第三章 第1节 波的形成和描述-【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（鲁科版）

第1节 波的形成和描述 核心素养要求 核心素养呈现 1.理解机械波的形成过程和产生条件，掌握机械波传播的特点． 2．知道波的分类依据及横波和纵波的概念． 3．理解波的图像的意义，会用图像分析机械波． 4．知道波长、频率和波速的概念，掌握波长、波速和频率的关系. 波的形成与传播 1．介质：传播波的物质． 2．机械波 (1)定义：机械振动在介质中传播形成波称为机械波． (2)产生条件：波源_和介质． (3)特点 ①机械波向外传递的是机械振动这种运动形式． ②介质中每个质点仅在平衡位置附近振动，并不随波向前移动． ③波是传递能量的一种方式． 在平静的湖面上，漂浮着一片树叶，如果你往树叶附近扔下一块小石子，湖面立即兴起水波，水波一圈一圈往外扩展出去，于是树叶运动起来．请问树叶会随水波往外移动吗？ 提示： 不会．因为小石子激起的水波是振动的传播，水并不向外移动，水的质点只是上下振动，所以树叶不会随水波往外移动． 　波的分类 1．分类：根据质点的振动方向和波的传播方向之间的关系，机械波分为横波和纵波． 2．横波 (1)定义：质点的振动方向与波的传播方向垂直的波． (2)标识性物理量 ①波峰：横波凸起的最高处． ②波谷：横波凹下的最低处． 3．纵波 (1)定义：质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波． (2)标识性物理量 ①密部：弹簧分布最密的位置． ②疏部：弹簧分布最疏的位置． 如图所示的波是一列横波，绳波各质点振动方向与波的传播方向有什么关系？ 提示：质点的振动方向与波的传播方向相互垂直． 　波的描述 1．波的图像 (1)图像的描绘 ①建坐标系：用横坐标x表示沿波的传播方向上各质点的平衡位置，用纵坐标y表示各质点离开平衡位置的位移，规定位移的方向向上为正值． ②描点：在坐标系内，以某一时刻各个质点的x、y值描出各对应点，在把这些点用平滑曲线连接起来，就得到了该时刻波的图像，也称波形曲线或波形． (2)简谐波：波源做简谐运动时，在各个时刻波的图像是一条正弦(或余弦)曲线，这种波称为简谐波． 2．波的特征 (1)波的周期和频率 ①周期：波源的振动周期就是波的周期，用T表示． ②频率：介质中各质点振动的频率就是波的频率，用f表示． ③两者的关系：T＝. (2)波长：两个相邻的、相对平衡位置的位移和振动方向总是相同的质点间的距离，称为波长，用λ表示． (3)波速 ①定义：物理学中，将振动传播的距离与传播时间之比称为波速． ②波速公式：v＝或v＝λf． (1)波的图像反映的是某一时刻介质中各质点的位移情况．(√) (2)从波的图像可以知道各质点振动的振幅．(√) (3)从波的图像能读出质点的振动周期．(×) (4)横波中任意两个波峰之间的距离等于波长．(×) 　机械波的形成及特点 [思 考 探 究] 艺术体操也叫韵律体操，是一种艺术性很强的女子竞赛体操项目.19世纪末20世纪初起源于欧洲．艺术体操表演项目有很多，丝带舞表演就是其中之一，如图所示是一幅丝带舞的表演图． (1)丝带上的各点的运动有什么特点？各点有没有随波迁移？ 提示：每一个质点都由前面的质点带动下在其原位置附近做上下振动；各点没有随波迁移． (2)运动员的手停止抖动后，丝带上的波会立即停止吗？ 提示：不会立即停止． [思 维 深 化] 1．机械波的形成 2．波的特点 (1)振幅：像绳波这种一维(只在某个方向上传播)机械波，若不计能量损失，各质点的振幅相同． (2)周期：各质点振动的周期均与波源的振动周期相同． (3)步调：离波源越远，质点振动越滞后． (4)运动：各质点只在各自的平衡位置附近做往复振动，并不随波迁移． (5)实质：机械波向前传播的是振动这种运动形式，同时也传递能量和信息． 3．振动与波动的联系和区别 振动 波动 运动 现象 振动是单个物体所表现出的周而复始的运动现象 波动是介质中大量的质点受到扰动时，从扰动中心传播开来的周而复始的运动现象 运动的 成因 物体由于某种原因离开平衡位置，同时受到指向平衡位置的力——回复力作用 介质中的质点受到相邻质点的扰动而随着运动，并由近及远传播开去，且各部分都受到指向原位置的力的作用 联系 (1)振动是波的起因，波是振动的传播 (2)有波动一定有振动，有振动不一定有波动 (3)波动的周期等于质点振动的周期 　如图所示是某绳波形成过程的示意图，质点1在外力作用下沿直线方向做简谐运动，带动2，3，4…各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端．已知t＝0时，质点1开始向上运动，t＝时，1到达最上方，5开始向上运动．问： (1)t＝时，质点8，12，16的运动状态(是否运动、运动方向)如何？ (2)t＝时，质点8，12，16的运动状态如何？ 解析：各质点在各时刻的情况，如图所示． (1