1_波的基本特征
波的特性与波长的计算
波的特性与波长的计算在物理学中，波是一种能量传播的方式，它可以存在于不同的介质中，并具有一些特定的特性。
本文将重点讨论波的特性以及如何计算波长。
一、波的特性1. 波的定义波是由能量传递的振动或震动引起的扰动。
波可以分为机械波和电磁波两种类型。
2. 机械波机械波是需要介质作为传播媒介的波动。
其中，横波是振动方向垂直于波的传播方向的波动，例如水波；纵波是振动方向与波的传播方向平行的波动，例如声波。
3. 电磁波电磁波是不需要介质作为传播媒介的波动，可以在真空中传播。
它由电场和磁场交替变化形成，包括可见光、无线电波、微波等。
4. 波长波长是波的特性之一，它是指波的一周期所对应的长度。
通常用λ表示，单位是米。
波长和波速之间的关系可以用公式v = λf表示，其中v是波的速度，f是波的频率。
5. 频率频率是指波的周期性变化，即在单位时间内波的震动次数。
通常用f表示，单位是赫兹(Hz)。
二、波长的计算波长可以通过以下公式进行计算：λ = v / f其中，λ表示波长，v表示波的速度，f表示波的频率。
以声波为例，如果已知声速为340米/秒，频率为440赫兹，我们可以通过上述公式计算出波长：λ = 340 / 440 ≈ 0.773米同样地，对于其他类型的波，如电磁波，波速和频率的已知值可以通过实验或者其他方法获得，进而通过上述公式计算出波长。
三、实际应用1. 声音的传播声波的特性和波长的计算对于音乐、通信和声学领域都具有重要意义。
例如，在音乐制作中，通过调整频率和波长，可以产生不同的音调和音色。
2. 光的传播对于可见光和其他电磁波的传播，波长的计算可以用于研究光的衍射、干涉和反射等现象。
同时，通过调整波长，我们可以实现光的分光和光谱分析。
3. 通信技术在无线通信领域，波长的计算可以帮助我们设计和优化天线系统，以实现更好的信号传输和接收效果。
通过调整波长，可以选择合适的天线尺寸和配置。
总结：本文以波的特性和波长的计算为主题，介绍了波的定义、不同类型的波、波长的含义以及计算公式。
波的特性和波的传播方向
波的特性和波的传播方向波是一种在空间中传播的能量传递方式，广泛存在于自然界和人类生活中。
了解波的特性和传播方向对于我们理解自然现象和应用中的波动非常重要。
本文将从波的特性和波的传播方向两个方面进行探讨。
一、波的特性波具有以下几个基本特性：1. 振幅（Amplitude）：指波峰或波谷到波的平衡位置（即无振动时的位置）的最大距离。
振幅决定了波的能量大小。
2. 波长（Wavelength）：指波的连续波峰之间的距离。
波长与波的频率有关，通常用λ表示。
波长越长，波的频率越低。
3. 频率（Frequency）：指在单位时间内波峰通过某一点的次数。
频率与波长成反比关系，通常用f表示。
频率越高，波的波长越短。
4. 周期（Period）：指波峰通过某一点所需的时间。
周期T与频率f 成反比关系，即T = 1/f。
周期和频率是描述波动速度的重要参数。
二、波的传播方向波的传播方向取决于介质类型和波的性质。
以下是常见波的传播方向的几种情况：1. 横波（Transverse Wave）：波动垂直于波的传播方向。
横波的传播类似于水波中垂直于波浪前进方向的浪峰。
典型的横波包括电磁波、水波和绳上的波动。
2. 纵波（Longitudinal Wave）：波动沿波的传播方向。
纵波的传播类似于弹簧中的压缩波。
声波是一种常见的纵波，通过介质的压缩和稀疏产生。
3. 表面波（Surface Wave）：波沿介质表面传播，同时具有横波和纵波的特性。
地震波是一种典型的表面波，它在地球表面传播，摇摆地表水平和垂直。
需要注意的是，波的传播方向并非固定不变的，它可能会因为不同条件的影响而发生改变。
例如，当光线从一种介质到另一种介质时，其传播方向会发生折射。
结论波的特性和传播方向是研究波动的基本概念。
通过了解波的振幅、波长、频率和周期，我们可以对波的能量和速度有更深入的理解。
而通过了解波的传播方向，我们可以预测波动在不同介质中的行为。
在日常生活和科学研究中，准确理解和应用波的特性和传播方向对于解决问题和发展技术至关重要。
高中物理新教材同步选择性必修第一册 第3章机械波 2 波的描述
2波的描述[学习目标] 1.理解波的图像的物理意义.2.理解波的图像和振动图像的区别.3.掌握波长、频率和波速的关系，并会进行有关计算．一、波的图像1．波的图像的画法(1)建立坐标系，描点用横坐标x表示在波的传播方向上各质点的平衡位置，纵坐标y表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移．得到一系列坐标为(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)，…的点．(2)连线用一条平滑的曲线把各点连接起来就是这一时刻波的图像，有时也称波形图.2．正弦波(简谐波)(1)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．(2)简谐波中各质点的振动是简谐运动．3．波形图与振动图像(1)波形图表示介质中的“各个质点”在某一时刻的位移．(2)振动图像表示介质中“某一质点”在各个时刻的位移．二、波长、频率和波速1．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．(2)特征①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．②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．2．周期T、频率f(1)周期(频率)：在波动中，各个质点的振动周期(或频率)叫波的周期(或频率)．(2)周期T和频率f的关系：f＝1T.(3)波长与周期的关系：经过一个周期T，振动在介质中传播的距离等于一个波长．3．波速(1)定义：机械波在介质中的传播速度．(2)决定因素：由介质本身的性质决定，在不同的介质中，波速是不同(选填“相同”或“不同”)(3)波长、周期、频率和波速的关系：v＝λT＝λf.1．判断下列说法的正误．(1)波的图像反映的是某一时刻介质中各质点的位移情况．(√)(2)从波的图像可以知道各质点振动的振幅．(√)(3)在波的传播方向上位移始终相同的两质点间的距离等于波长．(×)(4)机械波在介质中的传播速度取决于波源．(×)(5)波的频率由介质决定．(×)(6)根据v＝λT可知，机械波的波长越长，波速越大．(×)2.一列简谐横波在某一时刻的波形图如图1所示，由该图像可知该波的振幅为________ cm，波长为________ m；若该波波源的振动周期为T＝0.2 s，则该波的频率f＝________ Hz，波速v＝________ m/s.图1答案2 1.0 5.0 5.0一、波的图像1．对波的图像的理解(1)波的图像是某一时刻介质中各个质点运动情况的“定格”．可以将波的图像比喻为某一时刻对所有质点拍摄下的“集体照”．(2)简谐波的图像是正(余)弦曲线，介质中的质点做简谐运动．2．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偏离平衡位置的位移．(2)可以直接看出在波的传播过程中各质点的振幅A及波长．(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．3．波的图像的周期性质点振动的位移做周期性变化，即波的图像也做周期性变化，经过一个周期，波的图像复原(多选)如图2所示为一列沿x 轴正方向传播的简谐横波在某个时刻的波形图，由图像可知( )图2A ．质点b 此时位移为零B ．质点b 此时向－y 方向运动C ．质点d 的振幅是2 cmD ．质点a 再经过T2通过的路程是4 cm ，偏离平衡位置的位移大小是4 cm答案 AC解析 由题图波形图知，质点b 在平衡位置，所以此时其位移为零，选项A 正确；因波沿x 轴正方向传播，波源在左侧，由质点振动方向与波的传播方向的关系可知质点b 此时向＋y 方向运动，选项B 错误；简谐波在传播过程中，介质中各质点的振幅相同，所以质点d 的振幅是2 cm ，选项C 正确；再经过T2的时间，质点a 将运动到负的最大位移处，通过的路程是4 cm ，偏离平衡位置的位移大小是2 cm ，选项D 错误．1．在某一时刻各个质点的位移不同，但各个质点的振幅是相同的． 2．简谐波中的所有质点都做简谐运动，它们的周期均相同． 二、质点振动方向与波传播方向的关系1．带动法：后面质点依次重复前面质点的振动．2．上下坡法：沿波的传播方向看，“上坡”的点向下运动，“下坡”的点向上运动，简称“上坡下，下坡上”(如图3所示)．图33．同侧法：在波的图像上的某一点，沿y 轴方向画出一个箭头表示质点运动方向，并设想在同一点沿x 轴方向画一个箭头表示波的传播方向，那么这两个箭头总是在曲线的同侧(如图4所示)．图44．微平移法：如图5所示，实线为t 时刻的波形图，作出微小时间Δt ⎝⎛⎭⎫Δt ＜T4后的波形如虚线所示，由图可见t 时刻的质点P 1(P 2)经Δt 后运动到P 1′(P 2′)处，这样就可以判断质点的运动方向了．图5(多选)如图6所示为一列简谐波在某一时刻的波形图，此时刻质点F 的振动方向如图所示．则( )图6A ．该波向右传播B ．质点B 和D 的运动方向相同C ．质点C 比质点B 先回到平衡位置D ．此时质点F 和H 的加速度相同 答案 CD解析 由“上下坡”法可知，波只有向左传播，此时刻质点F 的运动方向才向下，同理，质点D 的运动方向也向下，而质点A 、B 、H 的运动方向向上，质点F 、H 相对各自平衡位置的位移相同，由a ＝－kxm 可知，两质点的加速度相同，因质点C 直接从最大位移处回到平衡位置，即t C ＝T 4，而质点B 要先运动到最大位移处，再回到平衡位置，故t B ＞T4＝t C ，故C 、D正确．三、波长、频率和波速 1．波长的三种确定方法(1)定义法：在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离等于一个波长． 注意 两个关键词：“振动相位总是相同”、“两个相邻质点”．“振动相位总是相同”的两质点，在波的图像上振动位移总是相同，振动速度总是相同．(2)图像法①在波的图像上，无论从什么位置开始，一个完整的正(余)弦曲线对应的水平距离为一个波长．②在波的图像上，振动位移总是相同的两个相邻质点间的距离为一个波长．(3)公式法：根据公式λ＝v T来确定．2．波长、频率和波速的关系(1)在一个周期内，振动在介质中传播的距离等于一个波长．波速与波长、周期、频率的关系为v＝λT＝λf.(2)波的周期和频率由波源决定，与v、λ无关，当波从一种介质进入另一种介质时，周期和频率不发生改变．(3)波速由介质本身的性质决定，在同一种均匀介质中波速不变．(多选)(2020·北京西城区期中)如图7所示，一列简谐横波沿x轴正方向传播，从波传到x＝5 m的M点时开始计时，已知P点相继出现两个波峰的时间间隔为0.4 s，下面说法中正确的是()图7A．这列波的波长是4 mB．这列波的传播速度是10 m/sC．质点Q(x＝9 m)经过0.5 s才第一次到达波峰D．M点以后各质点开始振动的方向都是向下的答案ABD解析从波的图像可以看出该波的波长为λ＝4 m，选项A正确；由题意可知该波的周期为T＝0.4 s，则该波的传播速度为v＝λT＝40.4m/s＝10 m/s，选项B正确；波峰传到Q所用的时间为t＝xv＝9－210s＝0.7 s，选项C错误；由波的图像可以看出，M点开始振动的方向向下，说明M点以后各质点开始振动的方向都是向下，选项D正确．针对训练1(多选)一列沿x轴以5 m/s的速度传播的简谐横波，t＝0时刻的波形如图8所示，P、Q两质点的横坐标分别为3.5 m、2.5 m．已知t＝0时质点Q的运动方向沿y轴正方向，则下列说法正确的是()图8A ．波的传播方向沿x 轴负方向B ．质点P 振动的周期为0.8 sC ．0～3.4 s 时间内质点Q 的路程为17 cmD ．t ＝0时刻起，质点P 比质点Q 先回到平衡位置 答案 ABD解析 t ＝0时，质点Q 的运动方向沿y 轴正方向，由“上下坡法”可知波沿x 轴负方向传播，故A 正确；由题图可知波的波长λ＝4 m ，由v ＝λT 得T ＝λv ＝45 s ＝0.8 s ，故B 正确；经过时间t ＝3.4 s ＝414T ，质点Q 运动的路程s <4×4A ＋A ＝17 cm ，故C 错误；在题图所示状态Q 向上运动，P 向下运动，故P 比Q 先回到平衡位置，故D 正确． 四、振动图像和波的图像的比较 导学探究如图9甲、乙为某一列波在某时刻的波的图像和某质点的振动图像，两图像横坐标和纵坐标分别表示什么意义？两图线的物理意义分别是怎样的？图9答案 波的图像横坐标表示各质点的平衡位置，纵坐标表示某时刻各质点离开平衡位置的位移；而振动图像横坐标表示某质点运动的时间，纵坐标表示该质点在不同时刻离开平衡位置的位移．波的图像表示某时刻各质点的位移，振动图像表示质点的位移随时间变化的规律． 知识深化振动图像和波的图像的比较振动图像波的图像图像坐标横坐标时间各质点的平衡位置纵坐标 某一质点在不同时刻的振动位移各质点在同一时刻的振动位移 研究对象 一个质点沿波传播方向上的各质点 物理意义 一个质点在不同时刻的振动位移介质中各质点在同一时刻的振动位移(2020·北京东城二模)如图10甲所示为一列简谐横波在t ＝0时的波的图像，图乙所示为该波中平衡位置位于x ＝4 m 处的质点P 的振动图像．下列说法正确的是( )图10A ．此波的波速为2 m/sB ．此波沿x 轴正方向传播C ．t ＝0.5 s 时质点P 的速度最大D ．t ＝1.0 s 时质点P 的加速度最大 答案 C解析 由题图可知，周期T ＝1.0 s ，波长λ＝4 m ，则波速v ＝λT ＝41.0 m/s ＝4 m/s ，选项A 错误；平衡位置位于x ＝4 m 处的质点P 在t ＝0时刻向下振动，根据“上下坡法”知，波沿x 轴负方向传播，选项B 错误；t ＝0.5 s 时，质点P 运动到平衡位置向上振动，速度最大，选项C 正确；t ＝1.0 s 时质点P 运动到平衡位置向下振动，加速度为零，选项D 错误． 针对训练2 (多选)(2019·全国卷Ⅰ改编)一简谐横波沿x 轴正方向传播，在t ＝T2时刻，该波的波形图如图11(a)所示，P 、Q 是介质中的两个质点．图(b)表示介质中某质点的振动图像．下列说法正确的是( )图11A ．质点Q 的振动图像与图(b)相同B ．在t ＝0时刻，质点P 的速率比质点Q 的大C ．在t ＝0时刻，质点P 的加速度的大小比质点Q 的大D ．平衡位置在坐标原点的质点的振动图像如图(b)所示 答案 CD解析 t ＝T2时刻，题图(b)表示介质中的某质点从平衡位置向下振动，而题图(a)中质点Q 在t＝T2时刻从平衡位置向上振动，平衡位置在坐标原点的质点从平衡位置向下振动，所以质点Q 的振动图像与题图(b)不同，平衡位置在坐标原点的质点的振动图像如题图(b)所示，选项A 错误，D 正确；在t ＝0时刻，质点P 处在波谷位置，速率为零，与其平衡位置的距离最大，加速度最大，而质点Q 运动到平衡位置，速率最大，加速度为零，即在t ＝0时刻，质点P 的速率比质点Q 的小，质点P 的加速度比质点Q 的大，选项B 错误，C 正确．1.(波的图像的理解)(多选)如图12所示为一列简谐横波在某时刻的波形图，传播方向向左，则此时刻有( )图12A ．各质点的位移都为5 cmB ．x ＝2 m 处的质点速度沿y 轴正方向C ．x ＝4 m 处的质点加速度方向沿y 轴正方向D ．x ＝8 m 处的质点速度为正的最大值 答案 CD解析 从题图波的图像可以看出，选项A 错误；根据波的传播方向和波的图像可以得出，此时刻x ＝2 m 处的质点速度方向沿y 轴负方向，选项B 错误；x ＝4 m 处的质点此时处于负的最大位移处，加速度方向沿y 轴正方向，选项C 正确；x ＝8 m 处的质点位于平衡位置，速度方向沿y 轴正方向，所以速度为正的最大值，选项D 正确．2.(波的图像的理解)(2019·北京卷)一列简谐横波某时刻的波形如图13所示，比较介质中的三个质点a 、b 、c ，则( )图13A ．此刻a 的加速度最小B ．此刻b 的速度最小C ．若波沿x 轴正方向传播，此刻b 向y 轴正方向运动D ．若波沿x 轴负方向传播，a 比c 先回到平衡位置 答案 C3．(波长、频率、周期、波速)(2020·吉林八校联考高二下学期期中)一列简谐横波沿x 轴正方向传播，传到M 点时波形如图14所示，再经0.6 s ，N 点开始振动，则该波的振幅A 和频率f 为( )图14A ．A ＝1 m f ＝5 HzB ．A ＝0.5 m f ＝5 HzC ．A ＝0.5 m f ＝2.5 HzD ．A ＝1 m f ＝2.5 Hz 答案 C解析 由题图可知，该波的振幅A ＝0.5 m ，波长λ＝4 m ，经0.6 s ，N 点开始振动，该波的波速v ＝Δx Δt ＝11－50.6 m/s ＝10 m/s ，所以频率f ＝v λ＝104 Hz ＝2.5 Hz ，故A 、B 、D 错误，C 正确．4．(振动图像与波的图像)(2021·山东枣庄八中东校区高二月考)一列简谐横波沿x 轴正方向传播，a 、b 、c 、d 为介质中沿波传播方向上四个质点的平衡位置．某时刻的波形如图15甲所示，此后，若经过34周期开始计时，则图乙描述的是( )图15A ．a 处质点的振动图像B ．b 处质点的振动图像C ．c 处质点的振动图像D ．d 处质点的振动图像 答案 B解析 因横波沿x 轴正方向传播，经34周期振动到平衡位置的质点为平衡位置在b 、d 处的质点，该时刻平衡位置在b处的质点的振动方向沿y轴负方向，平衡位置在d处的质点的振动方向沿y轴正方向，故题图乙为平衡位置在b处的质点的振动图像，故选B.考点一波的图像的理解及质点振动方向的判定1.如图1所示为一列简谐横波在某一时刻的波形图，已知质点A在此时刻的振动方向如图中箭头所示，则下列说法正确的是()图1A．波向左传播，质点B向下振动，质点C向上振动B．波向右传播，质点B向上振动，质点C向下振动C．波向左传播，质点B向上振动，质点C向上振动D．波向右传播，质点B向下振动，质点C向下振动答案 C解析若波向右传播，则A质点处于下坡，应向上振动，由此可知波向左传播．同理可判断C向上振动，B向上振动，故C正确．2.(多选)如图2所示为一列简谐波在某一时刻的波形图，下列说法中正确的是()图2A．此列波的振幅是0.1 mB．平衡位置在x＝15 cm处质点的位移是0.1 mC．若质点A的速度沿y轴正方向，则质点B的速度亦沿y轴正方向D．质点A的加速度沿y轴负方向，而质点B、C的加速度沿y轴正方向答案ACD解析从题图波的图像上可以直接读出振幅是0.1 m，平衡位置在x＝15 cm处质点的位移是－0.1 m，A正确，B错误；各质点加速度的方向总是指向平衡位置，D正确；由于A、B两质点此刻处在同一“坡”上，根据“上下坡法”可以判断A、B速度方向一致，均沿y轴正方向，C正确．3.(多选)如图3所示为某一时刻某简谐波的图像，波的传播方向沿x轴正方向，下列说法正确的是()图3A．质点a、b的振幅相等B．该时刻质点b、e的速度相同C．该时刻质点c、d的加速度为零D．该时刻质点d正在向下运动答案AD解析该时刻a、b质点位移不同，但对简谐波来说，各质点的振幅都是相等的，A正确；该时刻质点b速度方向向上，而质点e速度方向向下，它们的速度不同，B错误；该时刻质点c位移为负的最大值，其回复力和加速度都为正的最大值，质点d的运动方向是向下的，位移为零，加速度为零，C错误，D正确．考点二振动图像与波的图像4．一列简谐横波沿x轴负方向传播，图4甲是t＝1 s时的波形图，图乙是波中某振动质点位移随时间变化的振动图像(两图用同一时间起点)，则图乙可能是图甲中哪个质点的振动图像()图4A．x＝0处的质点B．x＝1 m处的质点C．x＝2 m处的质点D．x＝3 m处的质点答案 A5．(多选)取向上为质点振动的正方向，得到如图5所示的两个图像，则图像上A、B两点的运动方向是()图5A．A点向下B．A点向上C．B点向下D．B点向上答案AC解析题图甲表示的是波的图像，由于波沿x轴负方向传播，所以题图甲中质点A的振动方向向下，A正确，B错误；题图乙表示的是振动图像，在题图乙中B点所对应的时刻质点正向下运动(因为下一时刻位移为负值)，C正确，D错误．6．一简谐横波沿x轴正方向传播，图6甲是t＝0时刻的波形图，图乙是介质中某质点的振动图像，则该质点的x坐标值合理的是()图6A．0.5 m B．1.5 m C．2.5 m D．3.5 m答案 C解析从题图乙得到t＝0时，该质点的位移为负且沿y轴负方向运动；在给出的选项中在题图甲中位移为负值、大小与题图乙中t＝0时相等且速度沿y轴负方向的是x＝2.5 m处的质点，故C正确．考点三波长、波速与频率的关系7.(多选)周期为2.0 s的简谐横波沿x轴传播，该波在某时刻的图像如图7所示，此时质点P 沿y轴负方向运动，则该波()图7A．波长为40 mB ．频率为0.5 HzC ．沿x 轴负方向传播，波速v ＝20 m/sD ．沿x 轴正方向传播，波速v ＝10 m/s 答案 BD解析 已知质点P 正沿y 轴负方向运动，可知波沿x 轴正方向传播；由波的图像可知λ＝20 m ，又T ＝2.0 s ，则频率f ＝1T ＝0.5 Hz ，B 正确；波速v ＝λT＝10 m/s ，D 正确．8.一列简谐波在某时刻的波形图如图8所示，已知图中质点b 的起振时刻比质点a 延迟了0.5 s ，b 、c 平衡位置间的距离为5 m ，以下说法正确的是( )图8A ．此列波的波长为2.5 mB ．此列波的频率为2 HzC ．此列波的波速为2.5 m/sD ．此列波的传播方向为沿x 轴正方向传播 答案 D解析 相邻两个波峰或者波谷之间的距离就是一个波长，则λ＝5 m ，A 项错；a 和b 之间的距离为半个波长，波从a 传到b 所用时间为半个周期即0.5 s ，所以周期为T ＝1 s ，频率f ＝1 Hz ，B 项错；波速v ＝λT ＝5 m/s ，C 项错；质点b 的起振时刻比质点a 延迟，说明波是从a 向b 传播，即沿x 轴正方向传播，D 项对．9．(多选)一列简谐横波在t ＝0时的波形图如图9所示，介质中x ＝2 m 处的质点P 沿y 轴方向做简谐运动的表达式为y ＝10sin(5πt )cm.关于这列简谐波，下列说法正确的是( )图9A ．周期为4 sB ．振幅为20 cmC ．传播方向沿x 轴正方向D ．传播速度为10 m/s答案 CD解析 ω＝5π rad/s ，则周期为T ＝2πω＝0.4 s ．由题图波的图像知，振幅为A ＝10 cm ，波长λ＝4 m ，故波速为v ＝λT ＝10 m/s.由P 做简谐运动的表达式可知，P 点在t ＝0时振动方向为沿y 轴正方向，故波沿x 轴正方向传播．故选C 、D.10．一列沿x 轴正方向传播的横波在某时刻的波形图如图10所示，其中质点P 、Q 到平衡位置的距离相等．波的周期为T ，关于P 、Q 两质点，以下说法正确的是( )图10A ．该时刻质点P 的速度在增大B ．该时刻质点Q 的加速度在减小C ．再经过T4，两质点到平衡位置的距离仍相等D ．该时刻两质点的速度相同 答案 C解析 波沿x 轴正方向传播，则P 质点向上运动，Q 质点向下运动，可知质点P 的速度正在减小，质点Q 的加速度正在增大，A 、B 错误；由题图可知，P 、Q 两质点平衡位置的间距是半个波长，故P 、Q 的振动情况总是相反，该时刻两质点的速度大小相等，方向相反，再经过T4，两质点到平衡位置的距离仍相等，C 正确，D 错误． 11．(2020·北京高考适应性测试)一简谐横波沿x 轴正方向传播，周期为T ，波长为λ.若在x ＝0处质点的振动图像如图11所示，则该波在t ＝T2时刻的波形为( )图11答案 A解析 由振动图像可知，x ＝0处的质点在t ＝T2时刻处在平衡位置，且正在向下运动；该简谐横波沿着x 轴正方向传播，根据“上下坡法”可知，只有A 图中x ＝0处的质点正通过平衡位置向下运动，符合要求．12．(多选)(2020·台州市期末)一列波的波源S 在O 点做竖直方向、频率为10 Hz 的简谐运动，t 0时刻，向右传播的波形如图12所示，向左传播的波形未画出．下列说法正确的是( )图12A ．t 0时刻，x ＝1 m 处的质点运动方向向上B ．t 0时刻，x ＝－2 m 处的质点运动方向向上C ．t 0＋0.175 s 时刻，x ＝－1 m 处的质点处在波谷位置D ．t 0－0.025 s 时刻，x ＝1 m 处的质点处在波峰位置 答案 AC解析 由于波源在O 点处，x 轴正半轴的波向右传播，则将波形图向右微平移，可知x ＝1 m 处的质点向上运动，故A 正确；t 0时刻，x ＝－2 m 处的质点与x ＝2 m 处的质点运动方向相同，运动方向向下，故B 错误；波的周期为T ＝1f ＝110 s ＝0.1 s ，则从t 0到t 0＋0.175 s 时刻，经过了134T ，x ＝－1 m 处的质点与x ＝1 m 处的质点的位移相同，处于波谷，故C 正确；t 0－0.025 s 时刻在t 0时刻之前14T ，x ＝1 m 处的质点处于波谷位置，故D 错误．13．(2020·北京延庆区期末)如图13所示，一列沿x 轴传播的简谐横波，t ＝0时刻的波形图如图甲所示，图乙表示x ＝1.0 m 处质点P 的振动图像．求：图13(1)波的波长λ和振幅A ；(2)请判断这列波的传播方向，并计算该简谐横波传播速度v 的大小； (3)t ＝0.7 s 内质点Q 运动的路程s .答案 (1)2.0 m 10 cm (2)沿x 轴正方向 5 m/s (3)0.7 m 解析 (1)由题图甲知，波的波长λ＝2.0 m ，振幅A ＝10 cm ； (2)由v ＝λT ，又T ＝0.4 s ，所以v ＝5 m/s ，由题图乙知，质点P 在t ＝0时刻正向上运动，由“上下坡法”知波的传播方向为沿x 轴正方向．(3)由于周期T ＝0.4 s,0.7 s ＝134T ，t ＝0时刻，质点Q 处于平衡位置， 故质点Q 运动的路程s ＝(1＋34)×4A ＝0.7 m.14．(2020·日照市期末)一列沿x 轴负方向传播的简谐横波，在t ＝0时刻的波形如图14所示，质点振动的振幅为5 cm ，P 、Q 两点的坐标分别为(－1 m,0)和(－9 m,0)，已知t ＝0.6 s 时，P 点第一次出现波峰．图14(1)这列波的传播速度多大？(2)从t ＝0时刻起，经过多长时间Q 点第二次出现波谷？(3)从t ＝0时刻起到Q 点第二次出现波谷过程中，P 点通过的路程为多少？ 答案 见解析解析 (1)由题图可知该波的波长为λ＝4 m P 点与最近波峰的水平距离为s ＝3 m ， 所以v ＝st＝5 m/s(2)Q 点与最近波谷的水平距离为s 1＝13 m ， 故Q 点第一次出现波谷的时间为t 1＝s 1v ＝2.6 s 该波中各质点振动的周期为T ＝λv ＝0.8 s 故Q 点第二次出现波谷的时间为t 1＋T ＝3.4 s.(3)P 点起振需经过时间t 2＝0.4 s ，起振方向向上Q 点第二次出现波谷时质点P 振动了t 3＝3.4 s －0.4 s ＝3 s 知t 3＝15T 4质点振动的振幅为5 cm ，则当Q 点第二次出现波谷时，P 点通过的路程s ′＝154×4A ＝0.75 m。
人教版高中物理选择性必修第一册《波的描述》教案及教学反思
人教版高中物理选择性必修第一册《波的描述》教案及教学反思课程背景波是物理学中的重要概念，关乎到声音、光线和无线电波等多个领域。
本次课程涉及到波的基本概念和特征，以探究其运动规律和表现形式，并辅以具体实验进行讲解。
本文将分享针对此题目的教案设计和教学反思，以期能辅助到相关领域教师的教学工作。
教学目标•了解波动的基本概念与特征，例如波长、频率、波速等；•辨别机械波和电磁波，并学习它们的基本特征以及相互关系；•了解波的传播方式，即横波和纵波的区别；•能够进行类比实验，以证明横波、纵波和电磁波的波动规律；•能运用所学知识解答相关问题。
教学过程教学步骤第一步：引入通过一张著名的海上日出图片来引入本节课程，提问学生们如何解释这个场景中出现的现象。
第二步：讲解1.波的基本概念和特征： - 波长、频率、波速的定义； - 机械波和电磁波的基本区别； - 波的传播方式、波的干涉、衍射和折射。
2.实验讲解与演示： - 弦波实验，察觉波长和周期； -声波实验，观察波的干涉； - 电磁波实验，学习高斯光束的折射。
第三步：演示老师针对三类波的传播规律和特点进行简单的演示，如放置玻璃块和水边演示光的折射、在办公桌上的吹管实验进行声音的观察，等等。
第四步：合作学生们依照任选的方式，选择横波、纵波和电磁波之一展开小组合作任务，运用类比的方法，探究其波动规律，并尝试回答一些与波的相关问题。
第五步：总结总结此次课程主要内容，让学生自由提问并进行深入讨论。
教学方法本节课程结合了多种不同的教学方法，包括旁白式讲解、图示解说、实验演示、小组合作练习和总结讨论等。
通过前四步骤的安排，学生能够完整地领略到波的基本概念和特征，也可以在自己喜欢的方式下进行类比实验，以更好地理解波的传播规律和应用形式，最后进行总结讨论，使学生对课程内容有个大致的了解，并提高对于波的认识。
效果检测1.学生们能否准确解释波的基本概念和特征？2.学生们是否能够区分机械波和电磁波之间的区别？3.学生们是否能够通过实验验证波的传播规律？4.学生们是否能够就波的相关问题进行深入的讨论?5.教学方法的效果如何，这些方式是否有效提升了学生们对于本题材料的认识度？教学反思本节物理课程通过图示解说、实验演示、小组合作和讨论总结的方式，将波动规律进行了全面而深入的介绍。
一级浪涌试验波形
一级浪涌试验波形
一级浪涌试验波形是一种电力系统中常用的试验波形，用于测试电力设备的耐受能力和保护装置的动作性能。
一级浪涌试验波形通常由一个浪涌产生器产生，其波形特征如下：
1. 浪涌持续时间：一级浪涌试验波形的持续时间通常为1.2微秒。
2. 波形上升时间：一级浪涌试验波形的上升时间通常为50纳秒。
3. 波形峰值电压：一级浪涌试验波形的峰值电压通常为2千伏。
4. 波形频率：一级浪涌试验波形的频率通常为1千赫。
一级浪涌试验波形可以模拟电力系统中的瞬态浪涌现象，用来测试设备在这种浪涌情况下的耐受能力和保护装置的动作性能。
这种试验波形主要应用于电力设备的型式试验和验收试验中，以确保设备能够正常运行并具有良好的抗浪涌能力。
波的性质和声音传播
声音的传播速度
声音传播速度与介质有关，在固体中传播最快，其次是液体，最后是气 体。
声音在真空中的传播速度是最快的，为343米/秒。
声音在不同介质中的传播速度不同，但都随着温度的升高而增大。
声音的传播速度还受到声源和接收器距离的影响，距离越远，传播速度 越慢。
声音的传播介质
固体：声音通过固 体传播时，速度较 快，能够传递更多 的信息
声波的应用
声音信号传输
声波在通信中的 应用，如电话、 广播和电视
声波在医学领域 的应用，如超声 波诊断和声波治 疗
声波在军事领域 的应用，如声呐 和声音武器
声波在环境监测 中的应用，如声 音传感器和噪声 控制
声音传感器
声波传感器是一种能够将声音信号 转换为电信号的装置，广泛应用于 声音检测、语音识别等领域。
波的性质和声音传播
汇报人：XX
波的性质 声音传播 声波的特性 声波的应用 声波的传播规律
波的性质
波动现象
波动现象的定义和分类 波动的基本特性：振动、传播和干涉 波动方程和波动速度 波动在声学、电磁学等领域的应用
波的分类
机械波：由物体振 动产生的，如声波、 水波
电磁波：由电磁场 变化产生，如无线 电波、光波
声波的干涉和衍射
干涉：当两个或多个 声波相遇时，它们会 相互叠加，形成加强 或减弱的现象，从而 影响声波的传播。
衍射：声波遇到障碍 物时，会绕过障碍物 继续传播的现象，这 是声波的波动性质所 决定的。
衍射现象在日常生 活中比较常见，比 如我们常说的回声 ，就是声波在传播 过程中遇到障碍物 后返回形成的现象 。
声波的传播规律
声波的反射和折射
声波遇到障碍物时会 发生反射，反射波与 入射波的传播，会发 生折射，折射角与入 射角和介质间的关系 有关
《身边的波》 教学设计
《身边的波》教学设计一、教学目标1、知识与技能目标（1）学生能够理解波的基本概念，包括波的定义、产生条件和传播方式。
（2）学生能够区分不同类型的波，如机械波和电磁波，并了解它们的特点和应用。
（3）学生能够掌握波的基本特征，如波长、频率、波速等，并能运用相关公式进行简单的计算。
2、过程与方法目标（1）通过观察实验和生活中的波现象，培养学生的观察能力和分析问题的能力。
（2）通过小组讨论和探究活动，培养学生的合作学习能力和科学探究精神。
3、情感态度与价值观目标（1）激发学生对物理学的兴趣，感受物理学与生活的紧密联系。
（2）培养学生的科学思维和创新意识，提高学生的科学素养。
二、教学重难点（1）波的概念和产生条件。
（2）机械波和电磁波的区别与联系。
（3）波的基本特征及其相关计算。
2、教学难点（1）理解波的传播过程和本质。
（2）波长、频率和波速的关系及其应用。
三、教学方法1、讲授法讲解波的基本概念、原理和相关知识，使学生对波有初步的了解。
2、实验法通过演示实验，如绳波实验、水波实验等，让学生直观地观察波的产生和传播过程。
3、讨论法组织学生进行小组讨论，探讨生活中的波现象，加深对波的理解。
4、多媒体教学法利用图片、视频等多媒体资源，展示各种波的现象和应用，丰富教学内容，提高教学效果。
1、导入新课（1）通过播放一段海浪拍岸的视频，引导学生观察海浪的起伏和传播，提问学生：“你们看到了什么？这种现象是如何产生的？”从而引出本节课的主题——波。
（2）展示一些生活中常见的波的图片，如声波、光波、无线电波等，让学生思考这些波的共同特点和不同之处。
2、新课讲授（1）波的概念①讲解波的定义：波是一种振动的传播现象，它可以在介质中或真空中传播。
②举例说明波的产生条件：需要有振源和介质。
例如，绳子一端固定，另一端上下振动，就会在绳子上形成波；空气中发声体振动，会在空气中形成声波。
（2）机械波①演示绳波实验：让一位学生手持绳子的一端上下振动，其他学生观察绳子上波的传播。
物理波的类型与特性
物理波的类型与特性在物理学中，波是一种传递能量的方式。
物理波可以分为横波和纵波两种类型，它们具有不同的特性和传播方式。
一、横波横波是指波动方向与能量传播方向垂直的波动。
典型的横波包括电磁波和水波。
1. 电磁波电磁波是由电场和磁场相互作用形成的一种波动。
光波和无线电波都属于电磁波的范畴。
电磁波具有以下特性：（1）电磁波无需介质传递，可以在真空中传播；（2）电磁波具有波长和频率的关系，其波长越长，频率越低，能量越小；（3）电磁波可以被透射、反射和折射。
2. 水波水波是指在液体或水面上传播的波动现象。
水波具有以下特性：（1）水波需要介质传递，一般在水中传播；（2）水波有波长和频率之间的关系，波长越长，频率越低，能量越小；（3）水波可以通过干涉和衍射现象来解释。
二、纵波纵波是指波动方向与能量传播方向相同的波动。
声波是最常见的纵波。
1. 声波声波是由物质分子的压缩和稀疏引起的纵向波动。
声波具有以下特性：（1）声波需要介质传递，需要通过物质的分子振动传播；（2）声波有波长和频率之间的关系，波长越长，频率越低，能量越小；（3）声波可以被吸收、折射和干涉。
总结：物理波的类型包括横波和纵波。
横波是波动方向与能量传播方向垂直的波动，电磁波和水波是典型的横波。
电磁波无需介质传递，在真空中传播，并具有波长和频率之间的关系。
水波需要介质传递，在水中传播，并可以通过干涉和衍射现象来解释。
纵波是波动方向与能量传播方向相同的波动，声波是最常见的纵波。
声波需要介质传递，并具有波长和频率之间的关系，可以被吸收、折射和干涉。
通过对物理波的类型与特性的了解，我们可以更好地理解和应用波动理论。
波动现象在自然界和工程应用中都具有重要的作用，对于进一步研究和应用物理学有着重要意义。
声学基础1_声波的基本性质
• 线性化（小振幅波）
dP 1 c0 d s ,0 s 0
2
• 小振幅波媒质状态方程为
p c0
2
14
第1章 声波的基本性质
1.2 波动方程
线性波动方程
• 一维线性声波动方程
u p 0 t x u ' 0 x t 2 p c0 '
18
u y
p u z dt 0 z 1
第1章 声波的基本性质
1.2 波动方程
速度势的定义
速度势
, , uy x y
p
0
dt u x
uz z
u
速度势的性质
状态方程:
则 称为速度势函数
p 2 c0 t t
连续性方程: div( 0u )
1 2 2 2 c0 t
各向均匀球面波：波阵面保持球面，传播方向为矢径
无限长圆柱面波：波阵面保持柱面，传播方向为矢径
2 ( rp ) 1 2 ( rp ) 2 2 c0 t 2 r
S 4r 2
1 p 1 2 p r 2 r r r c0 t 2
波阵面定义：声波传播某一时刻后声波的等相位面
17
第1章 声波的基本性质
1.2 波动方程
速度势 矢量场理论简介
一个矢量可以表示为标量的梯度和零散度矢量的旋度
divΗ 0 H z H y H x H z H y H x Η y z i z x j x y k
2023届高考物理一轮复习课件：机械振动 机械波
3
B．振动 A 的相位滞后振动 B 的相位 π
4
5
C．振动 A 的相位滞后振动 B 的相位 π
4
D．两个振动没有位移相等的时刻
+ )cm，x B＝8sin(4π
x
t
4.周期T：①1T走4A。 1T后回到原位置
②T/2走2A。T/2后到达O点对称位置
x.v.a大小相等方向相反
③T/4不一定走A
A
A/2
示，下列说法正确的是(
C)
A．t＝0.6 s时，振子在O点右侧6 cm处
B．振子在t＝0.2 s和t＝1.0 s时的速度相同
C．t＝1.2 s时，振子的加速度方向水平向右
D．t＝1.0 s到t＝1.4 s的时间内，振子的加速度和速度都逐渐增大
考点2
[典例 2]
机械波
一振动片以频率 f 做简谐振动时，固定在振动片上的两根细
平衡位置：mg=kx0
F回=kx1-mg =kx1-kx0
mg
二、简谐运动
ɵ
1.动力学：
T
2.运动学：
3.振幅A：
x
4.周期T：
mg
5.种类：
①弹簧振子 T=2π
②单摆 ɵ<50 T=2π
注意：简谐运动T与振幅无关。受迫振动时=f驱的周期。
驱动力的周期等于简谐运动的固有周期时振幅
最大，即发生共振。
)
C
A．小球振动的固有频率是4 Hz
B．小球做受迫振动时周期一定是4 s
C．圆盘转动周期在4 s附近时，小球振幅显著增大
D．圆盘转动周期在4 s附近时，小球振幅显著减小
3．如图甲所示，弹簧振子以O点为平衡位置，在光滑水平面上的A
_新教材高中物理第三章机械波1波的形成课件新人教版选择性必修第一册
横波和纵波
1．对比
项目
定义
标识性物理量
质点的振动方向 波峰：凸起的 横波 与波的传播方向 _最__高__处___
波谷：形
项目
定义
标识性物理量
质点的振动方向 密部：质点分布
与波的传播方向 ___最__密_____的位置 纵波
在__同__一__直__线__上__的 疏部：质点分布
④科学态度与责任：用波动演示器显示波的叠加．观察音叉双臂振 动激发的水波干涉现象．学生们手拉手站成一排，依次下蹲、起立，模 拟机械波．查阅资料，了解多普勒效应的实际应用．查阅资料，举办关 于机械波的讨论会．
本章是力学的最后一章，整体难度并不大，属于高考的重点．本章 引导学生通过研究机械波现象，拓展对物理世界的认识和理解；通过创 设学生感兴趣的问题情境，引导学生运用已有的概念和规律分析常见的 机械波现象．
探究总结 1．机械波的形成
2．机械波的特点 (1)机械波传播的是振动形式、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．
本章重点 ①知道波的产生和传播，横波和纵波的异同点；②知道 波的反射、折射、衍射、干涉等现象，能解释多普勒效应产生的原因； ③理解波速、波长和频率的关系．
本章难点 ①能分析波的图像问题，能用图像描述横波；②理解波 速、波长和频率的关系，并能进行相关计算；③能分析波的多解问题．
1 波的形成
学习目标 1．理解机械波的形成过程和传播 条件 2．知道机械波的分类——横波和 纵波 3．明确机械波传播的特点 4．通过对波的认识和理解，逐步 提高空间想象能力
广西专版新教材高中物理第3章机械波2波的描述课件新人教版选择性必修第一册
称,故那时P点的位移一定为负值,选项D正确。
规律总结
质点振动方向和波的传播方向的关系
已知质点的振动方向来判断波的传播方向或已知波的传播方
向来判断质点的振动方向时,依据的基本规律是横波的形成
与传播的特点,常用方法如下。
1.上下坡法。
沿波的传播方向看,“上坡”的点向下运动,“下坡”的点向上运
2.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。
(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。
3.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,
重难归纳
1.对波长的理解。
(1)关于波长的定义:“相邻”和“振动相位总是相同”是波长
定义的关键,两者缺一不可。
(2)相距一个(或整数个)波长的两个质点的振动位移在任何
时刻都相同,而且振动速度的大小和方向也相同,即相距一个
(或整数个)波长的两个质点的振动状态相同。
(3)质点完成一次全振动,波向前传播一个波长,即波在一个
1
周期内向前传播一个波长。可推知,质点振动 4 周期,波向前
1
1
传播 4 波长;反之,相隔 4 波长的两质点的振动的时间间隔是
1
4 个周期。并可依此类推。
2.对波速的理解。
(1)波速的实质:波的传播速度即波形的平移速度。
(2)波从一种介质进入另外一种介质,波源没变,波的频率不
会发生变化;介质的变化导致了波速和波长的改变。
《第三章 3 波的反射、折射和衍射》学历案-高中物理人教版19选择性必修第一册
《波的反射、折射和衍射》学历案（第一课时）一、学习主题本学历案的主题是《波的反射、折射和衍射》，是高中物理课程中重要的一课。
通过本课的学习，学生将掌握波的基本概念、波的反射与折射现象及其在日常生活和科学技术中的应用。
二、学习目标1. 理解波的基本概念，包括波的传播、波长、频率和振幅等基本参数。
2. 掌握波的反射定律和折射定律，并能够应用这些定律分析实际问题。
3. 理解并掌握波的反射现象和折射现象，并能对波在不同介质中的传播做出正确的解释。
4. 了解衍射现象的基本概念，并能够通过实验观察和理解衍射现象。
三、评价任务1. 通过课堂小测验，评价学生对波的基本概念的理解程度。
2. 通过课堂讨论和小组活动，评价学生对波的反射和折射定律的应用能力。
3. 通过实验观察和报告撰写，评价学生对衍射现象的理解程度。
4. 通过课后作业，综合评价学生对本课知识的掌握情况。
四、学习过程1. 导入新课：通过生活中的例子（如水波、声波等）引出波的概念，并介绍波的基本特征。
2. 波的基本概念：详细讲解波的传播、波长、频率和振幅等基本概念，并通过图示和实例加深理解。
3. 波的反射：介绍波的反射现象，讲解反射定律，并通过实验演示波的反射过程。
4. 波的折射：讲解波的折射现象，介绍折射定律，并通过实例分析波在不同介质中的传播。
5. 衍射现象简介：介绍衍射现象的基本概念，并简单介绍衍射现象的观察方法。
6. 课堂小结：总结本课学习的重点内容，加深学生对知识的理解和记忆。
7. 布置课后作业：布置相关练习题和实验报告，要求学生完成并提交。
五、检测与作业1. 课堂小测验：在课堂中进行小测验，检验学生对波的基本概念的理解程度。
2. 课后作业：布置相关练习题，包括选择题、填空题和简答题等，要求学生独立完成并提交。
3. 实验报告：要求学生进行衍射现象的实验观察，并撰写实验报告，记录实验过程和结果。
六、学后反思1. 反思学习过程：学生应反思自己在学过程中遇到的问题和解决方法，总结学习经验。
2波的描述-人教版高中物理选择性必修第一册(2019版)教案
2 波的描述-人教版高中物理选择性必修第一册（2019版）教案一、教学目标1.了解波的基本概念和特点；2.掌握横波和纵波的区别；3.理解波的传播过程中的能量转换；4.能够运用公式计算波的特征参数。
二、教学内容1.波的基本概念和特点引入：在中学阶段的自然科学学习中，“波”可能是一个大家比较熟悉的概念了，比如声波、光波等等，那么什么是波呢？波是一种传播方式，很多物理现象都可以通过波来描述和解释，比如光的现象，常见的暴风雨，水波等等。
那么怎样来描述这种传播方式呢？先提供一个简单的图示：如上图所示，我们可以看到一根线，上面标注了许多相同距离的点，这些点表示波的振动点（振动不一定是垂直方向）。
一般情况下，向右传播的波和向左传播的波分别用不同的颜色表示。
同时，我们还可以通过网格图来描绘波的传播过程。
接下来，引出波的特点：（1）波的基本概念根据不同的传播方式，波可以分为横波和纵波两种类型。
其中，纵波表示振动方向与波传播方向一致，比如声波就是一种纵波。
而横波则是振动方向与波传播方向垂直，比如光波就是一种横波。
（2）波的特点除了波的传播方式不同，波还有一些其他的特点，比如波长、频率、振幅等等。
其中，波长是单位时间内波所传播的距离，频率是单位时间内波的震动次数，振幅则表示波的振动幅度。
这些特点决定了波的性质和传播方式。
2.横波和纵波的区别引入：我们刚刚提到了波的传播方式不同可以分为横波和纵波，那么我们来看一下这两种波究竟有什么区别？得出主要结论：横波和纵波的最大区别在于波的振动方向与波的传播方向的关系。
横波是指振动方向与波传播方向相垂直的波，而纵波则是指振动方向与波传播方向一致的波。
接着，通过给出一些典型的例子，来说明横波和纵波的特点：1.横波和纵波的区别：光学中的波光学中波的传播过程可以用电磁波来描述，电磁波等同于一种横波，而光波的振动方向则垂直于电磁波的传播方向。
这意味着光波传播的方向是不变的，而光波振动的方向是会变化的。
物理必修一知识点总结
物理必修一知识点总结一、力和运动的基本概念1. 力的定义与分类- 力是物体间相互作用的量，可由重力、弹力、摩擦力等产生。
- 力的作用效果包括改变物体的运动状态和形状。
2. 力的合成与分解- 合力与分力的关系，以及如何通过平行四边形法则进行力的合成与分解。
3. 牛顿运动定律- 第一定律（惯性定律）：物体保持静止或匀速直线运动状态，除非受到外力作用。
- 第二定律（动力定律）：F=ma，力等于物体质量与加速度的乘积。
- 第三定律（作用与反作用定律）：作用力与反作用力大小相等、方向相反。
4. 摩擦力- 静摩擦力与动摩擦力的区别及其计算方法。
- 摩擦力的方向和大小与接触面的性质和正压力有关。
5. 圆周运动- 匀速圆周运动的特征和向心力的计算。
- 向心加速度的概念及其与线速度、角速度的关系。
二、功、能和功率1. 功的定义和计算- 功是力在位移方向上所做的工，计算公式为W=Fscosθ。
- 功的单位是焦耳（J）。
2. 功率的概念- 功率是单位时间内做功的多少，计算公式为 P=W/t。
- 功率的单位是瓦特（W）。
3. 动能和势能- 动能：Ek=1/2mv^2，与物体的质量和速度有关。
- 重力势能：Ep=mgh，与物体的质量、重力加速度和高度有关。
4. 机械能守恒定律- 在没有非保守力做功的情况下，系统的总机械能保持不变。
三、万有引力和天体运动1. 万有引力定律- 任何两个物体间都存在引力，其大小与两物体质量的乘积和距离的平方成反比。
2. 天体运动- 开普勒定律描述了行星围绕恒星运动的规律。
- 行星轨道的椭圆形状和面积速度定律。
3. 卫星运动- 卫星在地球引力场中的运动规律。
- 轨道速度、周期与轨道半径的关系。
四、流体静力学1. 流体静压力- 流体静压力与深度的关系，以及如何应用流体静力学方程。
2. 阿基米德原理- 浮力的计算和原理，物体在流体中受到的向上力与其所排流体的重量相等。
3. 压强测量- 利用U型管和压力计测量流体的压强。
大学物理 ——波(一)
大学物理 ——波（一）引言概述：波是一种常见的物理现象，在自然界和人类日常生活中都能观察到。
本文旨在介绍大学物理学习中的第一部分——波的基本概念和性质。
通过本文的学习，读者将了解波的定义、波的分类以及波动方程等重要概念，并深入探讨机械波和电磁波的性质以及波的传播规律。
正文：1. 波的概念- 定义：波是一种能量传播的方式，以振动或震动形式传递能量而不传递物质的现象。
- 特点：波具有传播、反射、折射和干涉等特点，能够对物体进行作用。
- 分类：根据振动方向和能量传播方式的不同，波可分为机械波和电磁波两大类。
2. 机械波- 定义：机械波是通过介质（如水、空气等）传播的波动现象。
- 特点：机械波必须依赖介质进行传播，传播速度取决于介质的性质。
- 分类：根据粒子振动方向的不同，机械波可分为横波和纵波两种。
- 性质：机械波具有反射、折射、干涉和衍射等特性。
3. 电磁波- 定义：电磁波是通过电场和磁场相互作用而传播的波动现象。
- 特点：电磁波可以在真空中传播，其传播速度为光速。
- 分类：根据波长和频率的不同，电磁波可分为射线、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。
- 性质：电磁波可以反射、折射、干涉和衍射，并具有波粒二象性。
4. 波动方程- 定义：波动方程是描述波动现象的数学表达式。
- 机械波方程：对于一维机械波，波动方程一般表示为∂²u/∂x ² = (1/v²) * ∂²u/∂t²，其中v为波速。
- 电磁波方程：对于电磁波，波动方程一般表示为∇²E - (1/c²) * ∂²E/∂t² = 0，其中c为光速。
5. 波的传播规律- 原理：波的传播遵循赫兹和惠更斯原理。
- 赫兹原理：根据赫兹原理，波会沿着直线传播，且传播方向垂直于波前。
- 惠更斯原理：根据惠更斯原理，波会在达到障碍物或波前边缘时发生衍射，形成新的波前。
波长的概念
波长的概念一、引言波长是物理学中的一个重要概念，它是描述电磁波和其他类型波的基本特征之一。
在日常生活中，我们经常会听到“红光波长”、“紫外线波长”等词汇，这些都是与波长相关的概念。
本文将详细介绍波长的概念及其相关知识。
二、什么是波长1. 定义波长是指在同一周期内，电磁场或物质传播中，任意两个相邻点之间距离的长度。
2. 物理意义波长是描述电磁场或物质传播中某一特定频率下的振动情况的参数。
具体来说，当电磁场或物质发生振动时，它们会以一定频率和振幅向周围空间传播，而这种传播就可以用波来描述。
而不同频率下的振动所产生的波就具有不同的特征，在这些特征中，最重要的就是它们所对应的波长。
三、如何计算波长1. 公式在空气或真空中传播时，电磁场（包括光）和声音等机械波单位长度内所包含的波峰数或波谷数称为波长。
其计算公式为：λ = v/f其中，λ表示波长，v表示波速，f表示频率。
2. 波速的影响不同介质中的波速不同，因此相同频率下的振动在不同介质中所对应的波长也会有所不同。
例如，在空气中传播的光与在水中传播的光所对应的波长就有明显区别。
四、波长在光学中的应用1. 光谱分析根据物质吸收和发射特定频率下光线时发生变化的原理，可以通过测量物质对特定频率下光线吸收或发射程度来确定物质种类和组成。
而这些特定频率下光线所对应的就是特定波长范围内的光线。
2. 彩色成像我们所看到的彩色图像实际上是由红、绿、蓝三种基本颜色组成，而这些颜色又可以通过不同波长范围内的光线混合得到。
例如，在显示器屏幕上显示红色时会发出630-740纳米（nm）范围内的光线。
五、结语本文详细介绍了波长的概念及其相关知识。
波长作为描述电磁场或物质传播中某一特定频率下的振动情况的参数，具有广泛的应用价值。
在实际应用中，我们可以通过计算波长来确定不同介质中相同频率下振动所对应的特征，从而实现多种应用。
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应用（通信网系统）
宏蜂窝 低速率服务 (<32kbit/s)
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微蜂窝 微蜂窝 微蜂窝 宽带主干网 高速数据 (>10Mbit/s) 宽带主干网 陆上微波中继 20 光纤主干网 宽带主干网
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应用
微波治疗
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雷达波段代号m L S C X Ku K Ka U V W
22 12 3015
10 24 157.5
5 48 7.53.75
3 812 3.752.5
2 1218 2.51.67
1.25 1827
1.0
Full-Wave Solution: HFSS Quasi-Static Solution: Developed Code
0.8
|S11|
Low-Frequency 0.6 Band
0.4
High-Frequency Band
0.2
|S21|
0.0 1 10 100
Frequency (MHz)
学习和答疑
预习+上课+复习+专题研究 课程网址: /zhengsl/658198.html
课件下载密码：em2014 电子邮件： zhengsl@ 课间答疑： 助教答疑：助教组每周答疑一次，时间、地点另定
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例：
– 某同学测验一80分，期中考90分，则第一次测验也按90分记 – 某同学测试一80分，期中考90分，测试二85分，期末考95分，则四次成 绩均按95分记 – 某同学测试一80分，期中考90分，测试二85分，期末考88分，则四次成 绩分别按90，90，88，88分记
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纵波与横波
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连续波与脉冲波
波有瞬态波和随时间作简谐变化的连续波之分。前者作为波源的扰动 局限于一个很短的时间内，而后者为连续的简谐振荡源激励。
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– 场的问题转化为路的问题
麦克斯韦方程组
– 一组描述电场、磁场与电荷密度、电流密度之间关系的偏微分方程
电磁波的传播特性
– 在各种介质中的传播 – 在波导中的传播 – 反射 、折射、透射
谐振器和天线
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教学安排（一）
课程概述、波的基本特征，1次课
专题研究、课堂讨论
专题研究
– 针对某一电磁学概念作深入的阐述 – 基于电磁波理论针对某一问题作深入的分析 – 事先列提纲，经过教师同意 – 格式严格按要求（网上下载模板）
课堂讨论
– 针对课堂上的概念理解、习题解答作阐述 – 自制多媒体演示
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学习
•听课、读书仅是获取信息的途径之一，还要学会从其它途径，尤其网络 获取你需要的信息。 •要学会“听课”。抓住老师在课堂上提供的主要信息，并能用你理解的 几句概括出来。 •要学会“读书”。从整体上把握一本书讲了什么及其内在联系，更要学 会有选择性地读书，从书中找到你需要的信息。 •把注意力从“分数”转向“能力”。考试会解题，这是利用课本中提供 的信息解决问题的一种能力。更要学会从多种途径获取你需要的信息并 对信息进行加工实现某种应用的能力。
1000
3D System Integration
Nanointerconnects
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…… ……
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Maxwell’s Prediction
And Maxwell said,
B E t
D H J t
James Clerk Maxwell
D V
B 0
and then there was light.
13 Jun 1831- 5 Nov 1879
1873，《A Treatise of Electricity and Magnetism》
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f c
波数（cm-1)：单位长 度的波周数
k
1
与 m 的关系 103 10-3 10-6 10-9
电子伏特(ev)
E( ev )
c
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无线电波谱
无线电波：包括甚低频（超长波）、低频（长波）、中频（中波）、 高频（短波）、甚高频（超短波） 微波：频率300MHz~300GHz，波长范围是1m~1mm。分米波（特高 频）、厘米波（超高频）、毫米波（极高频）
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Lesson 1
Electromagnetic Fields and Waves
波的基本特征
郑史烈
zhengsl@ 2014年2月25日星期二
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课程简介
讲述电磁运动的基本规律及其应用。 传输线理论
随时间做简谐变化的连续波的特征
电磁射频技术在最新纳米系统、集成电路和通讯领域的应用
Packaging IC/RFIC
EMC
Miniature Antenna
Micro/mm‐ wave
Health Monitoring
New Horizon of Electromagnetics
Com
Energy
THz
Sensing Imaging
Wireless EM Energy
Scope: Electromagnetic resonance based wireless energy to power the lower energy portable biomedical, potable devices Potential Applications Delphi Automotive Collaborator: RFID Wireless mobile devices Nano- robot Potable Medical devices
EM for Health Science and Environmental Monitoring System
Scope Body area network Wideband antenna /sensors Wireless environmental monitoring systems
教学安排（三）
波导，6次课
– 波导 – 圆波导 – 课堂讨论 – 介质光波导 – 光纤 – 课堂讨论
单元测试、专题研究检查，1次课
– 5月21日，周三，闭卷测验，内容第6章
5
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教学安排（四）
谐振腔，2次课
– 谐振腔 – 课堂讨论
天线，5次课
Scope • Electromagnetic CAE for Micro/nano‐scale integrated circuits • Nano‐interconnects • Electrical performance for 3D integration • Multi‐Physics Simulation Platform for Mixed Electrical‐ Optical with Simultaneous Thermal‐Electrical Modeling
A type of radar set used on the DEW line in the mid 1950s.
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A radar-guided Patriot missile being launched. （1991）
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应用
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成绩评定
平时作业，10％ 课堂讨论，10% 专题研究，15% 两次测验，20% 期中考试，15% 期末考试，30％ 65% 35%
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成绩覆盖
期中考试成绩可覆盖测验一成绩 期末考试成绩可覆盖期中考试和二次测验成绩
传输线理论，3次课
– 传输线方程 – Smith圆图和阻抗匹配 – 课堂讨论
Maxwell方程，3次课
– Maxwell方程 – 电磁场基本定理 – 课堂讨论
单元测验、专题研究布置，1次课
– 3月21日，周五，闭卷测验，内容第1、2、3章
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Q：为什么说电磁波是一项宝贵资源？
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电磁波可以用波长或频率区分
频率常用单位 名 称 简 写 kHz 千赫（kilohertz） MHz 兆赫（megahertz） GHz 吉赫（gigahertz） THz 太赫（Terahertz） PHz 皮赫（Petahertz） 波长常用单位 名 称 简 写 千米（kilometre） km 毫米（millimetre） mm 微米（micrometre） m (or micron) nm 纳米（nanometre） 与 Hz 的关系 103 106 109 1012 1015