置的位移分布图象称波的图象，简谐波的波动图象是正弦函数或余弦函数图象，如图所示。

（2）波动图象的物理意义：

①从图象可以直接读出振幅（注意单位）。

②从图象可以直接读出波长（注意单位）。

③可求任一质点在该时刻相对平衡位置的位移（包括大小和方向）。

④在波速方向已知（或波源方位已知）时可确定各质点在该时刻的振动方向。

⑤可以确定各质点振动的加速度方向。

（3）利用波动图象确定各质点振动方向和波的传播方向的基本方法：

①特殊点法：

　　逆着波的传播方向，在质点A的附近找一个相邻的质点B，若质点B的位置在质点A的正方向处，则A质点应向正方向运动；反之，则向负方向运动.如图所示，图中的质点A应向y轴的正方向运动（质点B先于质点A振动，A要跟随B振动）。

②微平移法：

　　作出经微小时间Δt后的波形，就知道了各质点经过Δt到达的位置，运动方向即可确定。

③三角形法则：

　　已知一列沿x正方向传播的波，如下图所示，根据波的形成过程可知：MN曲线上各质点上振动方向向上（M、N除外），用带箭头的CA表示，CA斜向上；ND上各质点振动方向向下（N、D除外），用带箭头的BC表示，BC斜向下，A→B表示波的传播方向。AB、BC、CA刚好构成一个带箭头首尾相连的封闭三角形。

④上下坡法则：

　　如上图所示，沿逆着波的传播方向上看；上坡的质点（如MN上）振动方向向上；下坡的质点（如ND上）振动方向向下。

三、典例分析

例1、关于振动和波的关系，正确的说法是（）

A．有机械波必有机械振动

B．由某振源产生的波，波的频率与振源频率一样

C．振源的振动速度和波速是一样的

D．如果振源停止振动，在介质中传播的波动也会立即停止

例2、简谐机械波在给介质中传播时，下列说法正确的是（）

A．振幅越大，则波传播的速度越快

B．振幅越大，则波传播的速度越慢

C．在一个周期内，振动质点走过的路程等于一个波长

D．振动的频率越高，则波传播一个波长的距离所用的时间越短

例3、一列简谐横波在x轴上传播，在某时刻的波形如图所示，已知此时质点F的运动方向向下，则（）

A．此波朝x轴负方向传播　　　　　　　　　　　B．质点D此时向下运动

C．质点B比质点C先回到平衡位置　　　　　　　　D．质点E的振幅为零

例4、一列简谐波在t=0时刻的波形图如图所示的（1）所示，图（2）表示该波传播的介质中某质点在后一段时间内的振动图象，则（）

A．若波沿x轴正方向传播，（2）图应为a点的振动图象

B．若波沿x轴正方向传播，（2）图应为b点的振动图象

C．若波沿x轴负方向传播，（2）图应为c点的振动图象

D．若波沿x轴负方向传播，（2）图应为d点的振动图象

例5、如图（a）所示，图中有一列正弦横波沿x轴方向传播，a,b是波上两点，它们在x轴上的距离小于一个波长，当a点达正的最大位移时，b恰经平衡位置向上振动.试在图上ab之间画出两个波形分别表示：

（1）沿x轴正方向传播的波。

（2）沿x轴负方向传播的波。