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选择性必修 第一册第1节 波的形成和描述教课ppt课件
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这是一份选择性必修 第一册第1节 波的形成和描述教课ppt课件，共46页。PPT课件主要包含了机械振动，运动形式，最高处，最低处，同一直线，上下颠簸，水平晃动，平衡位置，正弦或余弦，波的特征等内容，欢迎下载使用。
1．知道横波、纵波的概念，了解波长及波速的概念。2．理解机械波的形成和传播，掌握波的图像，能利用图像分析波的传播与质点振动的关系。3．能观察并探究有关机械波的实验现象。4．培养自主学习物理、探索身边的物理问题的兴趣。
知识点一 波的形成与传播1．机械波的定义________在介质中传播形成的波称为机械波。2．机械波的产生条件(1)波源：做机械振动的物体。(2)介质：能传播波的____。
必备知识·自主预习储备
3．传播特点机械波传播时，____并不随波前进，传递的只是机械振动这种________及其能量。
提醒 没有介质机械波不能传播，如声波不能在真空中传播。
体验1．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)物体做机械振动，一定产生机械波。( )(2)在绳波的形成和传播中，所有质点同时开始运动，同时停止运动。( )(3)机械波除传递振动形式外，还向外传递能量。( )
知识点二 波的分类1．波的分类
2．地震波有的波，既包含横波，又包含纵波，如地震波。在震中附近，____引起地面水平晃动，____引起地面上下颠簸。因为纵波在地球内部的传播速度____横波，所以地震时，人们一般先感觉到________，然后才感觉到有很强的________。____是地震造成破坏的主要原因。
思考 在平静的湖面上，漂浮着一片树叶，如果你往树叶附近扔下一块小石子，湖面立即兴起水波，水波一圈一圈往外扩展出去，于是树叶运动起来。请问树叶会随水波往外移动吗？
提示：不会。因为小石子激起的水波是振动的传播，水并不向外移动，水的质点只是上下振动，所以树叶不会随水波往外移动。
体验2．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)横波中质点的振动方向与波的传播方向垂直。( )(2)纵波中有密部、疏部之分。( )(3)质点沿水平方向振动，波沿水平方向传播，这样的波一定是横波。( )
知识点三 波的描述1．波的图像(1)波形：在绳波传播的某个____拍下照片，就能得到该____的波形。(2)图像：在____上添加一个坐标系，就可以得到该____这个波的图像。用横坐标x表示沿波传播方向上各个质点的________，纵坐标y表示各个质点离开平衡位置的____。(3)简谐波：波源做简谐运动时，在各个时刻波的图像是一条______________曲线。(4)波的图像的物理意义：波的图像反映了介质中的____质点在____时刻的____情况。
提醒 相邻的波峰与波峰之间的距离是一个波长，相邻的波谷与波谷间的距离也是一个波长。
如图所示的波是一列横波，绳波各质点振动方向与波的传播方向有什么关系？
关键能力·情境探究达成
提示：质点的振动方向与波的传播方向相互垂直。
2．机械波的特点(1)机械波传递的是振动形式、能量和信息，介质中各质点本身并不随波传播而迁移，而是在各自的平衡位置附近振动。(2)由于波的形成实际上是从波源开始依次带动介质中的各个质点参与振动，所以各个质点都在做受迫振动，因此各个质点振动的周期(频率)与波源的周期(频率)相同。(3)在不考虑能量损失时，各质点振动的振幅相同，各质点的起振方向都与波源开始振动的方向相同。
【典例1】 (多选)如图所示是一条软绳，绳上选有18个质点，质点1在外力作用下首先向上振动，其余质点在相互作用力的带动下依次振动，从而形成简谐波。由波的形成及图示可知，下列说法正确的是( )
A．质点1带动质点2是利用绳上质点间的弹力实现的，因此每个质点均做受迫振动B．每个质点开始运动后，在水平方向做匀速运动，在竖直方向做简谐运动C．绳子上的每一个质点开始振动时，方向都向上，振动周期都相同D．绳子上波的传播过程，也是能量的传播过程，虽然每个质点均做等幅振动，但每个质点的机械能并不守恒
ACD [质点1带动质点2是利用绳上质点间的弹力实现的，因此每个质点都做受迫振动，A正确；每个质点开始振动后，只在竖直方向做简谐运动，水平方向不随波迁移，B错误；绳子上每一个质点的起振方向都相同，振动周期等于波源振动周期，C正确；波的传播过程，也是能量的传播过程，虽然每个质点均做等幅振动，但每个质点的机械能并不守恒，D正确。]
规律方法 机械波的形成和传播特点(1)机械波的形成过程及特点可以概括为“带动、重复、落后”，即前一质点“带动”后一质点振动，后一质点“重复”前一质点的振动形式，并且后一质点的振动“落后”于前一质点。(2)就整个物体来说，呈现的现象是波动，而就构成物体的单个质点来说，所呈现的现象是振动。(3)要画另一时刻的波形图，应先确定特殊点的位置，即此时刻在平衡位置或最大位移处的点，这些点的位置确定后，其他点可顺势找出。
[跟进训练]1．关于机械波的形成，下列说法中正确的是( )A．物体做机械振动，一定产生机械波B．机械波在介质中传播时，介质中后振动的质点总是重复先振动的相邻的质点的振动，做受迫振动C．参与振动的质点振动频率各不相同D．机械波传播过程中，介质中质点随波迁移，振动能量也随波传递
B [物体做机械振动，若没有介质也不会产生机械波，选项A错误；机械波在介质中传播时，介质中后振动的质点总是重复先振动的相邻的质点的振动，做受迫振动，选项B正确；参与振动的质点振动频率都相同，都等于振源的振动频率，选项C错误；机械波传播过程中，介质中质点只在自己平衡位置附近振动，而不随波迁移，振动能量随波传递，选项D错误。故选B。]
考点2 波的图像1．由波的图像获得的三点信息(1)可以直接看出在该时刻沿传播方向上各个质点的位移。(2)可以直接看出在波的传播过程中各质点的振幅A。(3)若已知该波的传播方向，可以确定各质点的振动方向；或已知某质点的振动方向，可以确定该波的传播方向。
2．波的图像的周期性：在波的传播过程中，各质点都在各自的平衡位置附近振动，不同时刻质点的位移不同，故不同时刻波的图像不同。质点的振动位移做周期性变化，则波的图像也做周期性变化。经过一个周期，波的图像复原一次。3．波的传播方向的双向性：如果只知道波沿x轴传播，则有可能沿x轴正向传播，也可能沿x轴负向传播，具有双向性。
【典例2】 如图所示是一列简谐横波在某时刻的波形图。若此时质点P正处于加速运动过程中，则此时( )A．此波沿x轴正向传播B．质点N比质点Q先回到平衡位置C．质点N处于减速运动过程中D．质点Q和质点N运动情况恰好相反
B [质点P加速运动，知P点向平衡位置振动，即方向向下振动，根据“上下坡法”知，波向左传播，则Q点向上振动，N点向上振动，则可知N点直接到达平衡位置，而Q点先向上再向下，故N点比Q点先回到平衡位置，故A错误，B正确；因N点向上振动，此时在向平衡位置运动，速度增大，为加速过程，故C错误；波向左传播，根据“带动法”可知，N点和Q点均向上运动，运动方向相同，故D错误。故选B。]
规律方法 判断质点振动方向或波传播方向的方法(1)带动法：先振动的质点带动邻近的后振动质点，在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点P′，若P′在P点上方，则P向上振动，若P′在下方，则P向下振动(如图甲所示)。
(2)上下坡法：沿波的传播方向看去，“上坡”处的质点向下振动；“下坡”处的质点向上振动，简称“上坡下、下坡上”(如图乙所示)。
[跟进训练]2．如图所示为一列沿x轴负方向传播的简谐波在某一时刻的图像，下列说法正确的是( )
A．该时刻质点a和质点d位移相同，加速度方向相反B．该时刻质点b和质点c位移相同，速度方向也相同C．质点b比质点c先回到平衡位置D．质点a比质点d先回到平衡位置
D [题图时刻a、d两质点位移相同，加速度方向均指向平衡位置，方向相同，A错；该时刻质点b、c位移相同，b点振动方向向上，c点振动方向向下，故速度方向相反，c点先回到平衡位置，B、C错；质点a向上振动，质点d向下振动，故质点a比质点d先回到平衡位置，D对。]
5．波速和波长、频率的决定因素及关系
【典例3】 一列简谐横波沿x轴正负方向传播，t＝0时刻振源O开始振动，t＝0.6 s时x正半轴上形成的波形如图所示。M为平衡位置位于x1＝－5 m处的质点，N为平衡位置位于x2＝10 m处的质点。
(1)在图上画出t＝0.6 s时x负半轴上形成的波形；(2)求从t＝0时刻开始，质点M在2 s内运动的路程；(3)求质点N第一次到达波谷的时刻。
[解析] (1)t＝0.6 s时，x负半轴上形成的波形如图所示。
[答案] (1)见解析图 (2)300 cm (3)1.3 s
[跟进训练]3．(2023·新课标卷)船上的人和水下的潜水员都能听见轮船的鸣笛声。声波在空气中和在水中传播时的( )A．波速和波长均不同 B．频率和波速均不同C．波长和周期均不同 D．周期和频率均不同
A [声波的周期和频率由振源决定，故声波在空气中和在水中传播的周期和频率均相同，但声波在空气和水中传播的波速不同，根据波速与波长的关系v＝λf可知，波长也不同，故A正确，B、C、D错误。故选A。]
1．关于机械波，下列说法正确的是( )A．质点振动的方向总是垂直于波传播的方向B．机械波可以在真空中传播C．任一振动质点每经过一个周期沿波的传播方向移动一个波长D．振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离为一个波长
学习效果·随堂评估自测
D [在横波中质点振动的方向垂直于波传播的方向，在纵波中，质点的振动方向与波传播的方向在同一直线上，A错误；机械波只能借助于介质传播，不可以在真空中传播，B错误；波在传播过程中，质点不随波迁移，C错误；振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离为一个波长，D正确。]
2．关于横波与纵波，下列说法正确的是( )A．纵波的传播方向与质点的振动方向相同，且做变速运动B．横波可以在气体、液体、固体中传播，而纵波只能在固体中传播C．横波一定是水平传播的，纵波一定是竖直传播的D．横波在传播过程中有波峰和波谷，纵波在传播过程中有疏部和密部
D [纵波的传播方向与质点的振动方向在同一直线上，质点做变速运动，纵波在同一种均匀介质中做匀速运动，故A错误；横波只能在固体中传播，纵波能在气体、液体、固体中传播，B错误；横波和纵波都能既在水平方向上传播，也能在竖直方向上传播，C错误；横波在传播过程中有波峰和波谷，纵波在传播过程中有疏部和密部，D正确。]
3．(多选)一列横波某时刻的波形如图所示。则关于质点A的受力，下列说法正确的是( )A．如果波向右传播，则质点A受到向上的作用力B．如果波向右传播，则质点A受到向下的作用力C．如果波向左传播，则质点A受到向上的作用力D．如果波向左传播，则质点A受到向下的作用力
BD [无论波向左还是向右传播，回复力始终指向平衡位置，且质点A的回复力是由相邻的质点对质点A的作用力来提供，质点A的受力方向始终向下，故B、D正确。]
4．2023年8月6日凌晨，山东德州平原县发生5.5级地震。已知地震波分三种：横波(S波)，波速vS＝4.5 km/s；纵波(P波)，波速vP＝9.9 km/s；面波(L波)，vL
1．知道横波、纵波的概念，了解波长及波速的概念。2．理解机械波的形成和传播，掌握波的图像，能利用图像分析波的传播与质点振动的关系。3．能观察并探究有关机械波的实验现象。4．培养自主学习物理、探索身边的物理问题的兴趣。
知识点一 波的形成与传播1．机械波的定义________在介质中传播形成的波称为机械波。2．机械波的产生条件(1)波源：做机械振动的物体。(2)介质：能传播波的____。
必备知识·自主预习储备
3．传播特点机械波传播时，____并不随波前进，传递的只是机械振动这种________及其能量。
提醒 没有介质机械波不能传播，如声波不能在真空中传播。
体验1．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)物体做机械振动，一定产生机械波。( )(2)在绳波的形成和传播中，所有质点同时开始运动，同时停止运动。( )(3)机械波除传递振动形式外，还向外传递能量。( )
知识点二 波的分类1．波的分类
2．地震波有的波，既包含横波，又包含纵波，如地震波。在震中附近，____引起地面水平晃动，____引起地面上下颠簸。因为纵波在地球内部的传播速度____横波，所以地震时，人们一般先感觉到________，然后才感觉到有很强的________。____是地震造成破坏的主要原因。
思考 在平静的湖面上，漂浮着一片树叶，如果你往树叶附近扔下一块小石子，湖面立即兴起水波，水波一圈一圈往外扩展出去，于是树叶运动起来。请问树叶会随水波往外移动吗？
提示：不会。因为小石子激起的水波是振动的传播，水并不向外移动，水的质点只是上下振动，所以树叶不会随水波往外移动。
体验2．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)横波中质点的振动方向与波的传播方向垂直。( )(2)纵波中有密部、疏部之分。( )(3)质点沿水平方向振动，波沿水平方向传播，这样的波一定是横波。( )
知识点三 波的描述1．波的图像(1)波形：在绳波传播的某个____拍下照片，就能得到该____的波形。(2)图像：在____上添加一个坐标系，就可以得到该____这个波的图像。用横坐标x表示沿波传播方向上各个质点的________，纵坐标y表示各个质点离开平衡位置的____。(3)简谐波：波源做简谐运动时，在各个时刻波的图像是一条______________曲线。(4)波的图像的物理意义：波的图像反映了介质中的____质点在____时刻的____情况。
提醒 相邻的波峰与波峰之间的距离是一个波长，相邻的波谷与波谷间的距离也是一个波长。
如图所示的波是一列横波，绳波各质点振动方向与波的传播方向有什么关系？
关键能力·情境探究达成
提示：质点的振动方向与波的传播方向相互垂直。
2．机械波的特点(1)机械波传递的是振动形式、能量和信息，介质中各质点本身并不随波传播而迁移，而是在各自的平衡位置附近振动。(2)由于波的形成实际上是从波源开始依次带动介质中的各个质点参与振动，所以各个质点都在做受迫振动，因此各个质点振动的周期(频率)与波源的周期(频率)相同。(3)在不考虑能量损失时，各质点振动的振幅相同，各质点的起振方向都与波源开始振动的方向相同。
【典例1】 (多选)如图所示是一条软绳，绳上选有18个质点，质点1在外力作用下首先向上振动，其余质点在相互作用力的带动下依次振动，从而形成简谐波。由波的形成及图示可知，下列说法正确的是( )
A．质点1带动质点2是利用绳上质点间的弹力实现的，因此每个质点均做受迫振动B．每个质点开始运动后，在水平方向做匀速运动，在竖直方向做简谐运动C．绳子上的每一个质点开始振动时，方向都向上，振动周期都相同D．绳子上波的传播过程，也是能量的传播过程，虽然每个质点均做等幅振动，但每个质点的机械能并不守恒
ACD [质点1带动质点2是利用绳上质点间的弹力实现的，因此每个质点都做受迫振动，A正确；每个质点开始振动后，只在竖直方向做简谐运动，水平方向不随波迁移，B错误；绳子上每一个质点的起振方向都相同，振动周期等于波源振动周期，C正确；波的传播过程，也是能量的传播过程，虽然每个质点均做等幅振动，但每个质点的机械能并不守恒，D正确。]
规律方法 机械波的形成和传播特点(1)机械波的形成过程及特点可以概括为“带动、重复、落后”，即前一质点“带动”后一质点振动，后一质点“重复”前一质点的振动形式，并且后一质点的振动“落后”于前一质点。(2)就整个物体来说，呈现的现象是波动，而就构成物体的单个质点来说，所呈现的现象是振动。(3)要画另一时刻的波形图，应先确定特殊点的位置，即此时刻在平衡位置或最大位移处的点，这些点的位置确定后，其他点可顺势找出。
[跟进训练]1．关于机械波的形成，下列说法中正确的是( )A．物体做机械振动，一定产生机械波B．机械波在介质中传播时，介质中后振动的质点总是重复先振动的相邻的质点的振动，做受迫振动C．参与振动的质点振动频率各不相同D．机械波传播过程中，介质中质点随波迁移，振动能量也随波传递
B [物体做机械振动，若没有介质也不会产生机械波，选项A错误；机械波在介质中传播时，介质中后振动的质点总是重复先振动的相邻的质点的振动，做受迫振动，选项B正确；参与振动的质点振动频率都相同，都等于振源的振动频率，选项C错误；机械波传播过程中，介质中质点只在自己平衡位置附近振动，而不随波迁移，振动能量随波传递，选项D错误。故选B。]
考点2 波的图像1．由波的图像获得的三点信息(1)可以直接看出在该时刻沿传播方向上各个质点的位移。(2)可以直接看出在波的传播过程中各质点的振幅A。(3)若已知该波的传播方向，可以确定各质点的振动方向；或已知某质点的振动方向，可以确定该波的传播方向。
2．波的图像的周期性：在波的传播过程中，各质点都在各自的平衡位置附近振动，不同时刻质点的位移不同，故不同时刻波的图像不同。质点的振动位移做周期性变化，则波的图像也做周期性变化。经过一个周期，波的图像复原一次。3．波的传播方向的双向性：如果只知道波沿x轴传播，则有可能沿x轴正向传播，也可能沿x轴负向传播，具有双向性。
【典例2】 如图所示是一列简谐横波在某时刻的波形图。若此时质点P正处于加速运动过程中，则此时( )A．此波沿x轴正向传播B．质点N比质点Q先回到平衡位置C．质点N处于减速运动过程中D．质点Q和质点N运动情况恰好相反
B [质点P加速运动，知P点向平衡位置振动，即方向向下振动，根据“上下坡法”知，波向左传播，则Q点向上振动，N点向上振动，则可知N点直接到达平衡位置，而Q点先向上再向下，故N点比Q点先回到平衡位置，故A错误，B正确；因N点向上振动，此时在向平衡位置运动，速度增大，为加速过程，故C错误；波向左传播，根据“带动法”可知，N点和Q点均向上运动，运动方向相同，故D错误。故选B。]
规律方法 判断质点振动方向或波传播方向的方法(1)带动法：先振动的质点带动邻近的后振动质点，在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点P′，若P′在P点上方，则P向上振动，若P′在下方，则P向下振动(如图甲所示)。
(2)上下坡法：沿波的传播方向看去，“上坡”处的质点向下振动；“下坡”处的质点向上振动，简称“上坡下、下坡上”(如图乙所示)。
[跟进训练]2．如图所示为一列沿x轴负方向传播的简谐波在某一时刻的图像，下列说法正确的是( )
A．该时刻质点a和质点d位移相同，加速度方向相反B．该时刻质点b和质点c位移相同，速度方向也相同C．质点b比质点c先回到平衡位置D．质点a比质点d先回到平衡位置
D [题图时刻a、d两质点位移相同，加速度方向均指向平衡位置，方向相同，A错；该时刻质点b、c位移相同，b点振动方向向上，c点振动方向向下，故速度方向相反，c点先回到平衡位置，B、C错；质点a向上振动，质点d向下振动，故质点a比质点d先回到平衡位置，D对。]
5．波速和波长、频率的决定因素及关系
【典例3】 一列简谐横波沿x轴正负方向传播，t＝0时刻振源O开始振动，t＝0.6 s时x正半轴上形成的波形如图所示。M为平衡位置位于x1＝－5 m处的质点，N为平衡位置位于x2＝10 m处的质点。
(1)在图上画出t＝0.6 s时x负半轴上形成的波形；(2)求从t＝0时刻开始，质点M在2 s内运动的路程；(3)求质点N第一次到达波谷的时刻。
[解析] (1)t＝0.6 s时，x负半轴上形成的波形如图所示。
[答案] (1)见解析图 (2)300 cm (3)1.3 s
[跟进训练]3．(2023·新课标卷)船上的人和水下的潜水员都能听见轮船的鸣笛声。声波在空气中和在水中传播时的( )A．波速和波长均不同 B．频率和波速均不同C．波长和周期均不同 D．周期和频率均不同
A [声波的周期和频率由振源决定，故声波在空气中和在水中传播的周期和频率均相同，但声波在空气和水中传播的波速不同，根据波速与波长的关系v＝λf可知，波长也不同，故A正确，B、C、D错误。故选A。]
1．关于机械波，下列说法正确的是( )A．质点振动的方向总是垂直于波传播的方向B．机械波可以在真空中传播C．任一振动质点每经过一个周期沿波的传播方向移动一个波长D．振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离为一个波长
学习效果·随堂评估自测
D [在横波中质点振动的方向垂直于波传播的方向，在纵波中，质点的振动方向与波传播的方向在同一直线上，A错误；机械波只能借助于介质传播，不可以在真空中传播，B错误；波在传播过程中，质点不随波迁移，C错误；振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离为一个波长，D正确。]
2．关于横波与纵波，下列说法正确的是( )A．纵波的传播方向与质点的振动方向相同，且做变速运动B．横波可以在气体、液体、固体中传播，而纵波只能在固体中传播C．横波一定是水平传播的，纵波一定是竖直传播的D．横波在传播过程中有波峰和波谷，纵波在传播过程中有疏部和密部
D [纵波的传播方向与质点的振动方向在同一直线上，质点做变速运动，纵波在同一种均匀介质中做匀速运动，故A错误；横波只能在固体中传播，纵波能在气体、液体、固体中传播，B错误；横波和纵波都能既在水平方向上传播，也能在竖直方向上传播，C错误；横波在传播过程中有波峰和波谷，纵波在传播过程中有疏部和密部，D正确。]
3．(多选)一列横波某时刻的波形如图所示。则关于质点A的受力，下列说法正确的是( )A．如果波向右传播，则质点A受到向上的作用力B．如果波向右传播，则质点A受到向下的作用力C．如果波向左传播，则质点A受到向上的作用力D．如果波向左传播，则质点A受到向下的作用力
BD [无论波向左还是向右传播，回复力始终指向平衡位置，且质点A的回复力是由相邻的质点对质点A的作用力来提供，质点A的受力方向始终向下，故B、D正确。]
4．2023年8月6日凌晨，山东德州平原县发生5.5级地震。已知地震波分三种：横波(S波)，波速vS＝4.5 km/s；纵波(P波)，波速vP＝9.9 km/s；面波(L波)，vL
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