3.2 机械波的描述-2021-2022学年高二物理【步步高】学习笔记（粤教版2019选择性必修第一册）word

第二节　机械波的描述 [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、机械波的图像 1．波的图像的画法 (1)建立坐标系，描点 用横坐标表示介质中各质点的平衡位置，纵坐标表示这一时刻各个质点偏离平衡位置的位移． (2)连线 连接各矢量的末端，就得到一条平滑曲线，这条曲线就是简谐波在这一时刻的图像． 2．波峰与波谷 在波的传播方向上达到正向最大位移的质点所处的位置叫波峰．达到反向最大位移的质点所处的位置叫波谷． 3．机械波的图像与振动图像 (1)机械波的图像表示介质中的“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、描述机械波的物理量 1．波长 (1)定义：在波动中，对平衡位置的位移总是相同的两个相邻质点之间的距离叫作波长，通常用λ表示． (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，两个相邻最密部或相邻最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＝. 3．波速 (1)定义：振动状态(以波峰或波谷作为标志)在介质中的传播速度． (2)波长、周期、频率和波速的关系：v＝＝λf. (3)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”)的． 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)由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＝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　5　5 一、机械波的图像 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．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，波的图像复原一次． 3．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2所示) 图2 (3)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3所示)． 图3 (4)微平移法：如图4所示，实线为t时刻的波形图，作出微小时间Δt后的波形如虚线所示，由图可见t时刻的质点P1(P2)经Δt后运动到P1′(P2′)处，这样就可以判断质点的运动方向了． 图4 4．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． 命题角度1　对波的图像的理解 (多选)如图5所示为一简谐横波(周期为T)某时刻的波形图，下列说法正确的是(　　) 图5 A．A、B、C、D四个质点的振动周期相同 B．A、D两质点的振幅最大，C质点振幅为零 C．从图示时刻起，经过2T时间，波形与图示相同 D．在图示时刻，C点速度最大，A、D两点的速度均为0 答案　ACD 解析　简谐波中各质点的振动周期和振幅都相同，故A正确，B错误；由波的周期性知，C正确；在题图所示时刻，C点位于平衡位置，速度最大，A、D两点在最大位移处，速度均为0，D正确． 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． 命题角度2　质点振动方向与波传播方向的关系 (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6 A．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