高二物理波的图象1

波的图象疱丁巧解牛知识·巧学一、波的图象1.波的图象波传播时，各质点都在平衡位置周围振动，如图12-2-1所示为向右传播的横波中各质点在某时刻的位置.各质点的位移矢量用从平衡位置指向该时刻所在位置的有向线段表示.波的图象有时也称波形图，简称波形.图12-2-1误区警示虽然横波的图象形状与波在传播进程中介质中各质点某时刻的散布相似，波形中的波峰即为图象中的位移正向最大值，波谷即为图象中位移负向的最大值，波形中通过平衡位置的质点在图象中也恰益处于平衡位置.可是波的图象表示的是某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移情况，二者之间有明显的区别，要注意.2.横波的波形图象的成立用横坐标x表示在波的传播方向上介质中各质点的平衡位置，纵坐标y表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移，并规定横波中位移方向向上时为正值，位移向下时为负值.在xy平面上，画出各个质点的平衡位置x与各质点偏离平衡位置的位移y的各点（x，y），用光滑的曲线把各点连接起来就取得了横波的波形图象（如图12-2-2）.图12-2-23.纵波的图象的成立波的图象是一种数学的表示方式，只是在横波的情况下能直观地表示出波形.在纵波中，若是规定质点的位移方向向右时取正值，位移方向向左时取负值，可以一样地画出如图12-2-3所示的纵波的图象，可以看出纵波的图象与纵波的“形状”并无相同的地方.实际上，在横波中若是规定位移方向向下时取正值（一般不这样规定，但这样规定何尝不可），则作出的波的图象与横波的形状恰好相反.图12-2-3纵波的图象，图甲表示各个质点所在的平衡位置，图乙表示各个质点发生的位移，图丙表示纵波的图象，其中横坐标表示各个质点的平衡位置，纵坐标表示各个质点的位移，如x2表示质点2向右的位移，x5表示质点5向左的位移.图12-2-34.正弦波若是波的图象是正弦曲线，这样的波叫做正弦波，也叫简谐波.5.图象的特点（1）横波的图象形状与波在传播进程中介质中各质点某时刻的散布相似，波形中的波峰即为图象中的位移正向最大值，波谷即为图象中位移负向的最大值，波形中通过平衡位置的质点在图象中也恰益处于平衡位置.（2）波形图线是正弦或余弦曲线的波称为简谐波.简谐波是最简单的波.对于简谐波而言，各个质点振动的最大位移都相同.（3）波的图象的重复性：相隔时间为周期整数倍的两个时刻的波形相同.（4）波的传播方向的双向性：不指定波的传播方向时，图象中波可能向x轴正向或x轴负向传播.二、由波的图象可获取的信息若是已知一列波某时刻波形如图12-2-4所示，那么咱们从波的图象中可以获取的信息有以下几点：图12-2-41.可以直接看出在该时刻沿传播方向上各质点的位移.图线上各点的纵坐标表示的是各点在该时刻的位移.如图线上的M点的位移是2 cm. 2.可以直接看出在波的传播进程中介质各质点的振幅A，即波动图线上纵坐标最大值的绝对值，如图12-2-4中波的振幅为A=4 cm.3.可以由波的传播方向判断出质点的运动方向，也可以由质点的运动方向判断出波的传播方向.如图12-2-4中，由波向右传播，可知点M向上运动，反之，若是M向上运动，可知波向右传播.方式归纳按照波的传播方向肯定质点的振动方向（或由质点振动方向肯定波传播方向）(1)带动法：在质点P靠近波源一方周围图象上找另一点P′，P′若在下方，则P向下运动；若P′在上方，则P向上运动.(2)微平移法：按照波的传播方向，作出经微小时间Δt（Δt＜T/4）后的波形，由此可知Δt后质点的位置，按照其位置可判断出质点的振动方向.(3)口诀法：上坡“下”，下坡“上”，即沿着波的传播方向看，向上凸起时的振动方向向下，反之向上.(4)可以画出另一时刻的波形图，波由介质中的某一点传播到另一点需要必然的时间，即机械波在介质中是以必然的速度v （通常称波速）传播.在单位时间Δt 内某一波峰或波谷（密部或疏部）沿波的传播方向移动的距离等于波速.若是已知一列简谐波在t 时刻的波形图象及波的传播方向，又知波速，就可以够画出经Δt 后的波形图象.学法一得 在已知的某一时刻的波形图象，若要画出t+Δt 时刻的波形图象，则须将波的图线沿波的传播方向移动一段距离Δx=vΔt，即取得t+Δt 时刻的波形图象.若要画出t-Δt 时刻的波形图象，则须将波形图线逆着波的传播方向移动一段距离Δx=vΔt，即取得t-Δt 时刻的波形图象，这种方式称为平移法.辨析比较 波的图象和振动图象的比较.振动图象 波的图象 研究对象一个振动质点 沿波传播方向上若干质点 坐标 横轴表示时间，纵轴表示质点的位移横轴表示波线上各质点平衡位置，纵轴表示各质点对各自平衡位置的位移 研究内容一个质点的位移随时间变化规律 某时刻所有质点的空间分布规律 图象物理意义图象表示一个质点在各个时刻的位移 图象表示某时刻，波线上各质点的位置 图象变化 随时间延伸，图象形状不变，只是图象沿t 轴延续 随时间推移，图象整体沿波的传播方向平移一个完整正弦（余弦）图象 表示一个周期T表示一个波长λ 典题·热题知识点一 波的图象例1如图12-2-5所示是一列横波在某一时刻的波形图，波沿x 轴正向传播.图12-2-5（1）该时刻A 质点运动的方向是向_____________，C 点的运动方向是向_____________，D 点的运动方向是向_____________.（2）再通过2T ，质点A 通过的路程是___________cm ，质点C 的位移是___________cm. 解析：（1）由于波沿x 轴正方向传播，所以A 点在“下坡区”，向上运动；C 点、D 点均在“上坡区”，C 、D 两点都向下运动.（2）再通过2T ，A 又回到平衡位置，所以A 通过的路程为4 cm ；C 点也回到平衡位置，其位移为0.答案：（1）上 下 下（2）4 0方式归纳 对于做简谐运动的质点其位移都是相对平衡位置而言.与起点在何处无关，这一点与运动学中的位移有所不同.例2一列横波在某时刻的波形图象如图12-2-6所示，此时质点F 的运动方向向下，则下列说法正确的是( )图12-2-6A.波水平向右传播B.质点H 与质点F 的运动方向相同C.质点C 比质点B 先回到平衡位置D.此时刻质点C 的加速度为零解析：由于质点F 要跟从和它临近的而且离波源稍近的质点运动，又知道质点F 的运动方向是向下的，则与它相邻的离波源稍近的质点的位置应在它的下方，对照图象可以判断出波源在质点F 的右方，故波是向左传播的，所以A 选项错误；与质点H 临近的而且离波源在质点I 的位置在质点H 的上方，则质点H 的运动方向是向上的，故B 选项错误；同理，可判断质点C 要向下直接回到平衡位置，而质点B 则先向上运动到最大位移后再返回平衡位置，这样质点C 要比质点B 先回到平衡位置，故C 选项正确；质点C 此时处于最大位移处，其加速度最大，D 选项错误.答案：C方式归纳 明确质点间的带动作用及F 点的振动方向，判断出波的传播方向，是解题的关键. 知识点二 波的图象的应用例3一列横波在某时刻的波形图如图12-2-7所示.若此时刻质点a 的振动方向向下，则波向什么方向传播？图12-2-7解析：取和a 点相邻的两个点b 、c ，若a 点此时刻向下振动，则b 点应是带动a 点振动的，c 点应是在a 点带动下振动的，所以b 点先振动，其次是a 、c 两点.因此，波是向左传播的. 答案：波向左传播.方式归纳 此题是考查波的传播方向与质点振动方向的关系.具体可以采用带动法或对波动图象形状转变的想象法得出答案.巧解提示 此类题目也可用平移法，画出下一时刻的波形，进行比较.知识点三 波的图象和振动图象例4一列简谐波在t=0时刻的波形图如图12-2-8（a ）所示，图（b ）表示该波传播的介质中某质点尔后一段时间内的振动图象，则( )图12-2-8A.若波沿x 轴正方向传播，（b ）图应为a 点的振动图象B.若波沿x 轴正方向传播，（b ）图应为b 点的振动图象C.若波沿x 轴正方向传播，（b ）图应为c 点的振动图象D.若波沿x 轴正方向传播，（b ）图应为d 点的振动图象解析：在图(b)的振动图象中，t=0时刻质点在平衡位置并向y 轴的正方向运动，而图(a)的波形图却表明在t=0时刻，质点b 、d 在平衡位置，而a 、c 不在平衡位置，故A 、C 选项不可能正确.若波沿x 轴正方向传播，质点b 应向上运动（逆着波的传播方向在它周围找一相邻点，此点正好在它的上方，质点b 就应跟从它向上运动），B 选项正确.若波沿x 轴正方向传播，同理可以肯定质点d 应向下运动.D 选项错.答案：B巧解提示 对振动图象中某时刻振动质点运动方向的判断也可用“上坡上，下坡下”方式判断，“上坡”与“下坡”是指沿时间看去，“上坡”区均向上振，“下坡”区均向下振. 例5图12-2-9（a ）表示一列简谐波在介质中传播时，某一质点a 的振动图象，请你在（b ）图中作出这列简谐波在t=0时刻的波形图（质点a 画在座标原点上）.图12-2-9解析：t=0时刻质点a 正处于平衡位置且沿+y 方向运动，经4T 达正向最大位移处，设x 轴正向为波动方向，由波动与振动方向关系的判断方式，得出t=0时刻的波形如图12-2-10.图12-2-10答案：如图12-2-10所示.方式归纳 解此题关键要抓住t=0时，质点a 的振动方向，这就要求同窗们熟练掌握振动图象，知道质点a 的振动方向后，又假设波传播方向为x 轴正向，按照带动法即可取得t=0时的波的图象.知识点四 由已知波形图象画出某一时刻的波形图象例6一列沿x 轴正方向传播的横波在某一时刻的波形图象如图12-2-11所示，已知波的传播速度是16 m/s.图12-2-11（1）指出这列波中质点振动的振幅是多少；（2）画出再通过 s时的波形图象.解析：由图象的含义可以直接读出各质点的振幅，利用平移法可画出再通过 s时的波形图象.答案：（1）由图象可以看出，质点振动的最大位移是10 cm，因此振幅是10 cm.（2）经 s波形沿x轴正方向移动的距离为Δx=vΔt=16×0.125 m=2 m，所以通过 s后的波形图象如图12-2-12中的虚线所示.图12-2-12方式归纳当波形曲线沿x轴正方向移动2 m后，要注意将0到2 m之间的曲线补齐，画好. 巧妙变式若要画出此时刻前 s时的波形图象，只需沿x轴负方向移动2 m即可.知识点五波形图的周期性和波传播方向的双向性例7如图12-2-13是一列简谐波某一时刻波的图象，下列说法正确的是( )图12-2-13A.波必然沿x轴正方向传播、b两个质点的振动速度方向相反C.若a点此时的速度方向沿y轴正向，那么波的传播方向是沿x轴的正方向D.若波沿x轴的负向传播，则b质点的振动速度方向沿y轴的负方向解析：x轴是表示在波传播方向上的一系列质点的平衡位置，但x轴指向不表示波的传播方向，故A选项错.按照“坡形”法：无论波向左仍是向右传播，a、b都处于不同“坡区”，即当a处于下坡路时，b为上坡路，所以二者振动速度方向相反，故B选项正确.同理可判断C选项正确，D选项错误.答案：BC误区警示波的图象问题中，由于波传播的周期性，波形图的周期性和波传播方向的双向性，常有很多问题会出现多解，部份同窗在解答时常会出现漏解现象.问题·探讨问题如何画波的图象？探讨思路：波由介质中的某一点传播到另一点需要必然的时间，即机械波在介质中是以必然的速度v（通常称波速）传播.在单位时间Δt内某一波峰或波谷（密部或疏部）沿波的传播方向移动的距离等于波速.若是已知一列简谐波在t时刻的波形图象及波的传播方向，又知波速，就可以够画出经Δt后的波形图象.具体方式是：（1）在已知的某一时刻的波形图象上将波的图象沿波的传播方向移动一段距离Δx=vΔt，即取得t+Δt时刻的波形图象.（2）若要画出t-Δt时刻的波形图象，则要将波形图象逆着波的传播方向移动一段距离Δx=vΔt，即取得t-Δt时刻的波形图象.这种方式称为平移法.探讨结论:沿波的传播方向移动一段距离Δx=vΔt.。

一. 教学内容：1. 波的性质与波的图像2. 波的现象与声波【要点扫描】波的性质与波的图像（一）机械波1、定义：机械振动在介质中传播就形成机械波．2、产生条件：（1）有做机械振动的物体作为波源．（2）有能传播机械振动的介质．3、分类：①横波：质点的振动方向与波的传播方向垂直．凸起部分叫波峰，凹下部分叫波谷②纵波：质点的振动方向与波的传播方向在一直线上．质点分布密的叫密部，疏的部分叫疏部，液体和气体不能传播横波。

4. 机械波的传播过程（1）机械波传播的是振动形式和能量．质点只在各自的平衡位置附近做振动，并不随波迁移．后一质点的振动总是落后于带动它的前一质点的振动。

（2）介质中各质点的振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同．（3）由波源向远处的各质点都依次重复波源的振动．（二）描述机械波的物理量1. 波长λ：两个相邻的，在振动过程中相对平衡位置的位移总是相等的质点间的距离叫波长．在横波中，两个相邻的波峰或相邻的波谷之间的距离．在纵波中两相邻的密部（或疏部）中央间的距离，振动在一个周期内在介质中传播的距离等于波长2. 周期与频率．波的频率由振源决定，在任何介质中传播波的频率不变。

波从一种介质进入另一种介质时，唯一不变的是频率（或周期），波速与波长都发生变化．3. 波速：单位时间内波向外传播的距离。

v＝s/t＝λ/T＝λf，波速的大小由介质决定。

（三）说明：①波的频率是介质中各质点的振动频率，质点的振动是一种受迫振动，驱动力来源于波源，所以波的频率由波源决定，是波源的频率.波速是介质对波的传播速度．介质能传播波是因为介质中各质点间有弹力的作用，弹力越大，相互对运动的反应越灵敏，则对波的传播速度越大．通常情况下，固体对机械波的传播速度较大，气体对机械波的传播速度较小．对纵波和横波，质点间的相互作用的性质有区别，那么同一物质对纵波和对横波的传播速度不相同．所以，介质对波的传播速度由介质决定，与振动频率无关．波长是质点完成一次全振动所传播的距离，所以波长的长度与波速v和周期T有关．即波长由波源和介质共同决定．由以上分析知，波从一种介质进入另一种介质，频率不会发生变化，速度和波长将发生改变．②振源的振动在介质中由近及远传播，离振源较远些的质点的振动要滞后一些，这样各质点的振动虽然频率相同，但步调不一致，离振源越远越滞后．沿波的传播方向上，离波源一个波长的质点的振动要滞后一个周期，相距一个波长的两质点振动步调是一致的．反之，相距1/2个波长的两质点的振动步调是相反的．所以与波源相距波长的整数倍的质点与波源的振动同步（同相振动）；与波源相距为1/2波长的奇数倍的质点与波源的振动步调相反（反相振动．）（四）波的图象（1）波的图象①坐标轴：取质点平衡位置的连线作为x轴，表示质点分布的顺序；取过波源质点的振动方向作为y轴表示质点位移．②意义：在波的传播方向上，介质中质点在某一时刻相对各自平衡位置的位移．③形状：正弦（或余弦）．要画出波的图象通常需要知道波长λ、振幅A、波的传播方向（或波源的方位）、横轴上某质点在该时刻的振动状态（包括位移和振动方向）这四个要素．（2）简谐波图象的应用①从图象上直接读出波长和振幅．②可确定任一质点在该时刻的位移．③可确定任一质点在该时刻的加速度的方向．④若已知波的传播方向，可确定各质点在该时刻的振动方向．若已知某质点的振动方向，可确定波的传播方向．⑤若已知波的传播方向，可画出在Δt前后的波形．沿传播方向平移Δs＝vΔt.波的现象与声波（一）波的现象1. 波的反射：波遇到障碍物会返回来继续传播的现象．（1）波面：沿波传播方向的波峰（或波谷）在同一时刻构成的面．（2）波线：跟波面垂直的线，表示波的传播方向．（3）入射波与反射波的方向关系．①入射角：入射波的波线与平面法线的夹角．②反射角：反射波的波线与平面法线的夹角．③在波的反射中，反射角等于入射角；反射波的波长、频率和波速都跟入射波的相同．（4）特例：夏日轰鸣不绝的雷声；在空房子里说话会听到声音更响．（5）人耳能区分相差0.1 s以上的两个声音．2. 波的折射：波从一种介质射入另一种介质时，传播方向发生改变的现象．（1）波的折射中，波的频率不变，波速和波长都发生了改变．（2）折射角：折射波的波线与界面法线的夹角．（3）入射角i与折射角r的关系v1和v2是波在介质I和介质Ⅱ中的波速．i为I介质中的入射角，r为Ⅱ介质中的折射角．3. 波的衍射：波可以绕过障碍物继续传播的现象．衍射是波的特性，一切波都能发生衍射．产生明显衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多。

波的图象及其应用一. 波的图象的意义波的图象是表示波的传播方向上，介质中的各个质点在同一时刻相对平衡位置的位移。

当波源做简谐振动时，它在介质中形成简谐波，其波动图象为正弦或余弦图线。

因此，波动图象是介质中某时刻一系列质点的振动情况的反映。

二. 由波的图象（图1）可获取下列信息图11. 该时刻各质点的位移；2. 质点振动的振幅；3. 波长；4. 若知道波速v的方向，可知各质点的运动方向，如图1所示，该波速方向向右，则1、4质点沿方向运动；2、3质点向方向运动。

5. 若知道该时刻某质点的运动方向，可判断波的传播方向。

如图1所示，设质点4向上运动，则该波向左传播。

6. 若已知波速v的大小，可求出频率f或周期T：。

7. 若已知f或T，可求出v的大小：8. 若已知波速v的大小和方向，可画出后一时刻的波形图：波在均匀介质中做匀速运动，时间△t内各质点的运动形式沿波速方向传播，即把原波形沿波的传播方向平移△x。

三. 波的图象应用中的几个问题1. 画波的图象要画出波的图像，通常需要知道波长、振幅A、波的传播方向以及横轴上某质点在该时刻的振动状态（包括位移和振动方向）这四个要素。

2. 如何根据波的传播方向（或质点的振动方向），来判断图象上该时刻各质点的振动方向（或波的传播方向）。

方法很多，这里只介绍最简单也是最实用的一种，即“口诀法”：沿波的传播方向看，“上山低头”“下山抬头”。

其中“低头”表示质点向下振动。

“抬头”表示质点向上振动。

与人低头爬山，下山抬头远眺类比形象助记，十分简捷地判断两者方向间的关系。

如图2（a）、（b）所示，在图（a）中已知波向右传播，则向右看，OA段为上山，故质点P向下运动；AB段为下山，则质点Q向上运动。

在（b）图中，已知质点P向下运动，即低头，只有上山才低头，也只有向左看才上山。

故波向左传播。

图23. 如何根据波速v和波形，画出再经过△t时间的波形图。

（1）平移法，先算出经△t时间波传播的距离，再把波形沿波的传播方向平移△x即可。

质对市爱慕阳光实验学校高三物理振动图象和波的图象一. 波的图〔一〕波的图象：以各质点的平衡位置建立x轴，垂直于x轴建立y轴。

表示某时刻各质点偏离平衡位置的位移。

连接各位移矢量的末端得出的一条曲线。

反映：介质中多个质点在同一时刻的位移空间分布情况。

〔二〕从图象中得出：〔1〕λ、每个质点的位移，加速度的方向。

A x〔2〕振动周期，求v〔3〕图象中，某质点的振动方向判波的传播方向，波的传播方向判振动方向。

同侧法：质点的振动方向机械波传播方向，波形图线同一侧。

〔4〕根据波的传播方向与介质中某质点的振动方向。

可以画出任意时刻的波形图。

二. 振动图像：〔一〕简谐运动的图像是表示简谐运动物体的位移随时间变化规律的图像。

简谐运动的图像是正弦或余弦曲线，这也是简谐运动的另一特征。

〔二〕从简谐运动的图像，我们可以得到如下信息：〔1〕直接读出振幅〔注意单位〕；〔2〕直接读出周期；〔3〕确某一时刻物体相对平衡位置的位移；〔4〕判断任一时刻运动物体的速度方向和加速度方向；〔5〕判断某一段时间内运动物体的速度、加速度、动能及势能大小的变化情况。

三. 波的图象和振动图象区别：例1. 如图1所示，一个弹簧振子在A、B间做简谐运动，O是平衡位置，以某时刻作为计时零点t=0，经过14周期，振子具有正方向的最大加速度，那么图1所示四个运动图像中正确反映运动情况的图像是〔〕图1分析：从t=014开始经过周期，振子具有正方向的最大加速度；因为加速度方向总是指向平衡位置，且加速度大小与位移大小成比，所以此刻振子处在负的最大位移处。

答：C。

例2. 一质点作简谐振动，其位移x与时间t的关系曲线如图2所示，由图可知〔〕A. 质点振动频率是4HzB. t s=2时，质点的加速度最大C. 质点的振幅为2cmD . t s=3时，质点所受的合外力最大分析：质点完成一次全振动所需的时间叫做振动的周期，振动质点在一秒钟内完成全振动的次数叫做振动的频率，频率于周期的倒数，由图可见，振动周期为T s=4，因而振动频率f Hz=025.。