第3章 第3节 波的图像（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第一册（教科版2019）

第3节　波的图像 核心素养导学 物理观念 (1)认识横波的图像。 (2)学会波的图像的描绘方法。 科学思维 (1)通过“比较法”认识波的图像和振动图像。 (2)学会应用波的图像分析问题。 科学态度与责任 学会应用波的图像分析解决实际问题。 一、横波的图像 1．波的图像的画法 2．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，介质中的质点在做简谐运动。 波动图像和振动图像都是正弦函数，但其横坐标的物理意义不同，注意区分。　　 二、波的图像与振动图像的比较 1．物理意义方面的比较 (1)图像研究内容不同，波的图像对应某一时刻在介质中各质点相对于平衡位置的位移，振动图像对应某一质点各时刻相对于平衡位置的位移。 (2)图像形状相同，都是正弦(或余弦)曲线。 (3)横坐标、纵坐标表示的物理量不同。 (4)波的图像能直观地确定波长，振动图像能直观地确定周期。 2．能量变化的区别 (1)振动图像能表示出一个质点动能和势能的相互转化且转化过程中机械能守恒。 (2)波的图像不同质点的动能和势能之和不同，表示能量最大或最小位置发生移动，能量由波源向外传播。 1.如图所示为一列沿x轴负方向传播的简谐横波在某一时刻的图像，请画出再经过T后的波的图像。(T为波源的振动周期) 提示：由波的传播方向，可知各质点经过T后的位置，由此可画出波经T后的波的图像。 在图上取5个质点如图甲所示，由于波沿x轴负方向传播，所以经过T后H到平衡位置，I到波谷，J到平衡位置，K到波峰，L到平衡位置，所以T后的波的图像如图乙所示。 2．一列波的图像如图甲所示，其中某一点的振动图像如图乙所示。 (1)如何区分波的图像与振动图像。 (2)两种图像纵坐标的最大值相同吗？ 提示：(1)最简单的方法是看横坐标，振动图像的横坐标是时间t，波的图像的横坐标是传播距离x。 (2)相同，都等于振幅。 新知学习(一)|波的图像的理解和应用 [任务驱动] 一列沿x轴正方向传播的横波在某一时刻的波的图像如图所示，已知波的传播速度是16 m/s。 (1)这列波中质点振动的振幅是多少？ (2)画出再经过0.125 s时的波的图像。 提示：(1)由题图可以看出，质点振动的最大位移是10 cm，因此质点振动的振幅是10 cm。 (2)经过0.125 s，波沿x轴正方向移动的距离为Δx＝vΔt＝16×0.125 m＝2 m，所以经过0.125 s后的波的图像如图中的虚线所示。　　　　 [重点释解] 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(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，即振幅相等，振动的能量相同。 (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，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。经过一个周期，波的图像复原一次。 (4)波的传播方向的双向性 如果只知道波沿x轴传播，则有可能沿x轴正向传播，也有可能沿x轴负向传播，具有双向性。 2．波的图像的画法 根据某时刻的波形图画出另一时刻波形图的方法。 (1)特殊点法：取正弦波上的五个特殊点(三个平衡位置点，一个波峰点，一个波谷点)，先根据波传播的方向确定它们的振动方向，再判断Δt后各点运动到什么位置，最后连成曲线，即为另一时刻的波形图。适用于Δt＝n·的情形。 (2)平移法：将原图像沿x轴方向即波传播的方向平移。根据波速和给定的时间，利用Δx＝vΔt，求出沿波的传播方向上移动的位移，将波进行平移。 [典例体验] [典例]　一列沿x轴正方向传播的简谐横波，传播速度v＝10 m/s，t＝0时位于坐标原点的质点从平衡位置沿y轴正方向运动，下列图形中哪个是t＝0.6 s时的波形(　 ) [解析]　由图中可以看出该波的波长为λ＝4 m，根据v＝可知该列波的周期为T＝0.4 s，又因为t＝0时位于坐标原点的质点从平衡位置沿y轴正方向运动，当t＝0.6 s时经历了1.5T，所以此时位于坐标原点的质点从平衡位置沿y轴负方向运动，结合图像可知B选项正确。 [答案]　B /方法技巧/ 波长的三种确定方法 (1)根据定义确定： ①在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离等于一个波长。 ②波在一个周期内传播的距离等于一个波长。 (2)根据波的图像确定： ①在波的图像上，振动位移总是相同的两个相邻质点间的距离为一个波长。 ②在波的图像上，运动状态(速度)总是相同的两个相邻质点间的距离为一个波长。 ③在波的图像上，两个相邻波峰(或波谷)间的距离为一个波长。 (3)根