2017屆高中物理第2章機(jī)械波2.2機(jī)械波的描述學(xué)案選修.docx

2機(jī)械波的描述學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1.知道什么是波的圖像，知道縱、橫坐標(biāo)各表示什么物理量.2.能區(qū)別振動(dòng)圖像和波的圖像.3.知道波長的含義，能從波的圖像中求出波長.4.知道波的周期和頻率，會(huì)用公式vf解答實(shí)際的波動(dòng)問題1振動(dòng)物體的位移與時(shí)間關(guān)系遵從正弦或余弦函數(shù)的規(guī)律，即它的振動(dòng)圖像是一條正弦或余弦曲線，這樣的振動(dòng)叫簡諧運(yùn)動(dòng)2振動(dòng)圖像描述一個(gè)振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間變化的規(guī)律3波的圖像(1)簡諧波：如果波的圖像是正弦曲線，這樣的波叫正弦波，也叫簡諧波(2)波形圖的物理意義：表示介質(zhì)中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)在某時(shí)刻偏離平衡位置的位移情況4波長：在波動(dòng)中，對(duì)平衡位置的位移總是相等的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離5波的周期(或頻率)：在波動(dòng)中，各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期(或頻率)是相同的，它們都等于波源的振動(dòng)周期(或頻率)，這個(gè)周期(或頻率)就叫做波的周期(或頻率)6波速：(1)定義：機(jī)械波在介質(zhì)中傳播的速度(2)波長、頻率和波速的關(guān)系：vf.一、用圖像描述機(jī)械波問題設(shè)計(jì)取一條較長的軟繩，一同學(xué)用手握住一端拉平后上下抖動(dòng)，另一同學(xué)手持?jǐn)?shù)碼相機(jī)按下快門，想象一下，照片上繩子的像有什么特點(diǎn)？答案照片上繩子的像類似正弦曲線要點(diǎn)提煉1波的圖像的作法(1)建立坐標(biāo)系：用橫坐標(biāo)x表示在波的傳播方向上各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的平衡位置，用縱坐標(biāo)y表示某一時(shí)刻各個(gè)質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移(2)正方向的選?。哼x取質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的某一個(gè)方向?yàn)閥軸正方向，x軸一般選取向右為正(3)描點(diǎn)：把某一時(shí)刻所有質(zhì)點(diǎn)的位移畫在坐標(biāo)系里(4)連線：用一條平滑的線把(3)中的各點(diǎn)連接起來就是這個(gè)時(shí)刻的波的圖像2簡諧波(正弦波)(1)概念：波的圖像是正弦曲線的波，如圖1所示圖1(2)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)：各質(zhì)點(diǎn)都做簡諧運(yùn)動(dòng)3物理意義描述的是某一時(shí)刻介質(zhì)中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移情況4由圖像可獲取的信息(1)該時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的位移(2)介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振幅例1如圖2所示是一列沿x軸正方向傳播的橫波某時(shí)刻的波形圖，則：圖2(1)波形圖上a、b、c三點(diǎn)的加速度哪個(gè)最大？加速度的大小與波的傳播方向是否有關(guān)？(2)a、b、c三個(gè)質(zhì)點(diǎn)下一時(shí)刻做什么運(yùn)動(dòng)？解析(1)a、b、c三個(gè)質(zhì)點(diǎn)都做簡諧運(yùn)動(dòng)，在質(zhì)量一定的情況下，加速度的大小與位移成正比，方向與位移方向相反，故知b點(diǎn)的加速度最大質(zhì)點(diǎn)加速度的大小與波的傳播方向無關(guān)(2)此時(shí)刻b質(zhì)點(diǎn)速度為零，下一時(shí)刻一定向平衡位置做加速運(yùn)動(dòng)；因波沿x軸正方向傳播，則下一時(shí)刻a質(zhì)點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)，c質(zhì)點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)，而a質(zhì)點(diǎn)的加速度沿y軸負(fù)方向，故a質(zhì)點(diǎn)做加速運(yùn)動(dòng)；c質(zhì)點(diǎn)在平衡位置，速度最大，下一刻將做減速運(yùn)動(dòng)答案(1)b點(diǎn)無關(guān)(2)a點(diǎn)向下做加速運(yùn)動(dòng)，b點(diǎn)向上做加速運(yùn)動(dòng)c點(diǎn)向上做減速運(yùn)動(dòng)針對(duì)訓(xùn)練如圖3所示，畫出了一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波在某個(gè)時(shí)刻的波形，由圖像可知()圖3A質(zhì)點(diǎn)b此時(shí)位移為零B質(zhì)點(diǎn)b此時(shí)向y方向運(yùn)動(dòng)C質(zhì)點(diǎn)d的振幅是2 cmD質(zhì)點(diǎn)a再經(jīng)過通過的路程是4 cm，偏離平衡位置的位移是4 cm答案AC解析由波形知，質(zhì)點(diǎn)b在平衡位置，所以此時(shí)其位移為0，選項(xiàng)A正確；因波向右傳播，波源在左側(cè)，在質(zhì)點(diǎn)b的左側(cè)選一參考點(diǎn)b，由圖知b在b上方，所以質(zhì)點(diǎn)b此時(shí)向y方向運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；簡諧波傳播過程中，介質(zhì)各質(zhì)點(diǎn)振幅相同，所以質(zhì)點(diǎn)d的振幅是2 cm，選項(xiàng)C正確；再過的時(shí)間，質(zhì)點(diǎn)a將運(yùn)動(dòng)到負(fù)向最大位移處，它偏離平衡位置的位移為2 cm，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤二、振動(dòng)圖像和波的圖像的比較問題設(shè)計(jì)振動(dòng)圖像和波的圖像從形狀上看都是正弦曲線，你能說出它們的物理意義有什么不同嗎？答案振動(dòng)圖像表示介質(zhì)中某一質(zhì)點(diǎn)在各個(gè)時(shí)刻的位移，而波的圖像表示介質(zhì)中的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)在“某一時(shí)刻”的位移要點(diǎn)提煉振動(dòng)圖像和波的圖像的比較振動(dòng)圖像波的圖像研究對(duì)象一個(gè)振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)沿波傳播方向上的若干質(zhì)點(diǎn)坐標(biāo)橫軸表示時(shí)間，縱軸表示質(zhì)點(diǎn)的位移橫軸表示波線上各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置，縱軸表示各質(zhì)點(diǎn)偏離自平衡位置的位移研究內(nèi)容一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間的變化規(guī)律某時(shí)刻所有質(zhì)點(diǎn)的空間分布規(guī)律圖像物理意義圖像表示某個(gè)質(zhì)點(diǎn)在各個(gè)時(shí)刻的位移圖像表示介質(zhì)中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻的位移圖像變化隨時(shí)間延伸，圖像形狀不變，只是沿t軸延續(xù)隨時(shí)間推移，圖像整體沿波的傳播方向平移圖像顯示的主要物理量振幅和周期振幅和波長例2(2014北京17)一簡諧機(jī)械橫波沿x軸正方向傳播，波長為，周期為T.t0時(shí)刻的波形如圖4甲所示，a、b是波上的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)圖乙是波上某一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像下列說法正確的是()圖4At0時(shí)質(zhì)點(diǎn)a的速度比質(zhì)點(diǎn)b的大Bt0時(shí)質(zhì)點(diǎn)a的加速度比質(zhì)點(diǎn)b的小C圖乙可以表示質(zhì)點(diǎn)a的振動(dòng)D圖乙可以表示質(zhì)點(diǎn)b的振動(dòng)解析圖甲為波的圖像，圖乙為振動(dòng)圖像t0時(shí)刻，a質(zhì)點(diǎn)在波峰位置，速度為零，加速度最大；b質(zhì)點(diǎn)在平衡位置，加速度為零，速度最大，故選項(xiàng)A、B錯(cuò)；在波的圖像中，根據(jù)同側(cè)法由傳播方向可以判斷出質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向，所以t0時(shí)刻，b點(diǎn)在平衡位置且向下振動(dòng)，故選項(xiàng)C錯(cuò)，D對(duì)答案D三、用頻率、波長描述機(jī)械波問題設(shè)計(jì)聲音在不同的介質(zhì)中傳播速度是不同的，比如：在空氣中約是332 m/s，在水中約是1 450 m/s，在鐵中約是4 900 m/s，波的傳播速度與什么有關(guān)？描述機(jī)械波的物理量有哪些？答案波的傳播速度與介質(zhì)有關(guān)描述機(jī)械波的物理量有波長、頻率和波速要點(diǎn)提煉1波長：(1)在波動(dòng)中，對(duì)平衡位置的位移總是相等的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離(2)在橫波中，兩個(gè)相鄰波峰或兩個(gè)相鄰波谷之間的距離等于波長；在縱波中，兩個(gè)相鄰密部或兩個(gè)相鄰疏部之間的距離等于波長(3)相距一個(gè)(或整數(shù)個(gè))波長的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)在任何時(shí)刻振動(dòng)狀態(tài)都相同(4)波長反映了波的空間的周期性2周期(T)和頻率(f)(1)波的周期(頻率)由波源決定波由一種介質(zhì)傳到另一種介質(zhì)時(shí)波的周期(頻率)不發(fā)生變化(2)在同一種介質(zhì)中，在一個(gè)周期內(nèi)波向前傳播的距離等于一個(gè)波長(3)周期反映了波的時(shí)間的周期性3波速(1)波速與頻率、波長的關(guān)系為：vf.(2)波速由介質(zhì)性質(zhì)決定，與波的頻率、波長無關(guān)例3如圖5所示，位于介質(zhì)和分界面上的波源S，產(chǎn)生兩列分別沿x軸負(fù)方向與正方向傳播的機(jī)械波若在這兩種介質(zhì)中波的頻率及傳播速度分別為f1、f2和v1、v2，則()圖5Af12f2，v1v2Bf1f2，v10.5v2Cf1f2，v12v2 Df10.5f2，v1v2答案C解析因兩列波的波源都是S，所以它們的周期和頻率都相同，即T1T2，f1f2，由波速公式v得v1，v2，得v12v2，C對(duì)1(2014新課標(biāo)34(1)圖6(a)為一列簡諧橫波在t0.10 s時(shí)刻的波形圖，P是平衡位置在x1.0 m處的質(zhì)點(diǎn)，Q是平衡位置在x4.0 m處的質(zhì)點(diǎn)；圖(b)為質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)圖像下列說法正確的是_(填正確答案標(biāo)號(hào))圖6A在t0.10 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)Q向y軸正方向運(yùn)動(dòng)B在t0.25 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P的加速度方向與y軸正方向相同C從t0.10 s到t0.25 s，該波沿x軸負(fù)方向傳播了6 mD從t0.10 s到t0.25 s，質(zhì)點(diǎn)P通過的路程為30 cmE質(zhì)點(diǎn)Q簡諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式為y0.10 sin 10t(國際單位制)答案BCE解析由yt圖像可知，t0.10 s時(shí)質(zhì)點(diǎn)Q沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由yt圖像可知，波的振動(dòng)周期T0.2 s，由yx圖像可知8 m，故波速v40 m/s，根據(jù)振動(dòng)與波動(dòng)的關(guān)系知波沿x軸負(fù)方向傳播，則波在0.10 s到0.25 s內(nèi)傳播的距離xvt6 m，選項(xiàng)C正確；在t0.25 s時(shí)其波形圖如圖所示，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)P的位移沿y軸負(fù)方向，而回復(fù)力、加速度方向沿y軸正方向，選項(xiàng)B正確；t0.15 sT，質(zhì)點(diǎn)P在其中的T內(nèi)路程為20 cm，在剩下的T內(nèi)包含了質(zhì)點(diǎn)P通過最大位移的位置，故其路程小于10 cm，因此在t0.15 s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)P通過的路程小于30 cm，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；由yt圖像可知質(zhì)點(diǎn)Q做簡諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式為y0.10sin t(m)0.10sin 10t(m)，選項(xiàng)E正確2對(duì)于公式vf的理解，正確的是()Avf適用于一切波B由vf知，機(jī)械波的頻率f增大，則波速v也增大Cv、f三個(gè)量中，對(duì)同一列機(jī)械波來說，在不同介質(zhì)中傳播時(shí)保持不變的只有fD由vf知，波長是2 m的聲音比波長是4 m的聲音傳播速度小2倍答案AC解析公式vf適用于一切波，無論是機(jī)械波還是電磁波，A正確；機(jī)械波的波速僅由介質(zhì)決定，與頻率f無關(guān)，所以B、D錯(cuò)；對(duì)同一列波，其頻率由波源決定，與介質(zhì)無關(guān)，故C正確基礎(chǔ)題1關(guān)于波的圖像的物理意義，下列說法中正確的是()A表示某一時(shí)刻某一質(zhì)點(diǎn)相對(duì)平衡位置的位移B表示各個(gè)時(shí)刻某一質(zhì)點(diǎn)相對(duì)平衡位置的位移C表示某一時(shí)刻各個(gè)質(zhì)點(diǎn)相對(duì)平衡位置的位移D表示各個(gè)時(shí)刻各個(gè)質(zhì)點(diǎn)相對(duì)平衡位置的位移答案C解析由波的圖像的物理意義知C正確2關(guān)于波長，下列說法正確的是()A機(jī)械振動(dòng)在一個(gè)周期內(nèi)傳播的距離就是一個(gè)波長B在波形圖上位移相同的相鄰兩質(zhì)點(diǎn)間的距離等于一個(gè)波長C在波形圖上速度相同的相鄰兩質(zhì)點(diǎn)間的距離等于一個(gè)波長D在波形圖上振動(dòng)情況總是相同的兩質(zhì)點(diǎn)間的距離等于一個(gè)波長答案A解析機(jī)械振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)在一個(gè)周期內(nèi)向遠(yuǎn)處傳播一個(gè)完整的波形，故A正確；在一個(gè)完整波形上，位移相同的相鄰兩質(zhì)點(diǎn)間的距離不一定等于一個(gè)波長，故B錯(cuò)誤；速度相同的相鄰兩質(zhì)點(diǎn)之間距離小于一個(gè)波長，故C錯(cuò)誤；振動(dòng)情況總是相同的兩質(zhì)點(diǎn)間的距離是波長的整數(shù)倍，故D不正確3關(guān)于波的頻率，下列說法正確的是()A波的頻率由波源決定，與介質(zhì)無關(guān)B波的頻率與波速無直接關(guān)系C波由一種介質(zhì)傳到另一種介質(zhì)時(shí)，頻率要發(fā)生變化D由公式f可知，頻率與波速成正比，與波長成反比答案AB解析波的頻率由波源的頻率決定，與波速和介質(zhì)都無關(guān)，波在不同介質(zhì)中傳播時(shí)頻率保持不變，故A、B正確，C、D不正確4一列橫波沿繩子向右傳播，某時(shí)刻繩子形成如圖1所示的凹凸形狀，對(duì)此繩上A、B、C、D、E、F6個(gè)質(zhì)點(diǎn)有()圖1A它們的振幅相同B其中D和F的速度方向相同C其中A和C的速度方向相同D從此時(shí)起，B比C先回到平衡位置答案AD解析各質(zhì)點(diǎn)先后到達(dá)波峰或波谷處，振幅相同，選項(xiàng)A正確由于各質(zhì)點(diǎn)均要“尾隨”前邊質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，在波向右傳播時(shí)，質(zhì)點(diǎn)D向上振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)F向下振動(dòng)，二者雖然速度大小相等，但方向不同，B錯(cuò)同理可知A向下運(yùn)動(dòng)，C向上運(yùn)動(dòng)，二者速度方向相反，C錯(cuò)從此時(shí)起，B和C均向上振動(dòng)，顯然B先達(dá)到波峰，先回到平衡位置，選項(xiàng)D正確5如圖2所示是一列簡諧橫波某時(shí)刻的波形圖，下列關(guān)于所標(biāo)點(diǎn)的振動(dòng)方向的描述正確的是()圖2A質(zhì)點(diǎn)a向上運(yùn)動(dòng)B質(zhì)點(diǎn)b向上運(yùn)動(dòng)C質(zhì)點(diǎn)c向上運(yùn)動(dòng)D質(zhì)點(diǎn)d向下運(yùn)動(dòng)答案C解析由傳播方向知，波源在左側(cè)，找a左側(cè)鄰近的a點(diǎn)，由題圖可知a點(diǎn)在a點(diǎn)的下方，則a點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)，同理得b點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向向下，c點(diǎn)、d點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向都向上，故C正確6如圖3所示是一列波在t時(shí)刻的圖像，圖像上有a、b、c三個(gè)質(zhì)點(diǎn)，下列說法中正確的是()圖3Aa、b兩質(zhì)點(diǎn)此時(shí)刻速度方向相同Ba、c兩質(zhì)點(diǎn)此時(shí)刻加速度方向相同Cc質(zhì)點(diǎn)此時(shí)速度方向沿y軸負(fù)方向Da質(zhì)點(diǎn)此時(shí)速度方向沿y軸正方向答案AB解析a、b兩質(zhì)點(diǎn)在相鄰的波峰與波谷之間，振動(dòng)方向相同，A選項(xiàng)正確；，a、c兩質(zhì)點(diǎn)都位于x軸下方，加速度方向均指向y軸正方向，B選項(xiàng)正確；由于波的傳播方向不確定，故C、D選項(xiàng)不確定7一列簡諧波在兩時(shí)刻的波形分別如圖4中實(shí)線和虛線所示，由圖可確定這列波的()圖4A周期 B波速 C波長 D頻率答案C解析本題考查根據(jù)波的圖像獲取相關(guān)的信息，描述波的幾個(gè)物理量之間的關(guān)系由題圖直接知道，波長為4 m因?yàn)闆]有給出這兩個(gè)時(shí)刻具體的數(shù)值，無法求出波的周期、頻率，也不能知道波速8一列橫波沿x軸傳播，某時(shí)刻的波形如圖5所示，質(zhì)點(diǎn)A的平衡位置與坐標(biāo)原點(diǎn)O相距0.5 m，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)A沿y軸正方向運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過0.02 s第一次到達(dá)最大位移處由此可知()圖5A這列波的波長為2 mB這列波的頻率為50 HzC這列波的波速為25 m/sD這列波沿x軸正方向傳播答案D解析由題中圖像可知這列波的波長為20.5 m1 m，故A錯(cuò)誤；質(zhì)點(diǎn)A沿y軸正方向運(yùn)動(dòng)，因此波源在A的左側(cè)，波沿x軸正方向傳播，D正確；A由平衡位置，經(jīng)過T第一次到達(dá)最大位移處，所以波的周期為0.08 s，頻率為12.5 Hz，由v知，波速v12.5 m/s，故B、C錯(cuò)誤能力題9一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波，某時(shí)刻的波形如圖6所示P為介質(zhì)中的一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，從該時(shí)刻開始的一段極短時(shí)間內(nèi)，P的速度v和加速度a的大小變化情況是()圖6Av變小，a變大 Bv變小，a變小Cv變大，a變大 Dv變大，a變小答案D解析本題考查簡諧振動(dòng)及波的規(guī)律，由題意和波的圖像可以知道此簡諧橫波的波源在P點(diǎn)左側(cè)，所以此時(shí)P點(diǎn)正向上運(yùn)動(dòng)，在簡諧運(yùn)動(dòng)中正靠近原點(diǎn)，做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng)，故D項(xiàng)正確10如圖7所示，是一列簡諧波沿x軸正方向傳播的某時(shí)刻的波形圖，a在正向最大位移處，b恰好處在平衡位置，經(jīng)過t的時(shí)間，關(guān)于a、b兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)所通過的路程的關(guān)系，下列說法正確的是()圖7Asasb Bsasb D以上三種情況