2018_2019学年高中物理第2章机械波第1讲波的形成和描述学案鲁科版.docx

第1讲波的形成和描述 目标定位1.理解机械波的形成过程和产生条件，知道波的分类及横波和纵波的概念，明确机械波传播的特点.2.知道波的图象，能从中获取波长、振幅、质点运动方向或波的传播方向等信息.3.能区别振动图象和波动图象.4.知道波长、周期、频率和波速的概念，会用vf进行有关计算.5.掌握波在传播过程中的周期性和双向性特点一、波的形成与传播1介质：绳子、水、空气、地壳等传播波的物质2机械波：机械振动在介质中的传播称为机械波，简称波3波的形成：前一质点的振动总是要带动后一个质点振动，依次带动下去，振动也就由发生区域向远处传播，从而形成了波4机械波是机械振动这种运动形式的传播，介质本身不会沿着波的传播方向迁移5波也是传递能量的一种方式二、波的分类1根据质点的振动方向和波的传播方向之间的关系，可以把机械波分为横波和纵波两类2横波(1)定义：质点的振动方向与波的传播方向垂直的波(2)描述波峰：凸起的最高处波谷：凹下的最低处3纵波(1)定义：质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波(2)描述密部：质点分布最密的地方疏部：质点分布最疏的地方三、波的描述1波的图象描述(1)波的图象：用横坐标x表示波传播方向上各个质点的平衡位置，用纵坐标y表示各个质点离开平衡位置的位移，规定位移方向向上为正值在坐标平面内，以某一时刻各个质点的x、y值描出各对应点，再把这些点用光滑的曲线连接起来，就得到该时刻波的图象，也称波形曲线或波形(2)简谐波定义：如果介质中各个质点做简谐运动，它所形成的波就是一种最基本、最简单的波，叫做简谐波波形：正弦(或余弦)曲线2波的特征(1)周期：质点完成一次全振动经历的时间，用T表示波在介质中传播时，各质点的振动周期相同，都等于波源的振动周期(2)频率：介质中的质点每秒完成全振动的次数，用f表示(3)周期和频率的关系：T.(4)波长：沿着波的传播方向，两个相邻的、相对平衡位置的位移和振动方向总是相同的质点间的距离(5)波速波速、波长、周期的关系：经过一个周期，振动在介质中传播的距离等于一个波长，因此三者之间关系为：v或vf.决定因素：机械波在介质中的传播速率是由介质本身的性质决定的想一想波速就是振动速度吗？答案不是波速是振动形式向外传播的速度，始终沿传播方向，在同一介质中波速不变；振动速度是指质点在平衡位置附近振动的速度，大小和方向都随时间做周期性变化.一、波的形成和传播1波的形成传播波的物质，如水、绳、空气等，可以分成许多小部分，每一小部分都可以看作质点当其中一个质点振动时，由于质点间的相互作用，就带动相邻的质点振动起来，该质点又带动后面的质点振动起来，这样振动的状态就传播出去，形成了机械波2机械波的产生条件3机械波的传播(1)波动的周期等于质点振动的周期，且各质点的振动周期都与波源的振动周期相同(2)离波源越远，质点的振动越滞后，但各质点的起振方向与波源起振方向相同(3)机械振动在介质中的传播形成机械波，所以有机械波，一定有机械振动；但有机械振动，不一定有机械波(4)波传播的只是振动形式，介质中的每个质点只在自己平衡位置附近振动，并不随波迁移例1下列关于机械波的说法中，正确的是()A质点都在各自的平衡位置附近振动B相邻质点间必有相互作用力C前一质点的振动带动相邻的后一质点的振动，后一质点的振动必定落后于前一质点D各质点随波的传播而迁移E离波源越远，质点的振动频率越小解析振源依靠介质中各相邻质点间的相互作用力使周围的质点依次振动起来，且后一质点的振动必定落后于前一质点，选项B、C正确；质点只在它们各自的平衡位置附近做受迫振动，它们振动的频率均与波源的频率相同，选项A正确，E错误；波在传播过程各质点不随波迁移，选项D错误答案ABC二、波长、频率、周期、波速1周期和频率：只取决于波源，波的周期和频率就是指波源的周期和频率，与v、无任何关系2速度v：决定于介质的性质，同一种均匀介质，波在其中传播的速度恒定3波长：对于同一列波，其波长、波速、周期的关系不会变化，始终是vf，既然v、T都由相关因素决定，所以这些因素共同决定了波长，即波长由波源和介质共同决定例2关于机械波的频率、波速、波长，下列说法正确的是()A两个相邻的均处于平衡位置的质点间的距离为一个波长B波的频率等于波源的振动频率C波速等于波源的振动速度D波由一种介质进入另一种介质，波速和波长都要改变解析由波长的定义可知，两个相邻的均处于平衡位置的质点间的距离为半个波长，选项A错误；由波的频率定义可知选项B正确；波速是波的传播速度，与波源的振动速度不同，选项C错误；波在同一种均匀介质中匀速传播，进入不同介质时，频率不变，但波速改变，由vf可知波长改变，选项D正确答案BD借题发挥波长的定义中要强调“总是相同”的理解；波的频率等于波源的振动频率；波速由介质决定；波长由波源和介质共同决定三、波的图象的理解和应用由波的图象可获取的信息1直接读出波长，若已知波速，可计算出周期、频率，或已知周期、频率可计算出波速2直接读出该时刻各质点的位移，间接判断回复力、加速度等的情况3介质中各质点的振幅4已知波的传播方向，可判断质点的振动方向常用方法有：(1)带动法：原理：先振动的质点带动邻近的后振动质点方法：在质点P靠近波源一方附近的图象上另找一点P，若P在P上方，则P向上运动，若P在P下方，则P向下运动如图1所示图1(2)上、下坡法：如图2所示，沿波的传播方向看，“上坡”的质点向下振动，如D、E、F；“下坡”的质点向上振动，如A、B、C，简称“上坡下振，下坡上振”图2(3)同侧法：质点的振动方向与波的传播方向在波的图象的同一侧，如图3所示图35已知质点的振动方向，可判断波的传播方向仍是上述几种方法，只需将判定的程序倒过来，“反其道而行之”例3一列沿x轴正方向传播的简谐机械横波，波速为2m/s.某时刻波形如图4所示，下列说法正确的是()图4A这列波的振幅为4cmB这列波的周期为3sC此时x1m处的质点的加速度为0D此时x2m处的质点运动方向沿y轴正方向解析由yx图象得振幅A2cm，A错误；波长4m，由v，得周期T2s，B错误；x1m处的质点位于波峰时的加速度为最大值，C错误；由“上下坡”法可得x2m处质点运动方向沿y轴正方向，D对答案D针对训练1图5为一列简谐横波在介质中传播的波形图在传播过程中，某一质点在10s内运动的路程是16m，则此波的波速是()图5A1.6m/s B2.0 m/sC40m/s D20 m/s解析由题图知此列简谐横波的波长为20m，介质中质点的振幅为A0.2m，则一个周期内质点通过的路程是4A0.8m，由某一质点在10s内运动的路程是16m知，此质点在10s内经过的周期数为n20，所以周期为Ts0.5s，由v得：此波的波速是vm/s40 m/s，故选C.答案C四、振动图象与波动图象的比较振动图象波动图象图象坐标横坐标时间介质中各质点的平衡位置纵坐标质点在各个时刻的振动位移各质点在同一时刻的振动位移研究对象一个质点介质中的大量质点物理意义一个质点在不同时刻的振动位移介质中各质点在同一时刻的振动位移随时间的变化原有图形不变，图线随时间而延伸原有波形沿波的传播方向平移显示的主要物理量振幅和周期振幅和波长例4根据图6甲、乙所示，分别判断下列说法正确的是()图6A甲是振动图象，乙是波动图象B甲是波动图象，乙是振动图象C甲中A质点向下振，乙中B时刻质点向下振D甲中A质点向上振，乙中B时刻质点向下振解析波动图象的横坐标为波的传播方向上各质点的平衡位置，振动图象的横坐标为时间，故A错，B对；甲中A质点被其左侧的质点带动向上振，乙中B时刻后位移由零变为负值，故向下振，所以C错，D对答案BD借题发挥振动图象与波的图象的区别：(1)波的图象和振动图象是不同的，波的图象描述的是介质中的“各质点”在“某一时刻”离开平衡位置的位移；而振动图象描述的是“一个质点”在“各个时刻”离开平衡位置的位移(2)坐标轴所表示的物理量：波动图象中的横轴x表示介质中各个振动质点的平衡位置，纵轴y表示各个振动质点在某时刻的位移；振动图象的横轴t表示一个振动质点振动的时间，纵轴y表示这个质点振动时各个不同时刻的位移针对训练2图7a为一列简谐横波在t2s时的波形图，图b为介质中平衡位置在x1.5m处的质点的振动图象，P是平衡位置为x2m的质点下列说法正确的是()图7A波速为0.5m/sB波的传播方向向右C02s时间内，P运动的路程为8cmD02s时间内，P向y轴正方向运动E当t7s时，P恰好回到平衡位置解析由题图a可知，波长2m，由题图b可知周期T4s，则波速v0.5m/s，A正确t2s时，x1.5m处的质点振动方向向下，则波向左传播，B错.02s时间内P质点运动的路程xP4A8cm，C项正确.02s内P质点向y轴负方向运动，D项错t0时P质点位于正向最大位移处，故P质点达到平衡位置的时刻为t(2n1)，则n3时，t7s，P恰好回到平衡位置，E项正确答案ACE波的形成和传播1如图8所示，沿水平方向的介质中的部分质点，相邻质点间的距离相等，其中O为波源，设波源的振动周期为T，自波源通过平衡位置竖直向下振动开始计时，经过，质点1开始振动，则下列关于各质点的振动和介质中的波的说法正确的是()图8A介质中所有的质点的起振方向都竖直向下，图中质点9起振最晚B图中所画出的质点起振时间都是相同的，起振的位置和起振的方向是不同的C图中质点8的振动完全重复质点7的振动，只是质点8起振时，通过平衡位置或最大位移处的时间总是比质点7通过相同位置时落后D只要图中所有的质点都已振动了，质点1与质点9的振动步调就完全一致，但如果质点1发生的是第100次振动，则质点9发生的是第98次振动解析从题图可知，质点9是图中距波源最远的点，尽管与振源起振方向相同，但起振时刻最晚，故选项A正确、选项B错误；质点7与质点8相比较，质点7是质点8的前质点，7、8质点间的振动步调相差，故选项C正确；质点9与质点1相距2个波长，质点9比质点1晚2T开始起振，一旦质点9起振后，质点1、9振动步调就完全一致，故选项D正确答案ACD波的描述2一竖直悬挂的弹簧振子，下端装有一记录笔，在竖直面内放置有一记录纸当振子上下振动时，以速率v水平向左匀速拉动记录纸，记录笔在纸上留下如图9所示的图象y1、y2、x0、2x0为纸上印迹的位置坐标由此图求振动的周期和振幅图9解析由题图可知波长2x0，振幅A，由v，得周期T答案3如图10所示是一列简谐波在t0时刻的波形图，介质中质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式为y10sin5t(cm)关于这列简谐波，下列说法中正确的是()图10A周期为5sB振幅为20cmC传播速度为25cm/sD沿x轴正方向传播解析由题图可知振幅A10cm，波长4m，由y10sin5t(cm)可得周期Ts0.4s，则波速v10m/s，故A、B、C都错；因是正弦函数，所以t0时刻P点沿y轴正方向运动，根据“上下坡”法可知波沿x轴正方向传播，故D对答案D波的图象与振动图象的比较4图11(a)为一列简谐横波在t0.1s时刻的波形图，P是平衡位置在x1m处的质点，Q是平衡位置在x4.0m处的质点；图(b)为质点Q的振动图象下列说法正确的是_图11A在t0.1s时，质点Q向y轴正方向运动B在t0.25s时，质点P的加速度方向与y轴正方向相同C从t0.1s到t0.25s，该波沿x轴负方向传播了6mD从t0.1s到t0.25s，质点P通过的路程为30cmE质点Q简谐运动的表达式为y0.10sin10t(cm)(国际单位制)解析由题图(a)得8m，由题图(b)得T0.2s，所以v40m/s.由题图(b)知，在t0.1s时，质点Q通过平衡位置向y轴负方向运动，A错误结合题图(a)，由“同侧法”判得波沿x轴负方向传播，画出t0.25s时的波形图，标出P、Q点，如图，此时P点在x轴下方，其加速度沿y轴正方向，B正确t0.25s0.1s0.15s，xvt6m，C正确P点起始位置不在平衡位置或最大位移处，故D错误由题图知A0.10m，10rad/s，所以Q点做简谐运动的表达式为y0.10sin10t(cm)(国际单位制)，E正确答案BCE(时间：60分钟)题组一横波和纵波1关于横波和纵波，下列说法中正确的是()A质点的振动方向与波的传播方向垂直的波叫横波B质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波叫纵波C横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部D地震波是横波，声波是纵波解析根据横波和纵波的定义可知A、B、C正确；声波是一种纵波，但地震波中既有横波，又有纵波，D错误答案ABC2区分横波和纵波的依据是()A是否沿水平方向传播B质点振动的方向和波传播的远近C质点振动的方向和波传播的方向是相互垂直还是相互平行D质点振动的快慢解析横波与纵波的区别是根据波的传播方向与质点的振动方向之间的关系，如果两者在同一方向就是纵波，如果两者的方向相互垂直，该波就是横波答案C题组二机械波的形成和传播3机械波传播的是()A介质中的质点B质点的运动形式C能量D信息答案BCD4关于机械波的说法正确的是()A相邻的质点要相互做功B纵波的质点可以随波迁移，而横波的质点不能C振源开始时怎样振动，其他质点开始时就怎样振动D波中各质点振动频率是相同的解析机械波是由于介质中前面的质点带动后面的质点，使振源的振动形式与振源的能量向远处传播而形成的，前后质点间存在相互作用力，因而相互做功，故A正确；波传播过程中，各质点只能在各自的平衡位置附近振动，质点不随波迁移，B错；每个质点都是由振源依次带动下面的质点，每个质点都做受迫振动，每个质点的频率都与振源频率相同，并且都“仿照”振源振动，故C、D正确答案ACD5在敲响古刹里的大钟时，有的同学发现，停止对大钟的撞击后，大钟仍“余音未绝”，分析其原因是()A大钟的回声B大钟在继续振动，空气中继续形成声波C人的听觉发生“暂留”的缘故D大钟虽停止振动，但空气仍在振动解析停止对大钟的撞击后，大钟的振动不会立即停止，振动的能量不会凭空消失，大钟做阻尼振动一段时间，因此还会在空气中形成声波，这就是“余音未绝”的原因，所以选项B正确答案B6以下对机械波的认识正确的是()A形成机械波一定要有振源和介质B振源做简谐运动形成的波中，各质点的运动情况完全相同C横波向右传播时，处于波峰的质点也向右迁移D机械波向右传播时，右方的质点比左方的质点早一些振动解析振源和介质是形成机械波的两个必不可少的条件，故A正确简谐运动在介质中传播时，介质中各质点都做简谐运动，沿波的传播方向上，后面的质点比前面的质点总要晚一些开始振动，但质点本身并不随波的传播而发生迁移，而且各质点的振动步调不一致，故B、C、D错答案A题组三波的描述7一振动周期为T、振幅为A，位于x0点的波源从平衡位置沿y轴正向开始做简谐振动该波源产生的一列简谐横波沿x轴正向传播，波速为v，传播过程中无能量损失一段时间后，该振动传播至某质点P，关于质点P振动的说法正确的是()A振幅一定为AB周期一定为TC速度的最大值一定为vD开始振动的方向沿y轴向上或向下取决于它离波源的距离解析机械波是将波源的振动形式和能量向外传递的过程，对简谐波而言，介质中各振动质点的振幅和周期都与波源的相同，A、B正确；质点P的振动速度不是波的传播速度v，C错误；质点P开始振动的方向与波源开始振动的方向相同，与它们的距离无关，D错误答案AB8介质中有一列简谐机械波传播，对于其中某个振动质点()A它的振动速度等于波的传播速度B它的振动方向一定垂直于波的传播方向C它在一个周期内走过的路程等于一个波长D它的振动频率等于波源的振动频率解析简谐机械波传播时，质点做简谐运动，振动速度时刻发生变化，波的传播速度v，这两个速度是不一样的，A项错误横波质点振动的方向与波传播的方向垂直，纵波质点振动的方向和波传播的方向在同一条直线上，B项错误质点振动时，一个周期内走过的路程等于振幅的四倍，C项错误波在传播的过程中，所有质点振动的频率都等于波源的频率，D项正确答案D9如图1是一列简谐横波在某时刻的波形图，已知图中b位置的质点起振时间比a位置的质点晚0.5s，b和c之间的距离是5m，则此列波的波长和频率应分别为()图1A5m,1HzB10m,2HzC5m,2HzD10m,1Hz解析从波动图象可以看出，波长5m，b点比a点的起振时间晚0.5s，则波速vm/s5 m/s，所以T1s，f1Hz，故A对答案A10一列简谐横波沿x轴正方向传播，某时刻其波形如图2所示下列说法正确的是()图2A波长为4cmB波的周期为4sC经周期后质点P运动到Q点D经周期后质点P的速度变为零解析这是波形图，由题图可直接读出波长4cm，不能判断周期，A对，B错；P质点在平衡位置振动，经过周期到最大位移处，速度为零，C错，D对答案AD11平衡位置处于坐标原点的波源S在y轴上振动，产生频率为50Hz的简谐横波向x轴正、负两个方向传播，波速均为100m/s.平衡位置在x轴上的P、Q两个质点随波源振动着，P、Q的x轴坐标分别为xP3.5m、xQ3m当S位移为负且向y方向运动时，P、Q两质点的()A位移方向相同、速度方向相反B位移方向相同、速度方向相同C位移方向相反、速度方向相反D位移方向相反、速度方向相同解析由题意可知该波分别向两个方向传播，周期T0.02s，波长为vT2m，则S1，S1，由波形图及波的传播方向可确定S位移为负且向y方向运动时，P点位移为负、速度沿y方向，Q点位移为正、速度沿y方向，故D正确答案D12一列波长大于3.6m的简谐横波沿直线方向由a向b传播，a、b相距6m，a、b两质点的振动图象如图3所示由此可知()图3A3s末a、b两质点的位移相同B该波的波长为4mC该波的波速为2m/sD该波由a传播到b历时1.5s解析由题图可知A错误；t0时刻，质点a在平衡位置，振动方向为y轴正方向，质点b在波峰位置，由波动规律得出6m(n)，且3.6m，解得n0，8m，B错误；波速v2m/s，C正确；该波由a传播到b历时T为3s，D错误答案C题组四振动图象与波动图象的综合应用13关于振动图象和波的图象，下列说法正确的是()A波的图象反映的是很多质点在同一时刻的位移B通过波的图象可以找出任一质点在任一时刻的位移C它们的横坐标都表示时间D它们的纵坐标都表示质点的位移解析波的图象反映的是沿波的传播方向上各个质点在某一时刻