第三章 第2节 机械波的描述-【金版教程】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册创新导学案word（粤教版2019）

第二节　机械波的描述 1．知道机械波的图像中横、纵坐标表示的物理量，理解机械波的图像的物理意义.2.知道机械波的图像与振动图像的区别与联系.3.理解波长、频率和波速的概念及关系，并能进行相关的计算． 一　机械波的图像 1．简谐波：波源做简谐运动时，介质的各个质点随之做简谐运动，所形成的波就是简谐波．简谐波是一种最基本、最简单的波． 2．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． 3．波峰与波谷 横波中，在波的传播方向上达到正向最大位移的质点所在处叫作波峰．达到反向最大位移的质点所在处叫作波谷． 4．机械波的图像与振动图像 (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． 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横波的相邻波峰或者相邻波谷的距离等于横波波长；纵波的两个相邻最密部或者相邻最疏部的距离等于纵波波长． ②相距一个(或整数倍个)波长的两个质点在任意时刻振动状态都相同. 2．周期(T)和频率(f) (1)定义：在波动中，各个质点的振动周期或频率是相同的，都等于波源的振动周期或频率，这个周期或频率也叫作波的周期或频率． (2)特征 ①波的周期或频率是由波源决定的． ②一个周期内，振动在介质中传播的距离等于一个波长. 3．波速 (1)定义：振动状态在介质中的传播速度，用v表示． (2)波速、波长、周期或频率的关系：v＝＝λf. (3)决定因素：机械波在介质中的传播速度由介质的性质决定，在不同的介质中，波的传播速度也不同．在给定的介质和同样的条件下，波的速度是一个常量． 1．判一判 (1)只有横波的图像能够作出，纵波的图像不能作出．(　　) (2)波的图像反映的是某一时刻介质中各质点的位移情况．(　　) (3)简谐波中各质点做的是简谐运动．(　　) (4)从波的图像上能读出质点的振动周期．(　　) (5)在不同时刻波的图像有可能完全相同．(　　) (6)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．(　　) (7)根据v＝可知，机械波的波长越长，波速越大．(　　) 提示：(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)√　(6)×　(7)× 2．想一想 (1)怎样从图形上区分振动图像和波的图像？ 提示：振动图像的横坐标是时间，波的图像的横坐标是在波的传播方向上各质点的平衡位置． (2)v＝与v＝有何区别和联系？ 提示：波的传播是匀速的，波速可以用v＝计算，当t＝T时，x＝λ，两式相同．v＝仅适用于波的传播问题，而v＝既适用于波的传播，又适用于物体的运动等情况. 课堂任务 　机械波的图像 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”． 活动1：图甲是根据一张绳上横波的照片画出的图，记录了绳上各质点在该时刻的具体位置．为了定量研究，我们尝试用图像的方法来描述这列波，能否用x­t图像来描述呢？ 提示：过去我们研究的是单个质点的运动情况，用x­t图像可以很方便地描述单个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x­t图像来描述． 活动2：为了用图像的方法来描述这列波，建立图乙直角坐标系，那么图像中应反映什么信息？ 提示：该时刻绳上各质点的具体位置． 活动3：图乙直角坐标系中坐标轴表示的应该是什么物理量？ 提示：横坐标x表示在波的传播方向上绳中各质点的平衡位置，纵坐标y表示某一时刻绳中各质点偏离平衡位置的位移． 活动4：请在图乙直角坐标系中用图像的方法来描述图甲时刻绳上的横波． 提示：把平衡时位于x1，x2，x3，…的质点的位移y1，y2，y3，…画在Oxy坐标平面内，得到一系列坐标为(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)，…的点，这些点的集合就是这一时刻波的图像，如图所示． 1．对波的图像的理解 (1)波的图像描述了某一时刻介质中各个质点偏离平衡位置的位移的情况．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． 2．简谐波的图像的周期性 在波的传播过程中，各质点都在各自的平衡位置附近振动，不同时刻质点的位移不同，所以不同时刻波的图像不同．由于质点的振动位移随时间做周期性变化，所以简谐波的图像也随时间做周期性变化，经过一个周期，波的图像复原一次． 3．简谐波的振动图像与波的图像的比较 振动图像 波的图像