第三章 第2节 波的描述-2021-2022学年新教材高中物理选择性必修1【创新教程】五维课堂同步教师用书（人教版）

第2节　波的描述 素养目标 知识图解 物理观念 正弦波、波的传播方向；波长、频率，波速 科学思维 比较法理解振动图像与波动图像的不同 科学探究 探究绳波中质点振动方向与波动传播方向的关系 科学态度与责任 利用波的速度公式解释地震波的传播过程及现象 [基础梳理] [知识点一]　波的图像　 1．图像的建立 如图所示，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　，在xOy平面上，画出各点(x，y)，用　平滑的曲线　把各点连接起来就得到了波的图像． 2．图像的物理意义 波的图像描述的是某一时刻，沿波的传播方向的各个质点离开　平衡位置　的位移． 3．简谐波 波形图像是　正弦曲线　，这样的波叫作　正弦波　，也称为简谐波．简谐波在传播时，介质中各质点在做　简谐运动　. [知识点二]　波长、频率和波速　 1．波长 (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，通常用λ表示． (2)特征 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．在纵波中，两个　相邻疏部　或两个　相邻密部　之间的距离等于波长． 注意：“相邻”和“振动相位总是相同的”是波长定义的关键，二者缺一不可． 2．周期、频率 (1)规律 在波动中，各个质点的振动周期或频率是　相同的　，它们都等于　波源　的振动周期或频率． (2)决定因素 波的周期或频率由　波源　的周期或频率决定． (3)时空的对应性 在一个周期的时间内，振动在介质中传播的距离等于　一个波长　. (4)周期与频率关系 周期T与频率f互为　倒数　，即f＝. 3．波速 (1)定义：波速是指波在介质中　传播　的速度． (2)公式：v＝＝　λf　. (3)决定因素 机械波在介质中的传播速度由　介质　本身的性质决定，在不同的介质中，波速一般　不同　. (4)决定波长的因素：波长由　波速　和　频率　共同决定． [自我检测] 1．思维辨析 (1)波的图像描述了某一时刻各质点离开平衡位置的位移情况．( √ ) (2)简谐波中各质点做的是简谐运动．( √ ) (3)波的图像是质点的运动的轨迹．( × ) (4)可以根据波的传播方向确定各质点某时刻的运动方向．( √ ) 2．基础理解 (1)(多选)如图所示为一列向右传播的简谐横波在某个时刻的波形，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2 cm D．质点a再经过通过的路程是4 cm 解析：ACD　[由波形知，质点b在平衡位置，所以其位移此时为零，故A正确；因波向右传播，波源在左侧，在质点b的左侧选一参考点b′，由图知b′在b上方，所以质点b此时向＋y方向运动，故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，故C正确；再过的时间，质点a将运动到负向最大位移处，路程是4 cm，位移是－2 cm，故D正确．] (2)(多选)关于波的周期下列说法中正确的是(　　) A．质点的振动周期就是波的周期 B．波的周期是由波源驱动力的周期决定的 C．波的周期与形成波的介质的密度有关 D．经历整数个周期波形图重复出现，只是波形向前移动了一段距离 解析：ABD　[波的周期是由质点振动的周期决定的，故A选项正确；波的周期等于波源驱动力的周期，与介质无关，故B选项正确，C选项错误；D选项正是波的周期性的体现，故D正确．] 波的图像 ◆[探究导引] 机械波是机械振动在介质里的传播过程，从波源开始，随着波的传播，介质中的大量质点先后开始振动起来．虽然这些质点都在平衡位置附近重复波源的振动，但由于它们振动步调不一致，所以在某一时刻介质中各质点对平衡位置的位移各不相同．如图所示横波的图像可以形象地描述出波的运动情况． 问题：1.在平面直角坐标系中，要画出波的图像，横、纵坐标应分别表示什么物理量？ 2．波的图像表示了怎样的物理意义？ 3．从波的图像上可获取哪些物理信息？ 提示：1.横坐标表示在波的传播方向上各质点的平衡位置，纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移． 2．波的图像表示介质中各质点在某一时刻偏离平衡位置的位移的空间分布情况． 3．振幅、波的传播方向及质点振动方向． ◆[探究归纳] 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，是最简单的一种波，各个质点振动的最大位移都相等，介质中有正弦波传播时，介质中的质点做简谐运动． (3)横波的图像形状与波在传播过程中介质中各质点某时刻的分布相似，波形中的波峰即图像中的位移正向的最大值，波谷即图像中的位