第三章 第2节 第 3节 第1课时 波速与波长、频率的关系 波的图像-【高考领航】2023-2024学年高中物理选择性必修第一册同步核心辅导与测评（教科版）

第2节　波速与波长、频率的关系 第3节　波的图像 第1课时　波速与波长、频率的关系　波的图像 1．理解波长、频率和波速的意义及其关系。 2．能判断波的传播方向和质点的振动方向。 3．能用描点法作横波的图像，理解波的图像的物理意义。 4．会区分波的图像与振动图像。 1．物理观念：初步形成波长、频率和波速的概念。 2．科学思维：用比较法比较振动图像和波动图像的不同。 3．科学探究：探究绳波中质点振动方向与波动传播方向的关系。 4．科学态度与责任：通过观察了解有关波的描述的物理量。激发学习物理的兴趣。　　　　　　　　　　　　　　　 　波长 1．振动“同相”：振动状态保持一致的质点的振动是“同相”。 2．波长 (1)定义：沿波的传播方向，任意两个相邻的同相振动的质点之间的距离，常用λ表示。 (2)特征：①横波中任意两个相邻波峰或波谷的距离就是横波的波长。 ②纵波中两个相邻密部或疏部之间的距离就是纵波的波长。 　振幅 1．定义：质点振动的振幅，也称为波的振幅。 2．意义：反映波所传播能量的大小。 3．特点：只沿一个方向传播的简谐波，沿传播方向上各质点的振幅都相等。 　频率 1．频率：波在传播过程中，介质中各质点的振动频率也称为波的频率。 2．频率f和周期T的关系：f＝。 　波速 1．公式：v＝。 2．特点 (1)机械波在介质中的传播速度由介质的性质决定，在同一均匀介质中，机械波的传播速度不变，波长与频率成反比。 (2)在不同的介质中(或在不同的条件下)，机械波的传播速度一般不同。当机械波从一种介质进入另一种介质时，波的频率保持不变，波长发生改变。 　横波的图像 1．建立坐标系 (1)横坐标x表示在波的传播方向上各质点的平衡位置。 (2)纵坐标y表示某时刻各个质点偏离平衡位置的位移。 2．描点 描出该时刻各质点的位置(x，y)，用平滑曲线将各点连接起来，就得到了这一时刻波的图像，有时也称波形图。 3．意义：波的图像直观地反映了各振动质点在某一时刻的位置。 4．正弦波 波形图是正弦曲线的波叫作正弦波，也叫一维简谐波。 [课前小练] 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)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。(×) (2)波的频率由介质决定。(×) (3)根据v＝可知，机械波的波长越长，波速越大。(×) (4)在不同时刻波的图像有可能完全相同。(√) (5)振动图像的图线实质是振动质点所经过的路径形状，波的图像的实质是某一时刻各个质点的连线形状。(×) 2．一列简谐波沿x轴传播，T＝0.4 s，t＝0时刻的波形如图所示，此时质点P向下振动，则该波的传播方向和波速分别是(　　) A．沿x轴负方向，60 m/s B．沿x轴正方向，60 m/s C．沿x轴负方向，30 m/s D．沿x轴正方向，30 m/s 解析：A　由题图可知：P点此时的运动方向向下，P点下一个时刻位移沿负方向增大，所以此波沿x轴负方向传播，由题图可知：λ＝24 m，所以v＝＝ m/s＝60 m/s，故选A。 3．一列简谐横波沿x轴正向传播，某时刻的图像如图所示，坐标为(3，0)的质点经过周期后该质点的坐标是(　　) A．(3，2)　　　　　　　 B．(4，2) C．(4，－2) D．(3，0) 解析：A　简谐波沿x轴正方向传播，坐标为(3，0)的质点振动方向沿＋y方向，经过周期后该质点到达波峰，坐标为(3，2)，A正确。 　波长、波速和频率的关系 [思考探究] 地震时，震源的振动会以横波和纵波两种形式向外传播，两种波在地壳中的传播速度并不一样，首先到达地面的是纵波，接着横波传来，所以在震中的人们会先感到上下颠簸，然后又会感到左右摇摆。 讨论： (1)地震时，在地壳中纵波的速度与横波的速度谁大？ (2)同一种波的传播速度取决于什么？ 提示：(1)纵波的速度大。 (2)同一种波的传播速度取决于介质。 [思维深化] 波速和波长、频率的决定因素及关系 物理量 决定因素 关系 周期和 频率 取决于波源，而与v、λ无直接关系 v＝λf或v＝ 波速 取决于介质的物理性质。它与T、λ无直接关系 波长 波长λ则只取决于v和T，只要v、T其中一个发生变化，λ值必然发生变化 　有一音叉的频率为440 Hz，声音在空气中传播的速度为340 m/s，音叉振动时在空气中产生的声波波长为________m。这列声波传入声速为1500 m/s的水中后，它的波长为________m。 【解析】　根据v＝λf 代入数据可得λ＝0.77 m 声波传入水中，频率不变，根据v′＝λ′f 代入数据可得λ′＝3.4 m。 【答案】　0.77　3.4 [针对训练] 1．湖面上停着甲、乙两条小船，它们相距30 m。一列水波正在湖面上沿甲、乙连线的方向传播，每条小