第3章 第2节 机械波的描述-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修第一册同步课堂高效讲义教师用书（粤教版2019）

第二节　机械波的描述 【核心素养目标】 物理观念 知道波的图像的画法，知道波的图像的物理意义。知道波长、频率、波速的概念和定量关系。 科学思维 会根据波的图像分析波的传播情况和介质中质点的振动情况。会利用波速公式计算波速及传播距离。学会由波的传播方向判断质点的振动方向。 知识点一　 机械波的图像 如图所示是一列简谐波在某一时刻的图像。 (1)波的图像是什么形状的曲线？ (2)由图像可读出什么？ 提示： (1)一条余弦曲线。 (2)由波的图像可以获得以下信息 ①可以直接看出在该时刻沿传播方向上各个质点的位移。 ②可以直接看出在波的传播过程中各质点的振幅A＝2 m。 ③可以直接读出一个正弦波形所对应的波的长度λ＝20 m。 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。 2．波的图像的画法 3．振动图像和机械波的图像 (1)振动图像表示介质中的某一质点在各个时刻的位移。 (2)机械波的图像表示同一时刻各个质点的位移。 【链接实景　判断正误】 图甲为简谐波的图像，图乙为该简谐波上一个质点的振动图像，判断下列说法的正误： 1．波的图像表示质点在各个不同时刻的位移。(×) 2．简谐波中各质点做的是简谐运动。(√) 3．简谐波上一质点的振动周期一定与简谐波在介质中传播的周期相同。(√) 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的“集体照”。 (2)简谐波的图像是正(余)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)可以直接看出在该时刻沿传播方向上各个质点的位移。 (2)可以直接看出在波的传播过程中各质点的振幅A。 (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。 学生用书↓第71页 3.波的图像的周期性 质点振动的位移做周期性变化，即波的图像也做周期性变化，经过一个周期，波的图像复原一次。 4．波传播方向的双向性 如果只知道波沿x轴传播，则有可能沿x轴正向或x轴负向传播。 一列简谐横波沿x轴正方向传播，周期为T，t＝0时的波形如图所示。则t＝时(　　) A．质点a速度方向沿y轴负方向 B．质点b沿x轴正方向迁移了1 m C．质点c的加速度为零 D．质点d的位移为－5 cm C　[t＝时，质点a沿y轴正方向运动到平衡位置，其速度方向沿y轴正方向，选项A错误；根据简谐横波的传播特点可知，质点只在各自的平衡位置附近上下振动，不沿传播方向迁移，选项B错误；t＝时，质点c运动到平衡位置，所受合外力为零，加速度为零，选项C正确；t＝时，质点d运动到正向最大位移处，位移为5 cm，选项D错误。] 规律总结 振幅指质点偏离平衡位置的最大距离，简谐波中每个质点的振幅均相同。位移与振幅不同，振幅是标量，位移是矢量，位移随时间不断发生变化，若寻找位移相同的点，画一条平行x轴的虚线，则与波形图相交的点的位移均相同。　　 针对练1.(2022·北京海淀高二月考)如图所示，是一列简谐横波在某时刻的波形图。已知波沿着x轴的正方向传播，关于波上的三个质点K、L、M，下列说法中正确的是(　　) A．此时质点K和M的运动方向相同 B．此时质点K和M的回复力方向相同 C．此时质点L的速度最大 D．质点K经过一段时间会沿x轴运动到质点M的位置 B　[因为该波沿着x轴的正方向传播，由于先振动的质点带动后振动的质点，所以质点K向下运动，M向上运动，质点K和M的运动方向相反，A错误；根据回复力与平衡位置的关系，可知此时质点K和M的回复力方向相同，B正确；由波形图可知，此时质点L处于波谷，其速度最小，C错误；质点不会随波迁移，故质点K经过一段时间不会运动到质点M的位置，D错误。] 针对练2.(多选)如图所示为一列沿x轴正方向传播的简谐横波在某个时刻的波形图，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，偏离平衡位置的位移大小是4 cm AC　[由题图可知，质点b在平衡位置，所以此时其位移为零，选项A正确；因波沿x轴正方向传播，波源在左侧，由“带动法”可知质点b此时向＋y方向运动，选项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，选项C正确；再经过的时间，质点a将运动到负的最大位移处，通过的路程是4 cm，偏离平衡位置的位移大小是2 cm，选项D错误。] 知识点二　描述机械波的物理量 声音在不同的介质中传播速度是不同的，比如：在空气中约是332 m/s，在水中约是1 450 m/s，在铁中约是4 900 m/s ……，波的传播速度与什么有关？描述机械波的物理量有哪些？