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

第2課波的描述學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)課程標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)目標(biāo)能用圖像描述橫波。理解波速、波長(zhǎng)和頻率的關(guān)系。1．能區(qū)分波動(dòng)圖像與振動(dòng)圖像，會(huì)在橫波的圖像上找出波長(zhǎng)、振幅，不要求用圖像描述縱波。2．知道波長(zhǎng)、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(guān)。4．能在具體情境中應(yīng)用波速、頻率（周期）、波長(zhǎng)三者的關(guān)系分析解決問(wèn)題。002預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)（一）課前閱讀：波源、介質(zhì)、橫波、縱波（二）基礎(chǔ)梳理一、波的圖像1、坐標(biāo)軸：橫軸表示各質(zhì)點(diǎn)的，縱軸表示該時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的.2、物理意義：表示在波的傳播方向上，某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)的位移.3、簡(jiǎn)諧波特點(diǎn)：【概念連接】簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像、波源、介質(zhì)、橫波、縱波【拓展補(bǔ)充】簡(jiǎn)諧波【即學(xué)即練】1.一列簡(jiǎn)諧橫波某時(shí)刻的波形圖如圖所示。此后K質(zhì)點(diǎn)比L質(zhì)點(diǎn)先回到平衡位置。下列推斷正確的是()A．該簡(jiǎn)諧橫波沿x軸負(fù)方向傳播B．此時(shí)K質(zhì)點(diǎn)沿y軸正方向運(yùn)動(dòng)C．此時(shí)K質(zhì)點(diǎn)的速度比L質(zhì)點(diǎn)的小D．此時(shí)K質(zhì)點(diǎn)的加速度比L質(zhì)點(diǎn)的小2.如圖，一列簡(jiǎn)諧橫波平行于x軸傳播，圖中的實(shí)線和虛線分別為t＝0和t＝0.1s時(shí)的波形圖.已知平衡位置在x＝6m處的質(zhì)點(diǎn)，在0到0.1s時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)方向不變.傳播方向沿x軸________(填“正方向”或“負(fù)方向”).【微點(diǎn)撥】可以從兩個(gè)角度進(jìn)行分析：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)角度、波形整體平移角度二、波長(zhǎng)、頻率和波速1．機(jī)械波的傳播特點(diǎn)①介質(zhì)中每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都做受迫振動(dòng)，因此，任一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率和周期都和的振動(dòng)頻率和周期相同.②波源經(jīng)過(guò)一個(gè)周期T完成一次全振動(dòng)，波恰好向前傳播一個(gè)的距離，v＝.2.波長(zhǎng)、波速、頻率及其關(guān)系(1)波長(zhǎng)λ：在波的傳播方向上，振動(dòng)相位總是的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的距離.①在橫波中，兩個(gè)波峰(或波谷)間的距離等于。②在縱波中，兩個(gè)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(zhǎng)、波速和頻率的關(guān)系：.【概念連接】周期、同相質(zhì)點(diǎn)、反相質(zhì)點(diǎn)、全振動(dòng)【拓展補(bǔ)充】振動(dòng)步調(diào)【即學(xué)即練】1．一列簡(jiǎn)諧橫波在均勻介質(zhì)中沿x軸負(fù)方向傳播，已知x＝eq\f(5,4)λ處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方程為y＝Acos(eq\f(2π,T)t)，則t＝eq\f(3,4)T時(shí)刻的波形圖正確的是()2、（多選）某同學(xué)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(xué)發(fā)覺(jué)從第1個(gè)波峰到第10個(gè)波峰通過(guò)身下的時(shí)間間隔為15s.下列說(shuō)法正確的是()A.該水面波的頻率為6HzB.該水面波的波長(zhǎng)為3mC.水面波沒(méi)有將該同學(xué)推向岸邊，是由于波傳播時(shí)能量不會(huì)傳遞出去D.水面波沒(méi)有將該同學(xué)推向岸邊，是由于波傳播時(shí)振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)并不隨波遷移【微點(diǎn)撥】質(zhì)點(diǎn)并不隨波遷移三、多解問(wèn)題1.波的周期性(1)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)nT(n＝0,1,2,3，…)時(shí)，波形.(2)在波的傳播方向上，當(dāng)兩質(zhì)點(diǎn)平衡位置間的距離為nλ(n＝1,2,3，…)時(shí)，它們的振動(dòng)步調(diào)總；當(dāng)兩質(zhì)點(diǎn)平衡位置間的距離為(2n＋1)eq\f(λ,2)(n＝0,1,2,3，…)時(shí)，它們的振動(dòng)步調(diào)總.2.波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向的互判波形圖上某點(diǎn)表示傳播方向和振動(dòng)方向的箭頭在圖線?！就卣寡a(bǔ)充】1.波動(dòng)問(wèn)題多解的主要因素(1)周期性①時(shí)間周期性：時(shí)間間隔Δt與周期T的關(guān)系不明確。②空間周期性：波傳播的距離Δx與波長(zhǎng)λ的關(guān)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(dòng)方向雙向性：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向不確定。2.解決波的多解問(wèn)題的思路一般接受從特殊到一般的思維方法，即找出一個(gè)周期內(nèi)滿足條件關(guān)系的Δt或Δx，若此關(guān)系為時(shí)間，則t＝nT＋Δt(n＝0，1，2，…)；若此關(guān)系為距離，則x＝nλ＋Δx(n＝0，1，2，…)。【即學(xué)即練】1、在一列沿水平直線傳播的簡(jiǎn)諧橫波上有相距4m的A、B兩點(diǎn)，如圖甲、乙分別是A、B兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象.已知該波波長(zhǎng)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(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳播，t1秒時(shí)刻的波形用實(shí)線表示，t2秒(t2>t1)時(shí)刻的波形用虛線表示。介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)Q位于x＝18m處，則下列說(shuō)法正確的是()A．該簡(jiǎn)諧橫波的波長(zhǎng)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(shí)刻至t2秒時(shí)刻這段時(shí)間內(nèi)，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)M的運(yùn)動(dòng)過(guò)程是由先加速、后減速兩段過(guò)程組成D．依據(jù)圖像無(wú)法推斷質(zhì)點(diǎn)Q的起振方向（三）預(yù)習(xí)作業(yè)1．推斷正誤：(1)通過(guò)波的圖像可以找出任一質(zhì)點(diǎn)在任意時(shí)刻的位移。()(2)機(jī)械波在傳播過(guò)程中，各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期、起振方向都相同。()(3)機(jī)械波在一個(gè)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(diǎn)振動(dòng)的快慢。()2．（多選）如圖所示為一列沿x軸正方向傳播的簡(jiǎn)諧橫波在某一時(shí)刻的圖象，已知波的傳播速度v＝2.0m/s，關(guān)于圖象中a、b兩處的質(zhì)點(diǎn)，下列說(shuō)法中正確的是()A.a處的質(zhì)點(diǎn)此時(shí)具有沿y軸正方向的最大速度B.a處的質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)再經(jīng)1.55s具有最大動(dòng)能D.在波的形成過(guò)程中，a處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)0.15s，b處的質(zhì)點(diǎn)開(kāi)頭振動(dòng)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(jiǎn)諧波的特點(diǎn)？問(wèn)題探究1：（多選）如圖，一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳播，實(shí)線為t＝0時(shí)的波形圖，虛線為t＝0.5s時(shí)的波形圖。已知該簡(jiǎn)諧波的周期大于0.5s。關(guān)于該簡(jiǎn)諧波，下列說(shuō)法正確的是()A．波長(zhǎng)為2mB．波速為6m/sC．頻率為1.5HzD．t＝1s時(shí)，x＝1m處的質(zhì)點(diǎn)處于波峰E．t＝2s時(shí)，x＝2m處的質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)平衡位置環(huán)節(jié)二兩種圖像綜合問(wèn)題探究2：如圖所示，圖甲是t＝5s時(shí)刻一簡(jiǎn)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(diǎn)的振動(dòng)圖象，則()A.該列波的波速為4m/sB.圖乙可能是質(zhì)點(diǎn)b的振動(dòng)圖象C.質(zhì)點(diǎn)c的振動(dòng)方程為y＝6sin(eq\f(πt,2)＋π)cmD.t＝10s時(shí)，a點(diǎn)的振動(dòng)方向向上環(huán)節(jié)三空間周期性導(dǎo)致多解問(wèn)題探究3：（多選）一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸的正向傳播，振幅為2cm，周期為T(mén)。已知為t＝0時(shí)刻波上相距50cm的兩質(zhì)點(diǎn)a、b的位移都是1cm，但運(yùn)動(dòng)方向相反，其中質(zhì)點(diǎn)a沿y軸負(fù)向運(yùn)動(dòng)，如圖所示，下列說(shuō)法正確的是()A．該列簡(jiǎn)諧橫波波長(zhǎng)可能為150cmB．該列簡(jiǎn)諧橫波波長(zhǎng)可能為12cmC．當(dāng)質(zhì)點(diǎn)b的位移為＋2cm時(shí)，質(zhì)點(diǎn)a的位移為負(fù)D．在t＝eq\f(5T,12)時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)b速度最大E．質(zhì)點(diǎn)a、質(zhì)點(diǎn)b的速度始終大小相等，方向相反環(huán)節(jié)四時(shí)間周期性導(dǎo)致多解問(wèn)題探究4：如圖中實(shí)線是一列簡(jiǎn)諧橫波在t1＝0時(shí)刻的波形，虛線是這列波在t2＝0.5s時(shí)刻的波形.(1)寫(xiě)出這列波的波速表達(dá)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(dǎo)致多解問(wèn)題探究5：一列簡(jiǎn)諧橫波在x軸上傳播，如圖所示，實(shí)線是這列波在t1＝0.1s時(shí)刻的波形，虛線是這列波在t2＝0.2s時(shí)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(fù)方向傳播，波速的可能值．004體系構(gòu)建1．振動(dòng)圖像與波的圖像的比較振動(dòng)圖像波的圖像圖像物理意義表示某質(zhì)點(diǎn)各個(gè)時(shí)刻的位移表示某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的位移圖像信息(1)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)周期(2)質(zhì)點(diǎn)振幅(3)各時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)位移(4)各時(shí)刻速度、加速度方向(1)波長(zhǎng)、振幅(2)任意一質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的位移(3)任意一質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的加速度方向(4)傳播方向、振動(dòng)方向的互判圖像變化隨時(shí)間推移，圖像連續(xù)，但已有外形不變隨時(shí)間推移，圖像沿傳播方向平移形象比方記錄著一個(gè)人一段時(shí)間內(nèi)活動(dòng)的錄像帶記錄著很多人某時(shí)刻動(dòng)作、表情的集體照片2.波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)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(shí)質(zhì)點(diǎn)向下振動(dòng)，“下坡”時(shí)質(zhì)點(diǎn)向上振動(dòng)“同側(cè)”法波形圖上某點(diǎn)表示傳播方向和振動(dòng)方向的箭頭在圖線同側(cè)“微平移”法將波形沿傳播方向進(jìn)行微小的平移，再由對(duì)應(yīng)同一橫坐標(biāo)的兩波形曲線上的點(diǎn)來(lái)推斷振動(dòng)方向005記憶清單一、機(jī)械波傳播特點(diǎn)★學(xué)習(xí)聚焦：(1)波傳到任意一點(diǎn)，該點(diǎn)的起振方向都和波源的起振方向相同。(2)介質(zhì)中每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都做受迫振動(dòng)，因此，任一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率和周期都和波源的振動(dòng)頻率和周期相同。(3)波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)，由于介質(zhì)不同，波長(zhǎng)和波速可以轉(zhuǎn)變，但頻率和周期都不會(huì)轉(zhuǎn)變。(4)波源經(jīng)過(guò)一個(gè)周期T完成一次全振動(dòng)，波恰好向前傳播一個(gè)波長(zhǎng)的距離。二、簡(jiǎn)諧波的描述★學(xué)習(xí)聚焦：波速公式v＝eq\f(λ,T)＝λf的理解(1)波速v：機(jī)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(wú)關(guān)。(2)頻率f：由波源打算，等于波源的振動(dòng)頻率。各個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的頻率等于波源的振動(dòng)頻率。三、兩種圖像★學(xué)習(xí)聚焦：求解波的圖像與振動(dòng)圖像綜合問(wèn)題三關(guān)鍵(1)分清振動(dòng)圖像與波的圖像。此步驟最簡(jiǎn)潔，只要看清橫坐標(biāo)即可，橫坐標(biāo)為x則為波的圖像，橫坐標(biāo)為t則為振動(dòng)圖像。(2)看清橫、縱坐標(biāo)的單位。尤其要留意單位前的數(shù)量級(jí)。(3)找準(zhǔn)波的圖像對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，找準(zhǔn)振動(dòng)圖像對(duì)應(yīng)的質(zhì)點(diǎn)。四、多解問(wèn)題★學(xué)習(xí)聚焦：1．傳播方向雙向性：波的傳播方向不確定。2．振動(dòng)方向雙向性：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向不確定。3．時(shí)間、空間周期性。4．在波動(dòng)問(wèn)題中，往往只給出完整波形的一部分，或給出幾個(gè)特殊點(diǎn)的振動(dòng)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(dòng)問(wèn)題的多解。00601強(qiáng)化訓(xùn)練1．如圖，兩種不同材料的彈性細(xì)繩在O處連接，t＝0時(shí)刻開(kāi)頭從平衡位置向上抖動(dòng)O點(diǎn)，形成以O(shè)點(diǎn)為波源向左和向右傳播的簡(jiǎn)諧橫波①和②，5s時(shí)O點(diǎn)其次次到達(dá)波峰，此時(shí)繩上距離O點(diǎn)5m處的質(zhì)點(diǎn)A第一次到達(dá)波峰，已知波②的傳播速度為1.5m/s，OB間距離為9m，下列說(shuō)法正確的是()A.B點(diǎn)的振動(dòng)周期為5sB.波①的傳播速度為1m/sC.波②的波長(zhǎng)為9mD.B點(diǎn)起振時(shí)，A點(diǎn)處于平衡位置2．在均勻介質(zhì)中坐標(biāo)原點(diǎn)O處有一波源做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，其表達(dá)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(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳播，某時(shí)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(diǎn)在此后第3s末的振動(dòng)方向沿y軸負(fù)方向C．波源開(kāi)頭振動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)方向沿y軸負(fù)方向D．此后M點(diǎn)第一次到達(dá)y＝－3m處所需時(shí)間是2s3.（多選）一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳播，波源位于x＝0位置，t＝0時(shí)刻波源開(kāi)頭沿y軸振動(dòng)，經(jīng)過(guò)0.15s時(shí)波形如圖所示.下列說(shuō)法正確的是()A.該波的波長(zhǎng)為50cmB.該波的傳播速度為eq\f(8,3)m/sC.此時(shí)圖中x＝40cm處的質(zhì)點(diǎn)開(kāi)頭沿y軸正方向運(yùn)動(dòng)D.此后1s內(nèi)，x＝20cm處的質(zhì)點(diǎn)通過(guò)的路程為1.2mE.此后再經(jīng)過(guò)0.125s，x＝60cm處的質(zhì)點(diǎn)第一次消滅在波谷位置4.（多選）一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸傳播，圖甲是t＝0.2s時(shí)的波形圖，P、Q是這列波上的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)，圖乙是P質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象，下列說(shuō)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(shí)質(zhì)點(diǎn)Q處于平衡位置正在向上振動(dòng)D.P、Q兩質(zhì)點(diǎn)在任意時(shí)刻加速度都不行能相同E.P、Q兩質(zhì)點(diǎn)在某些時(shí)刻速度可能相同5.如圖所示為海洋生態(tài)自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)，可用于監(jiān)測(cè)水質(zhì)和氣象等參數(shù)。一列水波(視為橫波)沿海面?zhèn)鞑ィ诓ǖ膫鞑シ较蛏舷嗑?.5m的兩處分別有甲、乙兩浮標(biāo)，兩浮標(biāo)隨波上下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)甲運(yùn)動(dòng)到波峰時(shí)，乙恰好運(yùn)動(dòng)到波谷，此時(shí)甲、乙之間只有一個(gè)波峰。觀看到甲從第1次到達(dá)波峰與第11次到達(dá)波峰的時(shí)間間隔為20s，則該水波()A．振幅為4.5m B．波長(zhǎng)為3mC．頻率為2Hz D．波速為2.25m/s6.(多選)一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸傳播，在t＝0時(shí)刻和t＝1s時(shí)刻的波形分別如圖中實(shí)線和虛線所示。已知x＝0處的質(zhì)點(diǎn)在0～1s內(nèi)運(yùn)動(dòng)的路程為4.5cm。下列說(shuō)法正確的是()A．波沿x軸正方向傳播B．波源振動(dòng)周期為1.1sC．波的傳播速度大小為13m/sD．t＝1s時(shí)，x＝6m處的質(zhì)點(diǎn)沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)7.一列沿x軸正方向傳播的簡(jiǎn)諧橫波，其波源的平衡位置在坐標(biāo)原點(diǎn)，波源在0～4s內(nèi)的振動(dòng)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(zhǎng)；(2)求波源在4s內(nèi)通過(guò)的路程；(3)在圖(b)中畫(huà)出t＝4s時(shí)刻的波形圖。8.(多選)一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳播，圖(a)是t＝0時(shí)刻的波形圖，圖(b)和圖(c)分別是x軸上某兩處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像。由此可知，這兩質(zhì)點(diǎn)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(jiǎn)