波的传播方向与质点振动方向的几种判断方法
高考物理一轮复习 第13章 振动 波动 光 电磁波 相对论 第2节 机械波教案(含解析)
第2节机械波一、波的形成与传播1．机械波的形成条件(1)有发生机械振动的波源。
(2)有传播介质，如空气、水、绳子等。
2．传播特点(1)传播振动形式、能量和信息。
(2)质点不随波迁移。
(3)介质中各质点振动频率、振幅、起振方向等都与波源相同。
3．机械波的分类4.(1)波长：在波动中，振动相位总是相同的两个相邻点间的距离，用λ表示。
波长由频率和波速共同决定。
①横波中，相邻两个波峰(或波谷)之间的距离等于波长。
②纵波中，相邻两个密部(或疏部)之间的距离等于波长。
(2)频率：波的频率由波源决定，等于波源的振动频率。
(3)波速：波的传播速度，波速由介质决定，与波源无关。
(4)波速公式：v ＝λf ＝λT 或v ＝Δx Δt。
二、波的图象 1．坐标轴x 轴：各质点平衡位置的连线。
y 轴：沿质点振动方向，表示质点的位移。
2．物理意义：表示介质中各质点在某一时刻相对各自平衡位置的位移。
3．图象形状：简谐波的图象是正弦(或余弦)曲线，如图所示。
三、波的干涉、衍射和多普勒效应1．波的叠加 观察两列波的叠加过程可知：几列波相遇时，每列波都能够保持各自的状态继续传播而不互相干扰，只是在重叠的区域里，质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和。
2．波的干涉和衍射(1)定义：由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感受到波的频率发生变化的现象。
(2)实质：波源频率不变，观察者接收到的频率发生变化。
(3)规律：①波源与观察者如果相互靠近，观察者接收到的频率变大。
②波源与观察者如果相互远离，观察者接收到的频率变小。
③波源和观察者如果相对静止，观察者接收到的频率等于波源的频率。
1．思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)(1)在机械波的传播中，各质点随波的传播而迁移。
(×)(2)机械波的频率等于振源的振动频率。
(√)(3)通过波的图象可以找出任一质点在任意时刻的位移。
波动图像常见题型及常用方法
波动图像常见题型及常用方法1.由波的传播方向确定质点振动方向（或由质点振动方向确定波的传播方向）.①特殊点法：在质点P 靠近波源一方附近图像上找另一点P ＇，若P ＇在下方，则P 向下运动. ②微平移法：作出经微小时间△t 后的波形，就知道了各质点经过△t 后到达的位置，运动方向就知道了.2.由波的传播方向及某时刻的波形图线画出另一时刻的波形图线.①平移法：先算出经过△t 时间波传播距离△s ＝v △t ＝λ△t/T ，再把波形往波传播方向推进λ△t/T 即可，当波形推进波长整数倍时，波形和原来重合，所以实际处理时通常采用去整留零头的方法处理.②特殊点法：取几个特殊点，根据他们的振动方向，判断经△t 后的位置，连接这些位置画出相应的正弦（或余弦）曲线即可得.③根据两个时刻的波形图像判断可能出现的波动情况.④根据两个质点的位置，判断可能出现的波动情况.例一 一列简谐波某时刻的波形图如图1甲所示，图1乙表示该波传播介质中某质点此后一段时间内的振动图像，则（ ）A.若波沿x 轴正方向传播，图乙为a 点的振动图像B.若波沿x 轴正方向传播，图乙为b 点的振动图像C.若波沿x 轴负方向传播，图乙为c 点的振动图像D.若波沿x 轴负方向传播，图乙为d 点的振动图像解析：设图甲对应t ＝0时刻，由图知图乙对应的质点在t ＝0时刻，在平衡位置，则向上振动.若波向正向传，a 、b 、c 、d 中，只有b 质点符合；若波向负向传，只有d 符合，所以选B 、D.例二 如图2所示，画出了一列向右传播的横波在某个时刻的波形图像，由图像可知（ ）A.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2cmD.质点a 再经过T/2通过的路程是4cm ，偏离平衡位置的位移是4cm解析：由图像可知质点b 此时位于平衡位置，故其位移为零，A 正确.根据带动法，在质点b靠近波源一侧的附近，选参考质点b ＇，由于质点b ＇在质点b 上方，所以此刻质点b 向＋y 方向运动，B 错误.简谐波在介质中传播时，介质中各质点振幅都相同，故C 正确.再经过T/2，质点a 运动到负最大位移处，其路程为2A ，即4cm ，位移为－2cm ，故D 错误.例三 如图3甲表示一列简谐波在介质中传播时，某一质点a 的振动图像，请你在乙图中作出这列简谐波在t ＝0时刻的波形图（质点a 画在坐标原点上）.解析：t ＝0时刻质点a 正处于平衡位置且沿＋y 方向运动，经T/4达正向最大位移处.设x 轴正向为波传播的方向，利用波形与振动方向关系的判断方法，得出t ＝0时的波形图如乙图所示.例四 图4甲中有一条均匀的绳，1，2，3，4，…是绳上一系列等间距的点.现有一列简谐横波沿此绳传播.某时刻，绳上9，10，11，12四点的位置和运动方向如图乙所示（其他电的运动情况未画出），其中点12的位移为零，向上运动，点9的位移达到最大值.画出再经过3/4周期时的波形图.解析：从题中的图乙可以看出，在图乙所示的某时刻，该均匀绳上点9正达位移最大时，而点12正通过平衡位置向上运动.因而由图乙中点9、10、11、12所在的位置点连成的那段曲线，代表在该均匀绳上传播的简谐横波在图乙所示的某时刻的从0至点12的波形图.由图乙中表示的这段波形图的形状和点9、10、11、12四个点的运动方向，可以判断出在均匀绳上传播的简谐横波是向右传播的.由于介质中各质点都围绕各自平衡位置往复运动，所以再经过3/4周期，质点9在平衡位置，而质点12到负的最大位移处.由此可得出点9到点12间的波形.由这段波形也就知道了这一时间整条绳上的波形，如图丙所示.图4。
【物理】判断波的振动和传播方向的五种方法
【物理】判断波的振动和传播方向的五种方法在波形图上，判断质点的振动方向或波的传播方向是高考的重点和热点。
波形图上二者方向的判断方法除“微平移法”和“带动法”之外，还有学生更易掌握且简洁的另外三种新法：“上下坡法”、“振向波向同侧法”和“头头尾尾相对法”。
本文把这五种方法一并介绍给大家，通过比较，选择更适合自己的方法吧！1.上下坡法“上下坡法”是把波形图线比喻为凸凹的路面，凸凹路面就有上坡段和下坡段，沿着波的传播方向看去，位于上坡段的质点，则向下运动，位于下坡段的质点，则向上运动；反之，向上运动的质点，必位于下坡段，向下运动的质点，必位于上坡段。
注：法则中的“向上运动”，表示质点向规定的正方向运动，“向下运动”表示质点向规定的负方向运动。
“上下坡法则”对横波和纵波都适用。
2.振向波向同侧法“振向波向同侧法”是利用“质点的振动方向与波的传播方向都位于波形的同一侧”来分析判断波形问题的方法。
在波形图上，如果用竖直箭头表示质点的振动方向，用水平箭头表示波的传播方向，并且要两箭头的箭尾相接，那么当波向右传播时，两箭头都在波形右侧，如图2左图所示。
当波向左传播时，两箭头都在波形的左侧。
3.头头尾尾相对法在波形图的波峰或波谷上，画出一个与横轴平行的表示波传播方向的箭头，在波峰或波谷两侧波形上，分别画出两个与纵轴平行的表示质点振动方向的箭头。
4.微平移法把原波形沿波的传播方向平移一段小于的距离，通过比较某点在原波形和移动后波形上的位移大小，就可判断该点的振动方向。
5.带动法波的形成和传播过程中，前一质点的振动带动后一相邻质点的振动，后一质点重复前一质点的振动形式。
只要知道某点振动方向或波的传播方向，再通过比较某质点的位移与它相邻质点的位移进行比较，即可判断波的传播方向或确定该质点的振动方向。
判定波的传播方向与质点的振动方向
判定波的传播方向与质点的振动方向方法一：若知道某一时刻t的波形曲线，将波形曲线沿波的传播方向平移一微小的距离（小于），它便是t+t时刻的波形曲线，知道了各个质点经过t时间到达的位置，质点的振动方向就可以判断出来了。
方法二：通过波的传播方向判断出波源的位置，在质点A靠近波源一侧附近（不超过）图象上找另一质点B，若质点B在A的上方，则A向上运动，若B在A的下方，则A向下运动。
即沿波的传播方向，后振动的质点总是追随先振动的质点来运动的。
方法三：运用逆向复描波形法解答十分简捷。
即，手握一支笔，逆着波的传播方向复描已知波形，凡复描时笔尖沿波形向上经过的质点，此刻均向上运动；凡复描时笔尖沿波形向下经过的质点，此刻均向下运动（波峰和波谷点除外）。
[例1] 一简谐横波在x轴上传播，在某时刻的波形如图9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将比质点C先回到平衡位置D. 质点E的振幅为零分析与解：本题主要考查对波的传播方向与波上某质点运动方向间的关系的推理判断，以及对波形图的想像能力。
对于本题，已知质点F向下振动，由上述方法可知，此列波向左传播。
质点B此时向上运动，质点D向下运动，质点C比B先回到平衡位置。
在此列波上所有振动质点的振幅都是相等的。
故只有A、B选项正确。
[例2] 简谐横波某时刻的波形图如图10所示。
由此图可知（）A. 若质点a向下运动，则波是从左向右传播的B. 若质点b向上运动，则波是从左向右传播的C. 若波从右向左传播，则质点c向下运动D. 若波从右向左传播，则质点d向上运动分析与解：运用上述逆向复描波形法可立即判定出B、D正确。
问题:已知波的图象，求某质点的坐标[例3] 一列沿x方向传播的横波，其振幅为A，波长为λ，某一时刻波的图象如图11所示。
在该时刻，某一质点P的坐标为（λ，0），经过周期后，该质点的坐标为（）A.（）B.（，－A）C.（λ，A）D.（）分析与解：如图11所示，波上P质点此刻的坐标为（λ，0），由于此列波向右传播，据逆向复描波形法可知，此刻质点P向下运动。
波的振动和传播方向的判断方法
五种方法判方向万洪禄在波形图上，判断质点的振动方向或波的传播方向是高考的重点和热点。
波形图上二者方向的判断方法除“微平移法”和“带动法”之外，还有学生更易掌握且简洁的另外三种新法：“上下坡法”、“振向波向同侧法”和“头头尾尾相对法”。
本文把这五种方法一并介绍给大家，通过比较，选择更适合自己的方法吧！1. 上下坡法“上下坡法”是把波形图线比喻为凸凹的路面，凸凹路面就有上坡段和下坡段，沿着波的传播方向看去，位于上坡段的质点，则向下运动，位于下坡段的质点，则向上运动；反之，向上运动的质点，必位于下坡段，向下运动的质点，必位于上坡段。
注：法则中的“向上运动”，表示质点向规定的正方向运动，“向下运动”表示质点向规定的负方向运动。
“上下坡法则”对横波和纵波都适用。
例1. （全国高考）简谐横波某时刻的波形图线如图1所示，由图可知（）图1A. 若质点a向下运动，则波是从左向右传播B. 若质点b向上运动，则波是从左向右传播C. 若波是从右向左传播，则质点c向下运动D. 若波是从右向左传播，对质点d向上运动解析：图1中，若质点a向下运动，由“上下坡法”，a必位于上坡段，只有当从右向左看时，a才位于上坡段，故波应向左传播，A错。
同理可分析B选项正确。
若波从右向左传播，由“上下坡法”知，d、c点必位于下坡段，d、c点都应向上运动，故C错，D正确。
本题正确选项是BD。
2. 振向波向同侧法“振向波向同侧法”是利用“质点的振动方向与波的传播方向都位于波形的同一侧”来分析判断波形问题的方法。
在波形图上，如果用竖直箭头表示质点的振动方向，用水平箭头表示波的传播方向，并且要两箭头的箭尾相接，那么当波向右传播时，两箭头都在波形右侧，如图2左图所示。
当波向左传播时，两箭头都在波形的左侧，如图2右图所示。
图2再解例1 若质点a向下运动，由振向波向同侧法，知表示振向波向的两箭头在波形左侧，波由右向左传；若质点b向上运动，由振向波向同侧法，知表示振向波向的两箭头在波形右侧，波由左向右传；若波从右向左传，由振向波向同侧法，知质点c、d均向上运动。
高中物理之判断质点振动方向的方法
高中物理之判断质点振动方向的方法在机械波的知识点中，质点振动方向的判断是最难理解和掌握的难点，为了更好地理解和掌握质点振动方向的判断，现介绍几种常用的判断方法。
一、带动法由机械波的产生可知，后一个质点的振动是由前一个质点的振动带动的，所以只要找到了前一个质点（靠近波源一方的质点）的位置，我们就可以判断后一个质点的振动方向。
如果前一个质点在上方，后一个质点的振动方向就向上，反之就向下。
例1 下图为一列向左传播的简谐横波在某一时刻的波形图，判断波形图上P点的振动方向。
解析：因为波的传播方向向左，故P质点的前一个质点的平衡位置在P质点的右边，该时刻P质点的前一个质点的实际位置在P点的右上方，所以P点向上振动。
二、微平移法这种方法是，作出经微小时间△t（△t＜T/4）后的波形，由波形就可以知道各质点经过△t时间到达的位置，质点的振动方向就可以确定。
例2 如下图所示，是某一简谐波的图象，由图可知（）A. 若波向右传播，则质点B正向右运动B. 若波向右传播，则质点C正向左运动C. 若波向左传播，则质点D正向下运动D. 若波向左传播，则质点B正向上运动解析：波动的实质是质点仅在自己的平衡位置附近振动，并不随波迁移，选项A、B均不正确；当波向左传播时，根据微平移法，将实线波形向左微平移△x，得虚线波形如下图所示，可见波形平移后质点B、D的新位置在原位置的下方，质点B、D的振动方向（运动方向）都向下，故选项C正确。
三、“上下坡”法这种方法是把波形看成是山坡，上坡时质点的振动方向向下，下坡时质点的振动方向向上。
如例1所示，因波的传播方向向左，P点处在下坡的过程中，由“上下坡”法得，P 点的振动方向向上。
例3 如下图所示是一列简谐波的波形图，波沿x轴的负方向传播，就标明的质点而言，速度为正，加速度为负的质点是（）A. PB. QC. RD. S解析：因波沿x轴的负方向传播，质点R、S处在下坡的过程中，由“上下坡”法得，质点R、S的振动方向都向上，质点R、S的速度方向与y轴方向一致，所以它们的速度都为正，而质点R的加速度方向向上，与y轴方向一致，加速度为正；质点S的加速度方向向下，与y轴方向相反，加速度为负。
热点专题系列(十一)利用图像分析振动和波的问题讲解
【解析】选C。由题意可知，A点从开始振动到第一次到达波峰
的时间为 T ，故波传到A点的时间为t1－ T ＝4 s－T ，由波的
传播公式x4＝vt得3 m＝v×(4 s- )；同理4 ，B点从4开始振动到 T
第一次到达波谷的时间为 故波4 传到B点的时间为t2－
＝7 s-
，由波的传播公3式4T，x＝vt得4 m＝v×(7 s-
加速度沿y轴负方向，C错；各质点仅在平衡位置附近上下振动,
并不随波迁移，D错。
二、利用图像分析波动的多解问题 波的多解问题,有传播方向不确定性出现的多解,有两质点间位 置关系不确定性出现多解,有传播距离与波长关系不确定性出 现多解,还有间隔时间与周期关系不确定性出现多解。在处理 这类问题时,要始终抓住质点周期性及其与波的传播之间的联 系,并要灵活地用周期数来表示波的传播时间,用波长数来表示 波的传播距离,才便于分析、表达解决问题。解题方法是：
时刻，选项A错误;两列波的周期均为T=0.2
s 0.4 s
s,又已
知20波速均为v=10 m/s,所以波长均为λ=vT=2 m，因为障碍物的
尺寸大于1 m，有可能与这两列波的波长相差不大，所以这两
列波均有可能发生明显的衍射现象，选项B错误;AB连线中点C
到两个波源的距离都等于2个波长，并且两列波同时传播到C
的振动情况可由振动图像获取，利用图像分析振动和波的问题
主要有以下几个方面：
一、结合图像互判波的传播方向与质点的振动方向
1.波的传播方向和波上质点的振动方向可以相互判断,常用的
方法有质点带动法、微平移法、上下坡法、同侧法等。
2.每一个质点的起振方向都跟波源的起振位移处的质点,Δ t时间内的
3T );4联立
波动图像中波的传播方向与质点振动方向间关系的几种判断方法
波动图像中波的传播方向与质点振动方向间关系的几种判断方法作者：曾义来源：《物理教学探讨》2010年第09期在近几年的高考中,有关波动图像和振动图像的考题出现频率极高。
在波动图像问题中,判断质点振动方向和波的传播方向是考查的一个热点。
学生在波动图像中对质点的振动方向和波的传播方向的关系经常判断不准确。
在此,笔者就判断波的传播方向和质点振动方向的几种方法作一介绍。
1 微平移法微平移法是将波形图沿波传播的方向平移微小的一段距离,得到经过微小的一段时间后的波形图。
根据质点在新的波形图中所对应的位置,便可判断出该质点的振动方向。
例1 如图1所示是某横波的图像,由图可知( )A.若波向右传播,则质点B正向右运动B.若波向右传播,则质点C正向左运动C.若波向左传播,则质点D正向下运动D.若波向左传播,则质点B正向上运动解析由波的实质可知,质点只能在自己的平衡位置附近作往复运动,并不随波迁移,所以A、B选项均不正确。
当波向左传播时,根据微平移法,将实线波形向左微平移Δx,得到虚线波形(如图2)。
可见,图像平移后质点B、D的新位置在原位置的下方,故正确选项为C。
2 上下坡法所谓上下坡法,就是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”。
例如:图3中假设该波向右传播,便可以用上下坡法判断所有质点的振动方向。
现从左向右看(沿波的传播方向看),AB段处于下坡阶段,所以AB之间所有质点在该时刻向上振动;同理,BC 段处于上坡阶段,BC间的所有质点在该时刻应向下振动。
3 三角形法则所谓三角形法则,就是在波形和坐标轴所围的区域内画一个三角形,其中三角形的一边平行于坐标轴,该边所对应的角正对波峰或波谷,然后在平行于坐标轴的一边上沿波的传播方向画一箭头,其它两边顺次画上箭头(类似首尾顺次连结的闭合矢量三角形)。
三角形中平行于坐标轴的这条边的箭头表示波的传播方向,其它两边的箭头就表示对应该边所有质点在该时刻的振动方向。
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一、微平移法
所谓微平移法，将波形曲线沿波的传播方向做微小平移，如图所 示的P(Q)点，移动后它比原来的位置高(低)了，说明经过极短的 一段时间它向上(下)运动了. 这种方法叫微平移法. 这种方法可以 由波的传播方向判断某质点的振动方向，也可以由振动方向判断 波的传播方向.
例1、如图所示的是某横波的图像，由图可知（ Ａ、若波向右传播，则质点Ｂ正向右运动 Ｂ、若波向右传播，则质点Ｃ正向左运动 Ｃ、若波向左传播，则质点Ｄ正向下运动 Ｄ、若波向左传播，则质点Ｂ正向上运动
无论什么方法，总结起来，都建立在对波的 传播原理的深刻理解的基础上。质点的振动 方向与波的传播方向总是密切相关的。用以 上几种方法，不仅可以通过传播方向判断振 动方向，也可以通过振动方向判断传播方向。
由波的形成传播原理可知，后振动的质点总 是重复先振动质点的运动，且波总是由前面 先振动的点向后面振动的点传播的，即前带 后。
例2、如图所示，已知波向右传播，请判断 质点A、B、C、D、E的振动方向。
解析：应用质点带动法：因为波的传播过程是振 动形式的传播，当介质中的某一质点开始振动时， 必然带动其周围相邻的质点振动，这些质点又依次 带动各自相邻的质点振动，依次类推，振动就逐渐 传播开来形成波。所以沿波传播的方向，各质点的 步调是依次落后的，总是前一质点带动后一相邻质 点，后一质点总是力图跟上带动其振动的前一相邻 质点的并重复其运动。由图像可知波由左向右传播， 则A点的前一个点应该在其下面的F点。而F点只能 带动A点往下运动。同理B、C的前一质点在B、C 的上面，所以B、C向上运动，E、D两点的前一点 在E、D下面，所以E、D向下运动。
例5、一自右向左传播的简谐波，问：a,，b的振动方向如何？
分析：波自右向左传播，波源在右侧，a质点附近逆着波的传播方 向一侧的d比a的位置低，所以a的振动方向向下。同理，b的振动 方向向上。
三角形” 六 、“三角形”法
在波形图线和x轴围成的丘状图形内画一个三角△abc，其中底边 bc和x轴重合，如图所示，如果波沿x轴正方向传播，那么在bc边 上画上一个沿x轴正方向的箭头，在三角形的其他两个边也画上和 bc边箭头绕向一致的箭头. 那么，在OA波形图上的所有质点的运 动方向就和它相邻的ab边上箭头的方向大体一致，即竖直向下的 . x 方向. 这样的方法同样适用于对x轴下方各质点位移为负值时的运 动方向的判断. .
）
解析：由波的实质可知，质点只能在自己的 平衡位置附近做往复运动，并不随波迁移， 所以Ａ、Ｂ选项均不正确。当波向左传播时， 根据图像平移法，将实线波形向左微平移 △x，得到虚线波形（上图右），可见图像 平移后质点Ｂ、Ｄ的新位置在原位置的下方， 故正确选项因为Ｃ。
二、质点带动法（前带后法） 质点带动法（前带后法）
波的传播方向与质点振动方向的 几种判断方法
福建省仙游第一中学 林秋华
判断波的传播方向与质点振动方向的 问题是个比较难的问题，在高考试中出现 的几率较多。根据波的传播方向与质点的 振动方向的关系，现给出几种常用的判断 方法：
一、微平移法 质点带动法（前带后法） 二、质点带动法（前带后法） 三、上下坡法 四、同侧法 五、特殊点法 三角形” 六、 “三角形”法
Hale Waihona Puke 四、同侧法在波的图上的某一点，沿竖直方向画出一个箭头表示质点的振动 方向，并在同一点沿水平方向画个箭头表示波的传播方向，那么 这两个箭头总在曲线的同侧。如图
例4、如图所示，O是波源，a、b、c、d是波的传播方向上各质点 的平衡位置，且Oa=ab=bc=cd=3m，开始各质点均静止在平衡 位置，t=0时波源O开始向上做简谐振动，振幅是0.1米，波沿Ox 方向传播，波长是8米，当O振动了一段时间后，经过的路程是 0.5米，则各质点的运动方向是： A、a质点向上 B、b质点向上 C、c质点向下 D、d质点 向下
解析：由题意O经过路程是0.5米时，波的 传播经过了5/4个周期，波形如图：
从图中可以看出来a点的振动方向是向上的， 所以此题选A
五、特殊点法
所谓特殊点法就是逆着波的传播方向，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）。
三、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”。
例2、如图所示，已知波向右传播，请判断 质点A、B、C、D、E的振动方向。
沿着波的传播方向看，质点Ａ、Ｅ、Ｄ在上 坡处，质点Ｂ、Ｃ在下坡处，由上坡下，下 坡上可知质点Ａ、Ｅ、Ｄ向下振动，质点Ｂ、 Ｃ向上振动。