2.波的描述-【勤径学升】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册同步练测（人教版2019）

第三章机械波 口针对训练 B.横波中，质点的振动方向也可能与波的传 2.(多选)下列关于横波和纵波的说法中正确 播方向在同一直线上 C.纵波中，波的传播方向就是波中质点的移 的是 ( 动方向 A.横波中，质点的振动方向一定与波的传播 D.纵波中，质点的振动方向一定与波的传播 方向垂直 方向在同一条直线上 随堂巩固促应用 验证反馈迁移运用 1.(机械波的特点)（多选）关于机械波的说法 C.有振动一定有波，但有波不一定有振动 正确的是 ( D.波动的过程是质点的振动形式及能量由 A.相邻的质点要相互做功 近及远的传播过程 B.机械波在真空中也能传播 3.(横波与纵波)对于横波和纵波，下列说法中 正确的是 C.波源开始时怎样振动，其他质点开始时就 A.质点在水平面内振动的波一定是横波 怎样振动 B.质点振动方向与波传播方向都在水平面 D.除波源外，波中各质点都做受迫振动 内的波一定是横波 2.(振动与波的关系)关于振动和波的关系，下 C.某时刻横波中波峰和波谷处的质点位移 列说法正确的是 都是最大 A.如果波源停止振动，在介质中传播的波也 D.横波中波蜂处质点位移最大，波谷处质点 立即停止 位移最小 B.发声体在振动时，一定会产生声波 提示请完成《素能提升训练》训练十一 2.波的描述 学习目标 核心素养 横坐标：在波的传橘方向上 各质点的平衡位置 图像的建立 1,知道什么是波的图像，能在图像中读 纵坐标：某一时刻各质点 出质点振动的振辐 偏离平衡位置的位移 2.能区分振动图像和波的图像。 简谐波的图像是一 3.理解波长的周期、频率，波速的概念 ·波的图像 图像的特点 条正（余）弦曲线 和物理意义。 ·从波的图像可获取的信息 4.掌握被长、颗率和波速的关系式，并 能应用关系式解答有关问题。 述 波长一由波源与介质决定 波长，频 颜率→由波源决定 =T= 刘 率和波速 ·波速一由介质决定 57 》高中物理·选择性必修第一册（人教版）】 自主学习探新知 课前预习双基落实 一、波的图像 3.波速 1.建立坐标系 (1)定义：机械波在介质中的传播速度。 用横坐标x表示在波的传播方向上各质点 (2)决定因素：由 本身的性质决定， 的 ,纵坐标y表示某时刻各质 在不同的介质中，波速是 (选填“相 点偏离平衡位置的 同”或“不同”)的。 2.描点 (3)波长，周期、频率和波速的关系：v= 把平衡时位于x1,x2,x,…的质点的位移 T y1y2y…画在Oxy坐标平面内，得到 系列坐标为( ),( ),( (4)波长、频率和波速的决定因素 ),…的点。 ①波速由介质决定，与波的频率、波长无关。 3.连线 ②周期和频率取决于波源，而与、入无直接 用一条 的线把各点连接起来就是 关系。 这时的 ,有时也称 ③波长由 和 共同决定。 4.正弦波及波形图与振动图像的意义 波从一种介质传播到另一种介质，波的频率 (1)如果波的图像是正弦曲线，这样的波叫 不变，由于波速的变化，波长也将随之变化。 作 ,也叫简谐波。 赵自我诊断 (2) 表示介质中的“各个质点”在 1.判断下列说法的正误。 “某一时刻”的位移。 (1)从波的图像可以知道各质点振动的 (3) 表示介质中“某一质点”在 振幅。 () “各个时刻”的位移。 (2)在不同时刻波的图像有可能完全相同。 二、波长、频率和波速 () 1.波长入 (3)振动图像的图线实质是振动质点所经过 (1)定义：在波的传播方向上，振动相位总是 的路径形状，波的图像的图线实质是某一时 相同的两个 质点间的距离。 刻各个质点的连线形状。 ( (2)特征 (4)在波的传播方向上振动速度始终相同的 ①在横波中，两个相邻 或两个相邻 相邻两质点间的距离等于波长。 () 之间的距离等于波长。 (5)波的频率由介质决定 ②在纵波中，两个相邻 或两个相邻 之间的距离等于波长。 (6)根据口=会可知，机械波的波长越长，波 2.周期T、频率f 速越大。 (1)周期（频率）：在波动中，各个质点的周期 2.一列沿x轴正方向传播 (或频率)都相同，它们都等于波源的振动周 10 的横波在某一时刻的波 期（或频率），这个周期（或频率）也叫作波的 形图如图所示，由图可 周期（或频率）。 知质点的振幅A (2)周期T和频率f的关系：互为 cm,此时质点P的运动方向向 即f 加速度方向向 ,且速度 (3)波长与周期的关系：经过 (选填“增大”“减小”或“不变”)，加速度 振动在介质中传播的距离等于一个波长。 (选填“增大”“减小”或“不变”)。 58 第三章机械波 互动探究解疑难 要点归纳重难突破 要点一 对波的图像的理解及应用 @问题导引 (2)可以直接看出在波的传播过程中各质点 一列简谐波在某一时刻的图像如图 的振幅A,波的图线上纵坐标最大值的绝对 所示。 值，即A=4cm。 (3)可以判断出各质点在该时刻的回复力方 向和加速度方向。 10A52025xm (4)根据波的产生特点，若已知波的传播方 向，可确定各质点在该时刻的振动方向、速 (1)波的图像是什么形状的曲线？ 度大小的变化趋势等。反之亦然。 (2)由图像可读出什么？ 3.判断质点振动方向或波传播方向的方法 (1)带动法：先振动的质点带动邻近的后振动 质点，在质点P靠近波源一方附近的图像上另 找一点P,若P在P点上方，则P向上振动， 若P在下方，则P向下振动（如图甲所示）。 口探究升华 P向运动 P向下运动 1.波的图像的理解 甲 (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。 (2)上下坡法：沿波的传播方向看去，“上坡 2.图像的信息 处的质点向下振动：“下坡”处的质点向上振 动，简称“上坡下，下坡上”（如图乙所示）。 (3)同侧法：在波的图像上的某一点，沿竖直 10 x/cm 方向画出一个箭头表示质点振动方向，并设 想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 如图所示，知道一列波在某时刻的波形，能 同侧（如图丙所示）。 从这列波的波形中了解到波的传播情况主 (4)微平移法：如图丁所示，实线为t时刻的 要有以下几点： (1)可以直接看出在该时刻沿传播方向上各 波形，作出微小时间△（△<日）后的波形如 质点的位移。图线上各点的纵坐标表示的 虚线所示。由图可见t时刻的质点由P,(或 是各质点在该时刻的位移。图中的M点的 P2)位置经△t后运动到P'(或P2')处，这样 位移是2cm。 就可以判断质点的振动方向了。 59 》高中物理·选择性必修第一册（人教版） 典例剖析 。针对训练 [例1] 如图所示是一列横 1.(多选)关于如图所示的波形图，下列说法中 波在某一时刻的波形，波 正确的是 沿x轴正方向传播。 (1)该时刻质点A的振动 方向向 ,质点C的振动方向向 I06 ,质点D的振动方向向 -0.1 (2)再经过21，质点A通过的路程是 A.此列波的振幅是0.1m cm,质点C的位移是 cm。 B.x=15cm处质点的位移是0.1m 川思维升华川 C.若质点A的速度沿y轴正方向，则质点B 简谐运动中质点的位移 的速度亦沿y轴正方向 对于做简谐运动的质点，其位移都是相对平衡位 里而言的，与起点在何处无关，这一点与运动学中的 D.质点A的加速度为沿y轴负方向，而B、 位移有所不同 C两质点的加速度沿y轴正方向 要点二 振动图像和波的图像的比较 口问题导引 比较项目 振动图像 波的图像 如图为某一列波在某时刻的波的图像 表示一质点在各 表示某时刻各质点的 和某质点的振动图像，两图像横坐标和纵坐 物现意义 时刻的位移 位移 标分别表示什么意义？两图像的物理意义 沿波传播方向的所有 分别是怎样的？ 研究对象 一振动质点 质点 质点位移随时 某时刻所有质点的空 研究内容 间变化规律 间分布规律 不 点 图像 图像随时 整个波形沿波的传播 随时间延仲，原有 间的变化 方向平移，不同时刻波 部分图形不变 情况 形不同 探究升华 比喻 单人舞的录像 抓拍的集体舞照片 简谐振动的图像和波的图像从形状上看都 图像形状 正弦曲线 是正弦曲线，但两种图像的物理意义、坐标 相 中描述的物理量、研究的内容等方面有着本 点 可获得 质点振动的振幅、位移，加速度的方向 的信息 质的不同。两者的异同点如表所示。 60 第三章机械波 典例剖析 川思维升华川 [例2]图甲为某一波在t=1.0s时的图像， 两种图像的比较 (1)波的图像与振动图像外形上很相做，辨别它 图乙为参与该波动的质点P的振动图像。 们时要看图像的横坐标是时间（还是位里x。 (2)简谐波中的所有质点都傲篱谱运动，它们的 振福、周期均相司。 02 (3)判断波的图像中质点的运动方向可根据警动 法，上下坡法、微平侈法：根落质点下一时刻的位置判 断振动图像中质点的张动方向 口针对训练 2.(多选)一列简谐横波在1=0时刻的波形图如 (1)说出两图中AA'的意义： 图(a)所示，图(b)表示该波传播的介质中某质 (2)说出图甲中OAB图线的意义，并判断图 点此后一段时间内的振动图像，则 甲中的波的传播方向： (3)画出图甲中各质点再经3.5s时的波形。 A.若波沿x轴正方向传播，图(b)应为a点 的振动图像 B.若波沿x轴正方向传播，图(b)应为b点 的振动图像 C.若波沿x轴负方向传播，图(b)应为c点 的振动图像 D.若波沿x轴负方向传播，图(b)应为d点 的振动图像 要点三波长、波速和频率的理解 问题导引 ②波在一个周期内传播的距离等于一个 地震时，震源的振动会以横波和纵波两 波长。 种形式向外传播，两种波在地壳中的传播速 (2)根据波的图像确定 度并不一样，首先到达地面的是纵波，接着 在波的图像上，两个相邻波峰（或波谷）间的 横波传来，所以在震中的人们会先感到上下 距离为一个波长。 颠簸，然后又会感到左右摇摆。讨论： (3)根据公式A=vT来确定。 (1)地震时，在地壳中纵波的速度与横波的 2.波长、波速和频率（周期）的决定因素 速度谁大？ (2)同一种波的传播速度取决于什么？ (1)在一个周期的时间内，振动在介质中传 播的距离等于一个波长。波速与周期、频率 的关系为：=宁=f。 口探究升华 (2)波的周期和频率由波源决定，与v、入无 1.波长的确定 关，当波从一种介质进人另一种介质时，周 (1)根据定义确定 期和频率不发生改变。 ①在波动中，振动相位总是相同的两个相邻 (3)波速由介质本身的性质决定，在同一种 质点间的距离等于一个波长。 均匀介质中波速不变。 61 高中物理·选择性必修第一册（人载版） 典例剖析 。针对训练 [例3]从甲地向乙地发出频率为50Hz的声 3.(多选)一列简谐波在某一时刻的波形如图 波，当波速为330ms时，在甲、乙两地间有 所示。下列说法正确的是 ( 若干个完整波形的波，当波速为340m/s 时，甲、乙两地间完整波形的波数减少了一 个，则甲、乙两地相距多少米？ A.质点A、C、E、G、I在振动过程中位移总 是相同 B.质点B、F在振动过程中位移总是相同 C质点D、H的平衡位置间的距离是一个 波长 D.质点A、I在振动过程中位移总是相同， 它们的平衡位置间的距离是一个波长 随堂巩固促应用 验证反情迁移运用 1,(波的图像)取一条较长的软绳，用手握住一 4y/cm 端(O点)连续上下抖动，在绳上形成一列简 谐横波。已知O点完成一次全振动所用的 时间为T,某一时刻的波形如图所示，绳上 A,质点L与质点N的运动方向总相同 a、b两点均处于平衡位置，下列说法正确 B.该波沿x轴正方向传播 的是 C.在0.5s时间内，质点P向右运动了1m D.1=1.0s时，质点P处于平衡位置，并正 在往y轴负方向运动 3.(波速公式的应用)某同学漂浮在海面上，虽 然水面波正平稳地以1.8m‘s的速率向着海 A.a、b两点振动方向相同 滩传播，但他并不向海滩靠近。该同学发现 B.a、b两点间的距离等于一个波长 从第1个波峰到第10个波峰通过身下的时 C再经，b质点将运动到波峰位置 间间隔为15$。下列说法正确的是() A.该水面波的频率为6Hz D.再经写a质点将运动到6质点位置 B.该水面波的波长为3m C.水面波没有将该同学推向岸边，是因为波 2.(振动图像和波的图像的比较)某横波在介 传播时能量不会传递出去 质中沿x轴传播，图甲为t=0.75s时的波 D.若水面波的频率增大，则水面波会将该同 学推向岸边 形图，图乙为P点的振动图像。那么下列说 法正确的是 提示请完成《素能提升训练》训练十二 62【互动探究解疑难】 要点———[问题导引] 提示：(1)没有(2)不会 [典例剖析] [例1] [解析] 各质点在各时刻的情况如图所示： =2 910111213141516171819 甲 t=4T 920 乙 (1)由甲图可知，1=2时，质点8未达到波峰，正在向上 振动，质点12、16未振动。 (2)由乙图可知，t=3T时，质点8正在向下振动，质点 12向上振动，质点16未振动。 [答案] 见解析 [针对训练] 1.ABC 要点二 [问题导引] 提示：(1)地震波既有横波成分也有纵波成分。 (2)横波与纵波的根本区别是质点的振动方向与波的传 播方向之间的关系。 [典例剖析] [例2] A 同一波源产生的波中可同时具有横波、纵波， 如地震波，故选项 A正确；虽然传播这两种波的介质质 点振动方向与波传播方向的关系不同，但并不妨碍两者 沿同一方向传播，故选项B错误；在同一介质中，横波和 纵波传播速度一般不同，如地震波中纵波比横波传播得 快，故选项C错误；横波可以在固体内传播，不可以在液 体、气体中传播，而纵波可在固体、液体和气体中传播， 故选项 D错误 [针对训练] 2.AD 【随堂巩固促应用】 1.ACD 2.D 3.C 2.波的描述 【自主学习探新知】 一、1.平衡位置 位移 2.x?,y? x?,y? xg,y? 3.平滑 波的图像 波形图 4.(1)正弦波 (2)波形图(3)振动图像 二、1.(1)相邻 (2)①波峰 波谷 ②密部 疏部 2.(2)倒数 (3)一个周期 3.(2)介质 不同 (3)λf (4)③波速 频率 [自我诊断] 1.(1)√ (2)√(3)×(4)√(5)×(6)× 2.10 上 下 减小 增大 【互动探究解疑难】 要点———[问题导引] 提示：(1)波的图像是正弦曲线。 (2)由图像可读出：①该时刻各质点的位移；②各质点振 动的振幅；③波长。 [典例剖析] [例1] [解析](1)由于波沿x轴正方向传播，质点A 在“下坡区”,所以它向上运动；质点C、质点 D均在“上 坡区”,所以质点C、D都向下运动。 过会T,(2)再经 ,质点 A又回到平衡位置，所以质点 A 通过的路程为 4 cm;质点C也回到平衡位置，其位移 为0。 [答案](1)上 下 下(2)4 0 [针对训练] 1.ACD 要点二- [问题导引] 提示：波的图像横坐标表示各质点的平衡位置，纵坐标 表示某时刻各质点离开平衡位置的位移；而振动图像横 坐标表示某质点运动的时间，纵坐标表示该质点在不同 时刻离开平衡位置的位移。波的图像表示某时刻各质 点的位移；振动图像表示质点的位移随时间变化的 规律。 [典例剖析] [例2] [解析](1)题图甲中AA'表示质点A的振幅或 1.0 s时质点A的位移，大小为0.2 m,方向为负。题图 乙中AA'表示质点P的振幅，也是质点P在0.25 s时 的位移，大小为0.2 m,方向为负。 (2)题图甲中OAB段图线表示O到B之间所有质点在 1.0 s时的位移。由题图乙看出质点P在1.0 s时向y 轴负方向振动，所以图甲中波向左传播。 (3)由题图乙可知周期为1.0 s,再经 3.5 s各质点在题 图甲的基础上运动3.5个周期，用特殊点法描出 A、B、 C、P四点的位置，连线可得到 3.5 s 时的波的图像，如 图所示。 +y/m 0.2 0 /m2\1 3 4 -0.2 [答案] 见解析 [针对训练] 2.BD 要点三——[问题导引] 提示：(1)纵波的速度大。 (2)波的传播速度取决于介质。 [典例剖析] [例3] [解析] 本题主要考查了波长、频率、波速三者 之间的关系及学生的空间想象能力，此题创新之处在于 虽在同一介质中波速却发生了变化，有人认为这题有问 题，其实不然，虽是同一介质，当温度发生变化时，波速 也随之变化。 由题意得两次波长分别为 λ?=9=30m,λ?=学=30m。 设波速为330 m/s时，甲、乙两地间有 n个完整波形。 据题意有(n—1)λ?=nλg, 所以n=x-x=343-330=34, 所以甲、乙两地间的距离为 s=nλ?=34×330m=224.4 m. [答案] 224.4 m 9 [针对训练] 3.BC 【随堂巩固促应用】 1.C 2.D 3.B 专题二 波的图像和多解问题 【互动探究解疑难】 [典例剖析] [例1] [解析] λ=2 m,v= 0.5m/s,T=A=4s所以波 在7s内传播的距离为x=vt= 0 2/ x/m 3.5 m=(1+2)λ, ,将现有波形 4λ向右平移 可得7 s后的波形(粗实线);将现有波形 4λ可向左平移 得7 s前的波形(虚线),如图所示。 [答案] 见解析图 [针对训练] 1.(t+3)s和(t-3)s两时刻的波形分别如图中实线和虚 线所示。 tylem (-3)s (1+3)s 0 10 x/m4 /8 [典例剖析] [例2] [解析](1)未明确波的传播方向和△t与T的 关系，故有两组系列解。 当波向右传播时： -+-2m=4(4m+1)m/sa=0,1, 2,⋯)。 ① 当波向左传播时： -m+3^-s+6m/s=4(n+3)ms(u=0,1, 2,⋯)。 ② (2)明确了波的传播方向，并限定3T<△t<4T, 设此时间内波传播距离为s,则有3λ<s<4λ, 即n=3,代入②式 v左=4(4n+3)m/s=4×(4×3+3)m/s=60 m/s。 (3)给定的波速v=68 m/s,则给定时间 △t 内波传播距 离x=o·△=68×0.5m=34 m=(4+4)x,,故波向 右传播。 [答案] 见解析 [针对训练] 2.(1)负方向(2)45 m/s 【随堂巩固促应用】 1.(1)2.25 s (2)如下图所示(3)48 cm ylem 0 -4 -8l 2 3/ iN 4 5 6 x/m 2.(1)若波沿x轴正方向传播，v=400(4n+1)m/s(n=0, 1,2,⋯);若波沿x轴负方向传播，v=400(4n+3)m/s (n=0,1,2,⋯)(2)2 800 m/s 3.波的反射、折射和衍射 【自主学习探新知】 一、1.(1)返回来(2)同一平面内 法线两侧 等于 2.传播方向 二、1.绕过障碍物 2.相差不多 比波长更小 3.一切波 特有 [自我诊断] 1.(1)×(2)√ (3)√(4)×(5)× 2.AB 【互动探究解疑难】 要点—---[问题导引] 提示：(1)波的反射。 (2)返回介质I时波的频率和波长均不变，进入介质Ⅱ 时波的频率不变，波速变化，由 v=λf得，波长变化。 [典例剖析] [例1] [解析] 画出汽车与声音 A 运动过程示意图如图所示，设汽车 汽车C由 A到C位移为x?,C到山崖 B 处的距离为x?,设汽车鸣笛到司 机听到回声时间为t,则t=2 s, 声 声 =,+2=1, 解得x?=-1=0,20?1=(340-15)×2m =325 m。 [答案] 325 m [针对训练] 1.BC 要点二——-[问题导引] 提示：(1)水波遇到小孔时，水波能穿过小孔，并能到达 挡板后面的“阴影区”,小孔的尺寸减小时，水波到达“阴 影区”的现象更加明显。 (2)当水波遇到较大的障碍物时，将会返回，当障碍物较 小时，波能继续向前传播。 [典例剖析] [例2] ABC 从题图中可看出孔AB的尺寸小于一个波 长，所以此时能明显地观察到波的衍射现象，选项A正 确；因为穿过挡板小孔后的波速不变，频率相同，所以波 长也相同，选项 B正确；若将孔 AB扩大，将可能不满足 发生明显衍射现象的条件，就有可能观察不到明显的衍 射现象，选项C正确；若将波源频率增大，由于波速不 变，所以波长变小，将可能不满足发生明显衍射现象的 条件，就有可能观察不到明显的衍射现象，选项 D 错误。 [针对训练] 2.BD 【随堂巩固促应用】 1.C 2.AC 3.464 m 10 B