第3章 第2节 波的描述（教师用书Word）-【状元桥·优质课堂】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修 第一册（人教版 2019）

第2节　波的描述 [学习目标]　1.理解波的图像的意义，知道波长、频率、波速的概念(物理观念).2.理解波长、频率、波速的关系并能用来分析有关问题(科学思维)． 知识点一　波的图像 1．波的图像的画法 2．正弦波(简谐波) (1)正弦波 ①概念：波的图像是正弦曲线，这样的波称为正弦波，也叫简谐波，如图所示． ②介质中有正弦波传播时，介质中的质点做简谐运动．　 (2)振动图像和波的图像 ①振动图像表示介质中的“某个质点”在“各个时刻”的位移． ②波的图像表示介质中的“各个质点”在“某一时刻”的位移． 知识点二　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． (3)意义：反映了波在空间上的周期性． 2．周期T、频率f (1)定义：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)关系：互为倒数，即f＝. (3)意义：反映了波在时间上的周期性． (4)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. 注意：波的周期或频率由波源的周期或频率决定． 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.　 注意：不同频率的机械波在相同的介质中传播速度相同，某种机械波从一种介质进入另一种介质时，频率不变，波速改变． 1．判断下列说法的正误． (1)波的图像表示各个时刻各个质点的位移．(　×　) (2)质点做简谐运动时，在介质中形成的波形为正弦曲线．(　√　) (3)在波的传播方向上振动速度始终相同的相邻两质点间的距离等于波长．(　√　) (4)从波的图像中能读出质点的振幅和周期．(　×　) 2．一列简谐横波在某一时刻的波形图如图所示，由该图像可知该波的振幅为2 cm，波长为1.0 m；若该波波源的振动周期为T＝0.2 s，则该波的频率f＝5.0Hz，波速v＝5.0 m/s.　 考点一　波的图像 【情境导学】 如图所示是一列沿x轴正方向传播的简谐波在某一时刻的图像． (1)波的图像有什么特征？ (2)此时刻P质点在向哪个方向运动？ 答案　(1)是一条正弦曲线． (2)此时P质点的速度方向沿y轴正方向． 【知识拓展】 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)简谐波的图像是正弦曲线，介质中的质点做简谐运动． 2．由波的图像获得的三点信息 (1)可以直接看出该时刻各个质点偏离平衡位置的位移． (2)可以直接看出该列波的波长及振幅． (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． 3．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，一个周期内不同时刻质点的位移不同，则不同时刻波的图像不同，质点的振动位移做周期性变化，则波的图像也做周期性变化．传播过的区域，每经过一个周期，波的图像复原一次． 【例题1】 如图所示是一列横波在某一时刻的波形，波沿x轴正方向传播． (1)该时刻质点A的振动方向向________，质点C的振动方向向________，质点D的振动方向向________. (2)再经过T，质点A通过的路程是______cm，质点C的位移是________cm. 思维导引：对于做简谐运动的质点，其位移都是相对平衡位置而言的，与起点在何处无关，这一点与运动学中的位移有所不同． 解析　(1)由于波沿x轴正方向传播，质点A在“下坡区”，所以它向上运动；质点C、质点D均在“上坡区”，所以质点C、D都向下运动． (2)再经过T，质点A又回到平衡位置，所以质点A通过的路程为4 cm；质点C也回到平衡位置，其位移为0. 答案　(1)上　下　下　(2)4　0 质点振动方向与波的传播方向的互判方法 1．带动法：先振动的质点带动邻近的后振动质点，在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点P′，若P′在P点上方，则P向上振动；若P′在下方，则P向下振动(如图甲所示)． 2．上下坡法：沿波的传播方向看去，“上坡” 处的质点向下振动；“下坡”处的质点向上振动，简称“上坡下，下坡上”(如图乙所示)． 3．同侧法：在波的图像上的某一点，沿竖直方向画出一个箭头表示质点振动方向，并设想在同一点沿水平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(如图丙所示)． 4．微平移法：如图丁所示，实线为t时刻的波形，作出微小时间Δt