3.1-3.2 波的形成和波的描述-2021-2022学年高二物理精讲与精练高分突破考点专题系列（人教版2019选择性必修第一册）

第三章 机械波 3.1-3.2：波的形成和波的描述 一：知识精讲归纳 考点一、机械波 1．介质 (1)定义：波借以传播的物质． (2)特点：组成介质的质点之间有相互作用，一个质点的振动会引起相邻质点的振动． 2．机械波 机械振动在介质中传播，形成了机械波． 3．机械波的特点 (1)介质中有机械波传播时，介质本身并不随波一起传播，它传播的只是振动这种运动形式． (2)波是传递能量的一种方式． (3)波可以传递信息． 考点二、横波和纵波 定义 标志性物理量 实物波形 横波 质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波 (1)波峰：凸起的最高处 (2)波谷：凹下的最低处 纵波 质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波 (1)密部：质点分布最密的位置 (2)疏部：质点分布最疏的位置 考点三、波的图像 1．波的图像的画法 (1)建立坐标系 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. (2)描点 把平衡位置位于x1，x2，x3，…的质点的位移y1，y2，y3，…画在xOy坐标平面内，得到一系列坐标为( x1，y1 )，( x2，y2 )，( x3，y3 )，…的点． (3)连线 用一条平滑的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． 考点四、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：互为倒数，即f＝. (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”)的． (3)波长、周期、频率和波速的关系：v＝＝λf. 技巧归纳： 1．振动和波动的区别与联系 振动 波动 区别 研究对象 单个质点在平衡位置附近的往复运动，研究的是单个质点的“个体行为” 振动在介质中的传播，研究的是大量质点将波源振动传播的“群体行为” 力的来源 可以由作用在物体上的各种性质力提供 联系介质中各质点的弹力 运动性质 质点做变速运动 在均匀介质中是匀速直线运动 联系 (1)振动是波动的原因，波动是振动的结果；有波动必然有振动，有振动不一定有波动. (2)波动的性质、频率和振幅与振源相同. 2、质点的振动方向和起振方向的判定 1．质点的起振方向 质点的起振方向是指质点刚开始振动的方向，由于介质中的质点都重复波源的振动，所以介质中的所有质点的起振方向都与波源开始振动的方向相同． 2．质点的振动方向 质点的振动方向是指某时刻质点的运动方向，可利用“带动法”判定： (1)原理：先振动的质点带动邻近的后振动的质点． (2)方法：在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点P′，P′为先振动的质点，若P′在P上方，则P向上运动，若P′在P下方，则P向下运动，如图5所示． 3、质点振动方向与波传播方向的关系 已知质点的运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运动方向时，判断依据的基本规律是横波的形成与传播的特点，常用方法有： 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3 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4 4．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5 4.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