(讲义)第3章 第2节 机械波的描述-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册(粤教版2019)

第二节　机械波的描述 1．理解波长、波速及其与周期、频率的关系． 2．掌握波的图像的意义和应用，能够区分波的图像和振动图像． 3．会分析波的多解问题． 知识点一　机械波的图像 1．波的图像 选定某一时刻，然后在平面直角坐标系中，用横坐标表示介质中各个质点的平衡位置，用纵坐标表示这一时刻各个质点偏离平衡位置的位移，连接各位移矢量末端，就得出一条光滑曲线，就是该时刻波的图像． 2．波的图像与振动图像的区别 振动图像表示的是某个质点在各个时刻的位移，机械波的图像表示的是某一时刻各个质点的位移． 知识点二　描述机械波的物理量 1．波长 (1)定义：在波动中，对平衡位置的位移总是相同的两个相邻质点之间的距离，叫作波长，用λ表示． (2)横波波长：横波相邻波峰或波谷的距离等于横波波长． (3)纵波波长：纵波的两个相邻最密部或者相邻最疏部的距离等于纵波波长． 2．波的周期(或频率) 波的周期(或频率)等于波源的振动周期(或频率)． 3．波速 (1)定义：振动状态(以波峰或者波谷作为标志)在介质中的传播速度叫作波速，用v表示． (2)公式：v＝＝λf． (3)波长、周期(或频率)、波速都是描述机械波的物理量． 4．波速的特点 (1)波从一种介质进入另一种介质中传播时，波速与波长将会改变，频率(或周期)不变． (2)机械波在介质中的传播速度由介质的性质决定． 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)． (1)由波的图像可以读出周期． (×) (2)相隔时间为周期的整数倍的两个时刻波形图部分重合． (√) (3)波的图像表示介质中质点的运动轨迹． (×) (4)在一个周期内，振动在介质中传播的距离等于一个波长． (√) 2．关于波的图像的物理意义，下列说法正确的是(　　) A．表示某一时刻某一质点的位移 B．表示某一时刻各个质点的位移 C．表示各个时刻某一质点的位移 D．表示各个时刻各个质点的位移 B　[波的图像是用来描述介质中不同质点在某一时刻所在位置相对平衡位置的位移，故B正确．] 3．(多选)如图所示为某一向右传播的横波在某时刻的波形图，则下列叙述中正确的是(　　) A．经过半个周期，质点C将运动到E点处 B．M点和P点的振动情况时刻相同 C．A点比F点先到达最低位置 D．B点和D点的振动步调相反 CD　[各质点在各自的平衡位置附近振动，不随波迁移，所以经过半个周期，质点C会回到平衡位置，但不会运动到E点，A错误；M点和P点的振动情况不会相同，B错误；波向右传播，F点和A点都向上振动，A点先到达最低位置，C正确；B点和D点的振动相差半个周期，所以振动步调相反，D正确．故选C、D．] 一列波的图像如图甲，其中某一点的振动图像如图乙． (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)看图像的横坐标是x还是t． (2)相同． 　波的图像 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及波长λ． (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． 4．波的图像与振动图像的比较 比较项目 简谐运动的图像 简谐波的图像 不同点 图像 研究对象 某个振动质点 所有质点 研究内容 一个质点在不同时刻的振动位移 介质中各质点在同一时刻的振动位移 图像变化 随时间延伸，原图形不变 随时间推移，整个波形沿波的传播方向平移 一个完整图像所占横坐标的距离 表示一个周期T 表示一个波长λ 比喻 单人舞的录像 抓拍的集体舞照片 相同点及联系 图像形状 正(余)弦曲线 可获得的信息 质点振动的振幅、位移、加速度的方向 联系 质点的振动是组成波动的基本要素 【典例1】　如图所示是一列简谐横波在某时刻的波形图．若此时质点P正处于加速运动过程中，则此时(　　) A．此波沿x轴正向传播 B．质点N比质点Q先回到平衡位置 C．质点N处于减速运动过程中 D．质点Q和质点N运动情况恰好相反 B　[质点P加速运动，知P向平衡位置振动，即方向向下振动，根据“上下坡法”知，波向左传播，则Q点向上振动，N点向上振动，则可知N点直接到达平衡位置，而Q点先向上再向下，故N点比Q点先回到平衡位置，故A错误，B正