第2課 波的描述 -2023-2024學年高二物理（人教版2019）（原卷版）

第2課波的描述學習目標學習目標課程標準學習目標能用圖像描述橫波。理解波速、波長和頻率的關系。1．能區(qū)分波動圖像與振動圖像，會在橫波的圖像上找出波長、振幅，不要求用圖像描述縱波。2．知道波長、波速的含義。3．知道波的周期和頻率由波源打算，而波速與介質(zhì)的性質(zhì)有關。4．能在具體情境中應用波速、頻率（周期）、波長三者的關系分析解決問題。002預習導學（一）課前閱讀：波源、介質(zhì)、橫波、縱波（二）基礎梳理一、波的圖像1、坐標軸：橫軸表示各質(zhì)點的，縱軸表示該時刻各質(zhì)點的.2、物理意義：表示在波的傳播方向上，某時刻各質(zhì)點離開的位移.3、簡諧波特點：【概念連接】簡諧運動的圖像、波源、介質(zhì)、橫波、縱波【拓展補充】簡諧波【即學即練】1.一列簡諧橫波某時刻的波形圖如圖所示。此后K質(zhì)點比L質(zhì)點先回到平衡位置。下列推斷正確的是()A．該簡諧橫波沿x軸負方向傳播B．此時K質(zhì)點沿y軸正方向運動C．此時K質(zhì)點的速度比L質(zhì)點的小D．此時K質(zhì)點的加速度比L質(zhì)點的小2.如圖，一列簡諧橫波平行于x軸傳播，圖中的實線和虛線分別為t＝0和t＝0.1s時的波形圖.已知平衡位置在x＝6m處的質(zhì)點，在0到0.1s時間內(nèi)運動方向不變.傳播方向沿x軸________(填“正方向”或“負方向”).【微點撥】可以從兩個角度進行分析：質(zhì)點振動角度、波形整體平移角度二、波長、頻率和波速1．機械波的傳播特點①介質(zhì)中每個質(zhì)點都做受迫振動，因此，任一質(zhì)點的振動頻率和周期都和的振動頻率和周期相同.②波源經(jīng)過一個周期T完成一次全振動，波恰好向前傳播一個的距離，v＝.2.波長、波速、頻率及其關系(1)波長λ：在波的傳播方向上，振動相位總是的兩個質(zhì)點間的距離.①在橫波中，兩個波峰(或波谷)間的距離等于。②在縱波中，兩個密部(或疏部)中心間的距離等于。(2)波速v：波在介質(zhì)中的傳播速度，由本身的性質(zhì)打算.(3)頻率f：由波源打算，等于波源的.(4)波長、波速和頻率的關系：.【概念連接】周期、同相質(zhì)點、反相質(zhì)點、全振動【拓展補充】振動步調(diào)【即學即練】1．一列簡諧橫波在均勻介質(zhì)中沿x軸負方向傳播，已知x＝eq\f(5,4)λ處質(zhì)點的振動方程為y＝Acos(eq\f(2π,T)t)，則t＝eq\f(3,4)T時刻的波形圖正確的是()2、（多選）某同學漂移在海面上，雖然水面波正平穩(wěn)地以1.8m/s的速率向著海灘傳播，但他并不向海灘靠近.該同學發(fā)覺從第1個波峰到第10個波峰通過身下的時間間隔為15s.下列說法正確的是()A.該水面波的頻率為6HzB.該水面波的波長為3mC.水面波沒有將該同學推向岸邊，是由于波傳播時能量不會傳遞出去D.水面波沒有將該同學推向岸邊，是由于波傳播時振動的質(zhì)點并不隨波遷移【微點撥】質(zhì)點并不隨波遷移三、多解問題1.波的周期性(1)質(zhì)點振動nT(n＝0,1,2,3，…)時，波形.(2)在波的傳播方向上，當兩質(zhì)點平衡位置間的距離為nλ(n＝1,2,3，…)時，它們的振動步調(diào)總；當兩質(zhì)點平衡位置間的距離為(2n＋1)eq\f(λ,2)(n＝0,1,2,3，…)時，它們的振動步調(diào)總.2.波的傳播方向與質(zhì)點振動方向的互判波形圖上某點表示傳播方向和振動方向的箭頭在圖線。【拓展補充】1.波動問題多解的主要因素(1)周期性①時間周期性：時間間隔Δt與周期T的關系不明確。②空間周期性：波傳播的距離Δx與波長λ的關系不明確。(2)雙向性①傳播方向雙向性：波的傳播方向不確定。②振動方向雙向性：質(zhì)點振動方向不確定。2.解決波的多解問題的思路一般接受從特殊到一般的思維方法，即找出一個周期內(nèi)滿足條件關系的Δt或Δx，若此關系為時間，則t＝nT＋Δt(n＝0，1，2，…)；若此關系為距離，則x＝nλ＋Δx(n＝0，1，2，…)?！炯磳W即練】1、在一列沿水平直線傳播的簡諧橫波上有相距4m的A、B兩點，如圖甲、乙分別是A、B兩質(zhì)點的振動圖象.已知該波波長大于2m，求這列波可能的波速.2、在安靜的介質(zhì)中，從波源O發(fā)出的一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，t1秒時刻的波形用實線表示，t2秒(t2>t1)時刻的波形用虛線表示。介質(zhì)中的質(zhì)點Q位于x＝18m處，則下列說法正確的是()A．該簡諧橫波的波長可能為6mB．該波的波速大小肯定為eq\f(4,t2－t1)m/sC．在t1秒時刻至t2秒時刻這段時間內(nèi)，介質(zhì)中的質(zhì)點M的運動過程是由先加速、后減速兩段過程組成D．依據(jù)圖像無法推斷質(zhì)點Q的起振方向（三）預習作業(yè)1．推斷正誤：(1)通過波的圖像可以找出任一質(zhì)點在任意時刻的位移。()(2)機械波在傳播過程中，各質(zhì)點振動的周期、起振方向都相同。()(3)機械波在一個周期內(nèi)傳播的距離就是振幅的4倍。()(4)波速表示介質(zhì)中質(zhì)點振動的快慢。()2．（多選）如圖所示為一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波在某一時刻的圖象，已知波的傳播速度v＝2.0m/s，關于圖象中a、b兩處的質(zhì)點，下列說法中正確的是()A.a處的質(zhì)點此時具有沿y軸正方向的最大速度B.a處的質(zhì)點再經(jīng)0.15s具有沿y軸正方向的最大加速度C.a處的質(zhì)點再經(jīng)1.55s具有最大動能D.在波的形成過程中，a處的質(zhì)點振動0.15s，b處的質(zhì)點開頭振動003探究提升環(huán)節(jié)一波的圖像思考：1．可以獵取哪些信息？2．簡諧波的特點？問題探究1：（多選）如圖，一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，實線為t＝0時的波形圖，虛線為t＝0.5s時的波形圖。已知該簡諧波的周期大于0.5s。關于該簡諧波，下列說法正確的是()A．波長為2mB．波速為6m/sC．頻率為1.5HzD．t＝1s時，x＝1m處的質(zhì)點處于波峰E．t＝2s時，x＝2m處的質(zhì)點經(jīng)過平衡位置環(huán)節(jié)二兩種圖像綜合問題探究2：如圖所示，圖甲是t＝5s時刻一簡諧橫波沿x軸正方向傳播的波形圖，圖乙為這列波上某質(zhì)點的振動圖象，則()A.該列波的波速為4m/sB.圖乙可能是質(zhì)點b的振動圖象C.質(zhì)點c的振動方程為y＝6sin(eq\f(πt,2)＋π)cmD.t＝10s時，a點的振動方向向上環(huán)節(jié)三空間周期性導致多解問題探究3：（多選）一列簡諧橫波沿x軸的正向傳播，振幅為2cm，周期為T。已知為t＝0時刻波上相距50cm的兩質(zhì)點a、b的位移都是1cm，但運動方向相反，其中質(zhì)點a沿y軸負向運動，如圖所示，下列說法正確的是()A．該列簡諧橫波波長可能為150cmB．該列簡諧橫波波長可能為12cmC．當質(zhì)點b的位移為＋2cm時，質(zhì)點a的位移為負D．在t＝eq\f(5T,12)時刻質(zhì)點b速度最大E．質(zhì)點a、質(zhì)點b的速度始終大小相等，方向相反環(huán)節(jié)四時間周期性導致多解問題探究4：如圖中實線是一列簡諧橫波在t1＝0時刻的波形，虛線是這列波在t2＝0.5s時刻的波形.(1)寫出這列波的波速表達式；(2)若波速大小為74m/s，波速方向如何？環(huán)節(jié)五波傳播的雙向性導致多解問題探究5：一列簡諧橫波在x軸上傳播，如圖所示，實線是這列波在t1＝0.1s時刻的波形，虛線是這列波在t2＝0.2s時刻的波形，求：(1)假如此波沿x軸正方向傳播，波速的最小值；(2)假如此波沿x軸負方向傳播，波速的可能值．004體系構(gòu)建1．振動圖像與波的圖像的比較振動圖像波的圖像圖像物理意義表示某質(zhì)點各個時刻的位移表示某時刻各質(zhì)點的位移圖像信息(1)質(zhì)點振動周期(2)質(zhì)點振幅(3)各時刻質(zhì)點位移(4)各時刻速度、加速度方向(1)波長、振幅(2)任意一質(zhì)點在該時刻的位移(3)任意一質(zhì)點在該時刻的加速度方向(4)傳播方向、振動方向的互判圖像變化隨時間推移，圖像連續(xù)，但已有外形不變隨時間推移，圖像沿傳播方向平移形象比方記錄著一個人一段時間內(nèi)活動的錄像帶記錄著很多人某時刻動作、表情的集體照片2.波的傳播方向與質(zhì)點振動方向的互判方法內(nèi)容圖像“上下坡”法沿波的傳播方向，“上坡”時質(zhì)點向下振動，“下坡”時質(zhì)點向上振動“同側(cè)”法波形圖上某點表示傳播方向和振動方向的箭頭在圖線同側(cè)“微平移”法將波形沿傳播方向進行微小的平移，再由對應同一橫坐標的兩波形曲線上的點來推斷振動方向005記憶清單一、機械波傳播特點★學習聚焦：(1)波傳到任意一點，該點的起振方向都和波源的起振方向相同。(2)介質(zhì)中每個質(zhì)點都做受迫振動，因此，任一質(zhì)點的振動頻率和周期都和波源的振動頻率和周期相同。(3)波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)，由于介質(zhì)不同，波長和波速可以轉(zhuǎn)變，但頻率和周期都不會轉(zhuǎn)變。(4)波源經(jīng)過一個周期T完成一次全振動，波恰好向前傳播一個波長的距離。二、簡諧波的描述★學習聚焦：波速公式v＝eq\f(λ,T)＝λf的理解(1)波速v：機械波在介質(zhì)中的傳播速度，由介質(zhì)本身的性質(zhì)打算，與波源的周期T無關。(2)頻率f：由波源打算，等于波源的振動頻率。各個質(zhì)點振動的頻率等于波源的振動頻率。三、兩種圖像★學習聚焦：求解波的圖像與振動圖像綜合問題三關鍵(1)分清振動圖像與波的圖像。此步驟最簡潔，只要看清橫坐標即可，橫坐標為x則為波的圖像，橫坐標為t則為振動圖像。(2)看清橫、縱坐標的單位。尤其要留意單位前的數(shù)量級。(3)找準波的圖像對應的時刻，找準振動圖像對應的質(zhì)點。四、多解問題★學習聚焦：1．傳播方向雙向性：波的傳播方向不確定。2．振動方向雙向性：質(zhì)點振動方向不確定。3．時間、空間周期性。4．在波動問題中，往往只給出完整波形的一部分，或給出幾個特殊點的振動狀況，而其余信息均處于隱含狀態(tài)。這樣，波形就有多種可能狀況，形成波動問題的多解。00601強化訓練1．如圖，兩種不同材料的彈性細繩在O處連接，t＝0時刻開頭從平衡位置向上抖動O點，形成以O點為波源向左和向右傳播的簡諧橫波①和②，5s時O點其次次到達波峰，此時繩上距離O點5m處的質(zhì)點A第一次到達波峰，已知波②的傳播速度為1.5m/s，OB間距離為9m，下列說法正確的是()A.B點的振動周期為5sB.波①的傳播速度為1m/sC.波②的波長為9mD.B點起振時，A點處于平衡位置2．在均勻介質(zhì)中坐標原點O處有一波源做簡諧運動，其表達式為y＝5sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)t))，它在介質(zhì)中形成的簡諧橫波沿x軸正方向傳播，某時刻波剛好傳播到x＝12m處，波形圖像如圖所示，則()A．此后再經(jīng)6s該波傳播到x＝24m處B．M點在此后第3s末的振動方向沿y軸負方向C．波源開頭振動時的運動方向沿y軸負方向D．此后M點第一次到達y＝－3m處所需時間是2s3.（多選）一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，波源位于x＝0位置，t＝0時刻波源開頭沿y軸振動，經(jīng)過0.15s時波形如圖所示.下列說法正確的是()A.該波的波長為50cmB.該波的傳播速度為eq\f(8,3)m/sC.此時圖中x＝40cm處的質(zhì)點開頭沿y軸正方向運動D.此后1s內(nèi)，x＝20cm處的質(zhì)點通過的路程為1.2mE.此后再經(jīng)過0.125s，x＝60cm處的質(zhì)點第一次消滅在波谷位置4.（多選）一列簡諧橫波沿x軸傳播，圖甲是t＝0.2s時的波形圖，P、Q是這列波上的兩個質(zhì)點，圖乙是P質(zhì)點的振動圖象，下列說法正確的是()A.這列波的傳播方向沿x軸正方向B.這列波的傳播速度為15m/sC.t＝0.1s時質(zhì)點Q處于平衡位置正在向上振動D.P、Q兩質(zhì)點在任意時刻加速度都不行能相同E.P、Q兩質(zhì)點在某些時刻速度可能相同5.如圖所示為海洋生態(tài)自動監(jiān)測浮標，可用于監(jiān)測水質(zhì)和氣象等參數(shù)。一列水波(視為橫波)沿海面?zhèn)鞑?，在波的傳播方向上相?.5m的兩處分別有甲、乙兩浮標，兩浮標隨波上下運動。當甲運動到波峰時，乙恰好運動到波谷，此時甲、乙之間只有一個波峰。觀看到甲從第1次到達波峰與第11次到達波峰的時間間隔為20s，則該水波()A．振幅為4.5m B．波長為3mC．頻率為2Hz D．波速為2.25m/s6.(多選)一列簡諧橫波沿x軸傳播，在t＝0時刻和t＝1s時刻的波形分別如圖中實線和虛線所示。已知x＝0處的質(zhì)點在0～1s內(nèi)運動的路程為4.5cm。下列說法正確的是()A．波沿x軸正方向傳播B．波源振動周期為1.1sC．波的傳播速度大小為13m/sD．t＝1s時，x＝6m處的質(zhì)點沿y軸負方向運動7.一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波，其波源的平衡位置在坐標原點，波源在0～4s內(nèi)的振動圖像如圖(a)所示，已知波的傳播速度為0.5m/s。(1)求這列橫波的波長；(2)求波源在4s內(nèi)通過的路程；(3)在圖(b)中畫出t＝4s時刻的波形圖。8.(多選)一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，圖(a)是t＝0時刻的波形圖，圖(b)和圖(c)分別是x軸上某兩處質(zhì)點的振動圖像。由此可知，這兩質(zhì)點平衡位置之間的距離可能是()A.eq\f(1,3)mB．eq\f(2,3)mC．1m D．eq\f(4,3)m9．(多選)一列簡