第3章 第2节 波的描述（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（人教版2019）

第2节　波的描述 核心素养导学 物理观念 (1)知道波的图像以及图像的纵坐标、横坐标各表示的物理量，能说出图像中蕴含的信息 (2)理解波长、频率和波速的意义及其定量关系。。 科学思维 (1)学会应用比较法区分振动图像和波动图像。 (2)应用波长、频率和波速的关系解决波传播中的问题。 (3)能判断波的传播方向和质点的振动方向。 科学态度与责任 正确认识科学的本质，具有学习和研究物理的好奇心和求知欲。 一、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、波长、频率和波速 1．波长 (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，通常用λ表示。 (2)特征：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；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。 2．周期和频率 各个质点的振动周期或频率是相同的，等于波源的振动周期或频率。 3．波速 (1)定义：机械波在介质中的传播速度。 (2)波速与波长、周期(频率)的关系：v＝＝fλ。 (3)波速大小的决定因素： ①由介质本身的性质决定；②与介质的温度有关。 1.一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，振动图像是时间t，波的图像是传播距离x。 (2)相同，都等于振幅。 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5 cm，波长为4 m；若该波波源的振动周期为T＝0.2 s，则该波的频率为f＝5 Hz，波速为v＝20 m/s。 新知学习(一)|波的图像的理解和应用 [重点释解] 1．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。 2．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。 3．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，也可能沿x轴负向传播，具有双向性。 [典例体验] [典例]　一列简谐横波某时刻的波形图如图所示。此后K质点比L质点先回到平衡位置。下列判断正确的是(　 ) A．该简谐横波沿x轴负方向传播 B．此时K质点沿y轴正方向运动 C．此时K质点的速度比L质点的小 D．此时K质点的加速度比L质点的小 [解析]　由题知K质点比L质点先回到平衡位置，则此时K质点应沿y轴负方向运动，再根据“上、下坡”法可知，该波应沿x轴正方向传播，A、B错误；L质点在波谷处，则L质点的速度为0，故此时K质点的速度比L质点的大，C错误；由于质点在竖直方向做机械振动，根据F＝－ky＝ma，结合波动图像可看出yL＞yK，则此时K质点的加速度比L质点的小，D正确。 [答案]　D [拓展]　(多选)对应[典例]的情景，图中M点和K点从图中时刻开始计时，其振动图像为(　 ) [解析]　由于已判断出波沿x轴正方向传播，可知K点和M点振动方向都向下，故K点的振动图像应为D；M点的振动图像应为B。 [答案]　BD /方法技巧/ 判断质点振动方向与波的传播方向的四种常用方法 (1)上下坡法 沿波的传播方向看，“上坡”的点向下运动，“下坡”的点向上运动，简称“上坡下，下坡上”。如图甲所示。 (2)微平移法 原理：波向前传播，波形也向前平移。 方法：作出经微小时间Δt后的波形，就知道了各质点经过Δt时间到达的位置，此刻质点振动方向也就知道了。如图乙所示。 　　　 　　　 甲　　　　　　　　　　　　乙 (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运动方向，并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。若波向右传播，则P向下运动。 (4)带动法 原理：先振动的质点带动邻近的后振动的质点。 方法：在质点P与波源之间的图像上靠近P点另找一点P′，若P′在P上方，则P向上运动，若P′在P下方，则P向下运动。如图丁所示。 丁 [针对训练] 1．如图所示，实线为简谐波在时刻t的图像，虚线为简谐波经Δt时间后的图像。则下列说法中正确的是(　 ) A．这列简谐波一定沿x