高中物理 第二章 机械波 第二节 机械波的图象描述学案（含解析）粤教版选修3-4.doc

第二节机械波的图象描述学习目标重点难点1能说出波的图象的特征和物理意义2能说出横、纵坐标各表示什么物理量，能区分振动图象和波的图象3能根据波的传播方向判断各质点的振动方向，能画出某一时间前后的波形图重点：1根据波的传播方向，判断各质点的振动方向2能根据某一时刻的波形、画出t时间前、后的波形难点：画t时间以前的波形一、波的图象1波的图象的作法（1）建立坐标系：用横坐标x表示在波的传播方向上各质点的平衡位置，纵坐标y表示某时刻各质点偏离平衡位置的位移（2）选取正方向：选取质点振动的某一个方向为位移的正方向，x轴一般以向右为正（3）描点：把某一时刻所有质点的位置画在坐标系里（4）连线：用一条平滑的线把诸点连接起来就是这时的波的图象2波的图象的特点（1）简谐波：波源做简谐运动时，介质中各个质点随之做简谐运动，所形成的波就是简谐波（2）简谐波的图象的特点：简谐波的图象是一条正弦或余弦曲线二、描述波的特征的物理量1波长在波动中，相对平衡位置的位移总是相同的两个相邻质点间的距离，叫做波长，用表示横波的相邻波峰或相邻波谷的距离等于波长；纵波的两个相邻最密部或相邻最疏部的距离等于波长2周期和频率在波动中，各个质点的振动周期或频率是相同的，它们都等于波源的振动周期或频率，这个频率也叫做波的周期或频率，f3波速波动中振动在介质中的传播速度叫做波速，用v表示v或vf预习交流学生讨论：某同学认为：既然机械波是机械振动在介质中传播时产生的，所以波的图象与振动图象没有区别，实质上是一样的你认为他的观点是否正确？答案：不正确波的图象表示的是同一时刻，不同质点离开平衡位置的位移，振动图象表示的是同一质点，不同时刻离开平衡位置的位移，两者的物理意义不同；波动图象中，横坐标表示各质点的平衡位置，振动图象中横坐标表示振动的时间，所以两种图象的作法也有区别一、波的图象1有同学认为，本节课所研究的波的图象，既可以是横波的图象，也可以是纵波的图象。这种认识对不对？为什么？答案：不对因为我们在正交的x轴、y轴中所能表示的只能是互相垂直的两个方向的状态，故我们所学的知识还不能表示纵波的图象2确定横波的传播方向与质点的振动方向间的关系有多种方法，试查询并研究这些方法并且根据你的个人体会，这些方法的实质是什么？答案：实质必须是波形成的原理，即先振动的质点带动后振动的质点振动；后振动的质点重复先振动质点的振动3一列简谐波的图象如图所示，已知波沿x轴正方向传播根据波的产生和传播规律，讨论图中a，b两质点此时的运动方向答案：a点向y轴正方向运动，b点向y轴负方向运动一简谐横波某时刻的波形图如图所示，由此图可知（）a若质点a向下运动，则波是从左向右传播的b若质点b向上运动，则波是从左向右传播的c若波从右向左传播，则质点c向下运动d若波从右向左传播，则质点d向上运动答案：bd解析：若质点a向下运动，由“上下坡”法则，a点必位于上坡段，只有从右向左看，a才处于上坡段，故波应向左传播，选项a错误同理分析选项b正确若波从右向左传播，由“上下坡”法则，知d、c两点均位于下坡段，都应向上运动，故选项c错误，d正确1根据图象判断质点的运动方向应首先分清是振动图象还是波动图象2波动图象根据波的传播方向判断质点的运动方向常用方法有：方法一：上下坡法，沿波的传播方向看，“上坡”的点向下运动，“下坡”的点向上运动，简称“上坡下、下坡上”（如图甲所示）方法二：同侧法，在波的图象上的某一点，沿竖直方向画出一个箭头表示质点运动方向，并设想在同一点沿水平方向画个箭头表示波的传播方向，那么这两个箭头总是在曲线的同侧（如图乙所示）方法三：头头（尾尾）相对法，在波形图的波峰（或波谷）上画出一个箭头表示波的传播方向，并在波峰（或波谷）两边的波形上分别画出两个箭头表示质点的振动方向，那么这三个箭头总是头头相对，尾尾相对（如图丙所示）方法四：微平移法，将原波形（实线）沿波的传播方向平移后（虚线），则从原波形中实线上质点沿y轴指向虚线的方向，表示原波形中质点的运动方向（如图丁所示）方法五：特殊点法，先振动的质点带动邻近的振动质点，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点上方，则p向上运动，若p在p点下方，则p向下运动（如图戊所示）戊3运用类似的方法，可以根据质点的运动方向判断波的传播方向二、波的图象的画法一列简谐波在t0时刻的波形如图所示，已知波沿x轴正向传播，能否画出该波时刻的波的图象若不能，请说明理由；若能，请把该波时的波形图在原坐标系中画出答案：能方法一：在内波沿x轴正方向传播的距离为xv，所以把t0时的波形向x轴正方向平移即可得到时的新波形方法二：经的时间a质点返回平衡位置，b质点运动到正最大位移处，c质点返回平衡位置，d质点运动到负最大位移处，e质点返回平衡位置，利用这五个特殊点，将其位置用平滑的曲线连起来，可得到该波在时的波形，其波形图如图中虚线所示一列沿x轴正方向传播的横波在某一时刻的波形图象如图所示，已知波的传播速度是16 m/s（1）指出这列波中质点振动的振幅是多少（2）画出再经过0.125 s时的波形图象答案：见解析解析：（1）由图象可以看出，最大位移是10 cm，因此振幅是10 cm（2）经0.125 s波形沿x轴正方向移动的距离为xvt160.125 m2 m，则波形图象如图中虚线所示根据某时刻的波形图画另一时刻波形图的方法：1特殊点法：取正弦波上的五个特殊点（三个平衡位置点，一个波峰点，一个波谷点），先根据波传播的方向确定它们的振动方向，再判断t后各点运动到什么位置，最后连成曲线，即为另一时刻的波形图，适用于tn的情形2平移法：将原图象沿x轴方向即波传播的方向平移，根据波速和给定的时间，利用xvt，求出沿波的传播方向上移动的位移，将波进行平移3将原图象逆着波的传播方向平移xvt，可得到该时刻之前t时的波形4将坐标轴逆着波的传播方向平移等效为将图象沿波的传播方向平移；将坐标轴顺着波的传播方向平移，等效为将波形图逆着波的传播方向平移1关于波的周期下列说法不正确的是（）a质点的振动周期就是波源的周期b波的周期是由波源驱动力的频率决定的c波的周期与形成波的介质的密度有关d经历整数个周期，波形图重复出现，就像整个波形向前平移答案：c解析：波的周期性是由质点振动的周期性决定的，故a选项正确；波的周期等于波源驱动力的周期，与介质无关，故b选项正确，c选项错误；d选项正是波的周期性的体现，故d正确2下图所示是一列简谐波在某一时刻的波形图象，下列说法中正确的是（）a质点a、c、e、g、i在振动过程中位移总是相同b质点b、f在振动过程中位移总是相等c质点d、h的平衡位置间的距离是一个波长d质点a、i在振动过程中位移总是相同的，它们的平衡位置间的距离是一个波长答案：bc解析：对于选项a：a、e、i、c、g在振动过程中位移大小总是相同的，但（a、e、i）与（g、c）在振动过程中位移的大小相等，方向相反；对于选项b：由于b、f是两个相邻的波峰，它们的间距正好是一个波长，所以它们在振动过程中位移总是相等的；对于选项c：质点d、h间是相邻的波峰，所以它们之间的距离是一个波长；对于选项d：质点a、i之间距离是两个波长，所以它们在振动过程中位移总是相同的；所以本题选b、c3当波从一种介质进入另一种介质时，保持不变的物理量是（）a波长 b波速 c频率 d周期答案：cd解析：波的频率和周期由波源决定，在传播的过程中是不变的，在不同的介质中波速不同，则波长也不同，因此选项c、d正确4关于公式vf，正确的说法是（）avf适用于一切波b由vf可知，f增大，则波速v也增大c由v、f三个量中，对同一列波来说，在不同介质中传播时保持不变的只有fd由vf知，波长是2 m的声波是波长是4 m的声波传播速度的答案：ac解析：vf不仅适用于机械波，对一切波都成立，a正确；波速和波长由介质决定，与波源的振动频率无关，b、d错误；波从一种介质进入另一种介质，波速、波长均改变，f由波源决定，与介质无关，c正确5如图所示中的实线是一列简谐横波在某一时刻的波形图线，经0.3 s后，其波形如图中虚线所示，设该波的周期t大于0.3 s求：（1）波长和振幅；（2）若波向右传播，求波的周期和波速；（3）若波向左传播，求波的周期和波速答案：（1）2 m10 cm（2）0.4 s5 m/s（3）1.2 sm/s解析：（