第三章 第二节 机械波的描述-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第一册同步全程学习全书word（粤教版）

第二节　机械波的描述 [课标引领] 建构核心素养 物理观念 理解波的图像的意义,知道波传播的频率,理解波传播的周期(频率)与质点振动周期(频率)的关系,知道波传播的波长,理解波长、波速和周期(频率)之间的关系 科学思维 通过学习,能够由波的图像判断传播方向与质点振动方向的关系,由有关信息画出波的图像,会运用公式v=λf解答问题,理解多解问题 科学探究 通过思考分析,会区别波的图像和振动图像 科学态度与责任 通过学习,增强自主思考问题的意识,进一步提高构建物理模型的能力 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 一、机械波的图像 (1)过去我们研究的是单个质点的运动情况,用x-t图像可以很方便地描述质点在任意时刻的位移.而波却是很多质点的运动,在同一时刻各个质点的位移都不尽相同,不方便用x-t图像来描述.能否用其他的图像来描述波呢?(我们以横波为例研究波的图像) 答案:能用横坐标x表示在波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)波的图像是正弦曲线,这样的波叫什么波?介质中的质点做什么运动? 答案:简谐波;简谐运动. 1.图像的建立 在平面直角坐标系中,用横坐标表示介质中各质点的平衡位置,用纵坐标表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移,连接各位移矢量的末端,就得出一条光滑曲线,这条曲线就是简谐波在这一时刻的图像. 2.振动图像与机械波的图像 (1)振动图像表示的是某个质点在各个时刻的位移. (2)机械波的图像表示的是某一时刻各个质点的位移. 3.波峰和波谷: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作波峰;到达反向最大位移的质点所处的位置叫作波谷. 二、描述机械波的物理量 1.波长λ (1)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. (2)横波的相邻波峰或者波谷间的距离等于横波波长;纵波的两个相邻密部或者疏部的距离等于纵波波长. 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是相同的,它们都等于波源的振动周期或频率,这个周期或频率也叫波的周期或频率. (2)周期T和频率f的关系:f=. 3.波速 (1)波速:振动状态在介质中的传播速度叫作波速. (2)波长与周期的关系:v=或v=λf. (3)波从一种介质进入另一种介质传播时,频率(或周期)不变,波长与波速将会改变.机械波在介质中的传播速度由介质的性质决定,在不同介质中播的传播速度不同. 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1.判断正误. (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.波在一个周期内传播的距离是一个波长,那么在一个周期内质点通过的路程是否为一个波长?为什么? 答案:不是.因为波在传播时,介质中的质点都在平衡位置附近振动,不随波的传播而迁移,一个周期内质点通过的路程为振幅的四倍,而不是一个波长. 3.机械波的传播速度取决于什么?不同频率的横波在同一种介质中的传播速度是否相同? 答案:机械波的传播速度取决于介质,同一种介质中频率不同的机械波传播速度相同. 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 探究点一　机械波的图像的理解 取一根质量、软硬合适的绳子从一端用手上下不断抖动,就会看到绳子逐渐开始都振动起来,虽然绳子上的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.如图乙所示是某一时刻绳子振动情况的照片,我们可以用横坐标x表示在波的传播方向上绳中各点的平衡位置,纵轴y表示偏离平衡位置的位移,如图甲所示,得到一个图像,这样可以形象地描述出波的运动情况. (1)波的图像表示了怎样的物理意义?与简谐运动的振动图像意义一样吗? (2)从波的图像上可获取哪些物理信息? 答案:(1)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.波的图像与简谐运动的振动图像意义不一样,振动图像表示的是某一质点各个时刻偏离平衡位置的位移. (2)振幅、波长、波的传播方向及各质点振动方向. 1.对机械波图像的理解 (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,波形图像中的波峰即为图像中的位移正向的最大值,波谷即为图像中的位移负向的最大值,波形