高中物理-選擇性必修1-第三章-2-波的描述

2波的描述1.通過波的圖像的建立,理解波的周期性和雙向性。2.通過比較振動圖像和波的圖像,理解波的圖像和振動圖像的特點和意義。3.通過實例分析和練習(xí),掌握波長、頻率和波速的關(guān)系,并能應(yīng)用該關(guān)系求解相關(guān)

問題。

1|波的圖像1.波的圖像的建立(1)建立坐標(biāo)系:用橫坐標(biāo)x表示在波的傳播方向上各質(zhì)點的①

平衡位置

,縱坐

標(biāo)y表示某一時刻各質(zhì)點偏離平衡位置的②

位移

。(2)選取正方向:選取質(zhì)點振動的某一個方向為y軸正方向。(3)描點:把某一時刻各質(zhì)點的位移畫在坐標(biāo)平面內(nèi)。(4)連線:用一條平滑曲線把坐標(biāo)平面內(nèi)各點連接起來。2.正弦波:如果波的圖像是正弦曲線,這樣的波叫作正弦波,也叫③

簡諧波

。1.波長(λ)(1)定義:在波的傳播方向上,振動④

相位

總是相同的兩個⑤

相鄰

質(zhì)點間的距離,叫作波長,通常用λ表示。(2)特征:在橫波中,兩個相鄰波峰或兩個相鄰波谷之間的距離等于波長。在縱波中,

兩個相鄰⑥

密部

或兩個相鄰⑦

疏部

之間的距離等于波長。在波的圖像

上,振動位移總是相同的兩個相鄰質(zhì)點間的距離為一個⑧

波長

。(3)決定因素:波長由波源和⑨

介質(zhì)

共同決定,與溫度有關(guān)。2|波長、頻率和波速2.頻率(f)(1)定義:在波動中,各個質(zhì)點的振動周期或頻率是⑩

相同

的,它們都等于

波源

的振動周期或頻率,這個周期或頻率也叫作波的周期或頻率。(2)決定因素:波的周期或頻率由

波源

的周期或頻率決定。(3)時空對應(yīng):在一個周期內(nèi),振動在介質(zhì)中傳播的距離等于一個

波長

。(4)頻率和周期的關(guān)系:頻率f與周期T互為

倒數(shù)

,即f=

。3.波速(v)(1)定義:波速是指機械波在介質(zhì)中

傳播

的速度。(2)公式:

v=

或

v=λf

。(3)決定因素:機械波在介質(zhì)中的傳播速度由

介質(zhì)本身

的性質(zhì)決定,在不同的介質(zhì)中,波速不同。另外,聲速還與

溫度

有關(guān)。1.振動圖像的形狀不隨時間變化,而波的圖像的形狀隨時間變化。

(√)2.橫波可以畫出波的圖像,縱波無法畫出波的圖像。

(

?)3.由v=λf可知,波長為4m的聲波的傳播速度是波長為2m的聲波的傳播速度的2

倍。

(

?)4.在波的傳播過程中,介質(zhì)中質(zhì)點的振動速度等于波的傳播速度。

(

?)提示:質(zhì)點的振動是在平衡位置兩側(cè)的變速運動,速度隨時間按正弦規(guī)律變化;而波

的傳播速度反映了振動這種運動形式在介質(zhì)中傳播的快慢,波在均勻介質(zhì)中勻速

傳播。判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“?”。5.振動圖像的圖線實質(zhì)是某一時刻各個質(zhì)點所經(jīng)過的路徑形狀,波的圖像的圖線實

質(zhì)是某一時刻各個質(zhì)點的連線形狀。

(

?)提示:振動圖像表示介質(zhì)中某一個質(zhì)點在各個時刻的位移,并不是質(zhì)點所經(jīng)過的路

徑形狀,比如水平彈簧振子振動時的路徑為直線,其振動圖像卻為正弦曲線。6.已知聲波在鋼軌中傳播的速度遠(yuǎn)大于在空氣中傳播的速度,則當(dāng)聲音由鋼軌傳到

空氣中時,頻率不變,波長變短。

(√)提示:當(dāng)聲波由鋼軌傳到空氣中時,頻率不變,波速變小,由v=λf可知,波長變短。

情境

“白毛如雪、展翅翱翔、雍容高貴、潔白美麗、嫻靜優(yōu)雅、天生麗質(zhì)、婀

娜翩躚、…”,這些美好的詞語都可以用在天鵝的身上,天鵝不僅高雅美麗,還擅長

跳舞!攝影愛好者時而用攝像機記錄下天鵝獨舞的優(yōu)美片段(圖甲為錄像中的某個

畫面),時而又用照相機抓拍天鵝群舞的驚艷瞬間(圖乙)。

1|振動圖像與波的圖像的比較問題1.請結(jié)合圖甲、圖乙分析錄像和照相記錄天鵝舞姿的區(qū)別(寫出兩點即可)。提示:錄像記錄天鵝的舞姿是動態(tài)的,而照相記錄天鵝的舞姿是靜態(tài)的;錄像能夠體

現(xiàn)出一只天鵝在某段時間內(nèi)的連續(xù)舞姿,而照相能夠體現(xiàn)出多只天鵝在某個時刻

的瞬間舞姿。2.若將振動圖像比喻成天鵝獨舞的錄像,那么波的圖像可以用天鵝做怎樣的比喻呢

(結(jié)合上述情境)?提示:可將波的圖像比喻成抓拍天鵝群舞的照片。3.振動圖像和波的圖像均可描述質(zhì)點離開平衡位置的位移,請嘗試說明二者有何不

同之處。提示:振動圖像描述的是介質(zhì)中“某一質(zhì)點”在“各個時刻”離開平衡位置的位

移,而波的圖像描述的是介質(zhì)中的“各個質(zhì)點”在“某一時刻”離開平衡位置的

位移。4.若已知波形圖和波的傳播方向,便可以確定質(zhì)點的振動方向;若已知質(zhì)點的振動

方向和波的圖像,便可以確定波的傳播方向。在分析和解答這類問題時,若是已知

波形圖,需要關(guān)注波形圖的哪方面問題?若是已知振動圖像,需要關(guān)注振動圖像的哪

方面問題?提示:若是已知波形圖,要看清楚是哪一時刻的波形圖;若是已知振動圖像,要明確

是哪一個質(zhì)點的振動圖像。

振動圖像波的圖像不同點物理意義表示某一質(zhì)點在各個

時刻的位移表示各個質(zhì)點在某一

時刻的位移研究對象某一振動質(zhì)點沿波傳播方向上的所

有質(zhì)點研究內(nèi)容該質(zhì)點的位移隨時間

的變化規(guī)律某一時刻所有質(zhì)點的

空間分布規(guī)律圖像

振動圖像與波的圖像的比較續(xù)表

振動圖像波的圖像不同點一個完整圖形所占橫

坐標(biāo)的距離表示一個周期T表示一個波長λ

圖像形狀正弦曲線可獲得的信息質(zhì)點振動的振幅、位移和加速度的方向聯(lián)系質(zhì)點的振動是組成波動的基本要素2|根據(jù)波的傳播方向判斷質(zhì)點的振動方向帶動法在質(zhì)點P附近靠近波源一方另找一點P‘,若P’在P上方,則P向上運動,若P'在P下方,則

P向下運動,如圖所示。微平移法作出經(jīng)微小時間Δt

后的波形曲線,就知道了各質(zhì)點經(jīng)過Δt時間到達(dá)的位置和運動方向。上下坡法沿波的傳播方向看,“上坡”的質(zhì)點向y軸負(fù)方向運動,“下坡”的質(zhì)點向y軸正方

向運動,簡稱“上坡下,下坡上”,如圖所示。同側(cè)法在波的圖像上的某一點,沿x軸方向畫個箭頭表示波的傳播方向,并設(shè)想在同一點沿

縱軸方向畫出一個箭頭表示質(zhì)點的振動方向,那么這兩個箭頭總是在曲線的同側(cè),

如圖所示。3|波動問題多解性

導(dǎo)致波動問題多解性的原因波在傳播過程中時間上的周期性、空間上的周期性以及傳播方向上的雙向性是導(dǎo)

致“波動問題多解性”的主要原因。若題目加設(shè)一定的條件,可使無限系列解轉(zhuǎn)

化為有限解或唯一解。波動問題多解舉例(1)波的傳播方向不確定,必有兩種可能解。(2)波形移動的距離x與波長λ的關(guān)系不確定,必有系列解,若x與λ有一定的約束關(guān)系,

可使系列解轉(zhuǎn)化為有限解或唯一解。(3)波形變化的時間Δt與周期T的關(guān)系不確定,必有系列解;若Δt與T有一定的約束關(guān)

系,可使系列解轉(zhuǎn)化為有限解或唯一解。(4)兩質(zhì)點間的波形不確定形成多解。例如一列簡諧橫波沿水平方向向右傳

播,M、N為介質(zhì)中相距Δx的兩質(zhì)點,M