第2课 波的描述-2023-2024学年高二物理学与练（人教版）原卷版

第2课波的描述

学习目标

课程标准学习目标

1.能区分波动图像与振动图像，会在横波的图像上找出波长、振幅，不要求用

图像描述纵波。

能用图像描述横波。理解

2.知道波长、波速的含义。

波速、波长和频率的关系。

3.知道波的周期和频率由波源决定，而波速与介质的性质有关。

4.能在具体情境中应用波速、频率（周期）、波长三者的关系分析解决问题。

预习导学

（一）课前阅读：

波源、介质、横波、纵波

（二）基础梳理

一、波的图像

1、坐标轴：横轴表示各质点【概念衔接】简谐运动的图像、波源、介质、横波、纵波

的,纵轴表示该【拓展补充】简谐波

时刻各质点的.【即学即练】1.一列简谐横波某时刻的波形图如图所示。此后K质点比L

2、物理意义：表示在波的传播质点先回到平衡位置。下列判断正确的是（）

方向上，某时刻各质点离开A.该简谐横波沿x轴负方向传播

的位移.B.此时K质点沿），轴正方向运动

3、简谐波特点:C.此时K质点的速度比L质点的小

D.此时K质点的加速度比L质点的小

2.如图，一列简谐横波平行于x轴传播，图中的实线和虚线分别为1=0和

f=0.1s时的波形图.己知平衡位置在x=6m处的质点，在0到0.1s时间

内运动方向不变.传播方向沿K轴（填“正方向”或“负方向”）.

【微点拨】可以从两个角度进行分析：质点振动角度、波形整体平移角度

二、波长、频率和波速

1.机械波的传播特点【概念衔接】周期、同相质点、反相质点、全振动

①介质中每个质点都做受迫振【拓展补充】振动步调

动，因此，任一质点的振动频【即学即练】1.一列简谐横波在均匀介质中沿X轴负方向传播，已知X

率和周期都和的振动频4处质点的振动方程为y=4cos帝），则/=%时刻的波形图正确的是

率和周期相同.

（）

②波源经过一个周期T完成一

次全振动，波恰好向前传播一

个的距离，v=.

2.波长、波速、频率及其关系

（1）波长久在波的传播方向上，

振动相位总是的两个

质点间的距离.

①在横波中，两个一波峰（或

波谷）间的距离等于。

2、（多选）某同学漂浮在海面上，虽然水面波正平稳地以m/s的速率

②在纵波中，两个—密部（或疏

向着海滩传播，但他并不向海滩靠近.该同学发现从第1个波峰到第10个

部）中央间的距离等于—。

波峰通过身下的时间间隔为15s.下列说法正确的是（）

⑵波速波在介质中的传播

A.该水面波的频率为6Hz

速度，由本身的性质决定.

B.该水面波的波长为3m

⑶频率由波源决定，等于波

C.水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时能量不会传递出去

源的.

D.水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时振动的质点并不随波迁

（4）波长、波速和频率的关

移

系：,

【微点拨】质点并不随波迁移

三、多解问题

L波的周期性【拓展补充】1.波动问题多解的主要因素

⑴质点振动nT（n=⑴周期性

0,123,…）时，波形.①时间周期性：时间间隔△，与周期下的关系不明确。

⑵在波的传播方向上，当②空间周期性：波传播的距离加•与波氏A的关系不明确。

两质点平衡位置间的距离(2)双向性

为加.(〃=1,2,3,…)时，它①传播方向双向性：波的传播方向不确定。

们的振动步调总—；当两②振动方向双向性：质点振动方向不确定。

质点平衡位置间的距离为2.解决波的多解问题的思路

一般采用从特殊到一般的思维方法，即找出一个周期内满足条件关系的。或

(2〃+1*(〃=0,1,2,3,…)

△x,若此关系为时间，则，=〃7+加(〃=0,1,2,•••)：若此关系为距离，则

时，它们的振动步调

x=〃A+Ax(〃=O,1,2,,,,)<■

总______.

【即学即练】I、在一列沿水平直线传播的简谐横波上有相距4m的A、B两

2.波的传播方向与质点振

点，如图甲、乙分别是A、8两质点的振动图象.已知该波波长大于2m,求这

动方向的互判

列波可能的波速.

波形图上某点表示传播方

2、在平静的介质中，从波源0发出的一列简谐横波沿x轴正方向传播，力秒

向和振动方向的箭头在图

时刻的波形用实线表示，/2秒出〉八)时刻的波形用虚线表示。介质中的质点Q

线______。

位于x=18m处，则下列说法正确的是()

A.该简谐横波的波长可能为6m

4

B.该波的波速大小一定为;--m/s

t2~t\

C.在4秒时刻至,2秒时刻这段时间内，介质中的质点M的运动过程是由先加

速、后减速两段过程组成

D.根据图像无法判断质点。的起振方向

(三)预习作业

1.判断正误：(1)通过波的图像可以找出任一质点在任意时刻的位移.()

(2)机械波在传播过程中，各质点振动的周期、起振方向都相同。()

(3)机械波在一个周期内传播的距离就是振幅的4倍。()

(4)波速表示介质中质点振动的快慢。()

2.(多选)如图所示为一列沿x轴正方向传播的简谐横波在某一时刻的图象，已知波的传播速度。=2.0m/s,

关于图象中°、。两处的质点，下列说法中正确的是()

A.a处的质点此时具有沿y轴正方向的最大速度

B.a处的质点再经0.15s具有沿,，轴正方向的最大加速度

C.a处的质点再经1.55s具有最大动能

D.在波的形成过程中，。处的质点振动0.15s,〃处的质点开始振动

问题探究4：如图中实线是一列简谐横波在八=0时刻的波形，虚线是这列波在，2=O.5s时刻的波形.

(1)写出这列波的波速表达式；

(2)若波速大小为74m/s,波速方向如何？

环节五波传播的双向性导致多解

问题探究5：一列简谐横波在x轴上传播，如图所示，实线是这列波在人=0.1s时刻的波形，虚线是这列

波在f2=0.2s时刻的波形,求:

(1)如果此波沿X轴正方向传播，波速的最小值;

(2)皿果此波沿x轴负方向传播，波速的可能值.

体系构建

1.振动图像与波的图像的比较

振动图像波的图像

俨/cm["cm

图像

物理意义表示某质点各个时刻的位移表示某时刻各质点的位移

(1)质点振动周期(1)波长、振幅

(2)质点振幅(2)任意一质点在该时刻的位移

图像信息

(3)各时刻质点位移(3)任意一质点在该时刻的加速度方向

(4)各时刻速度、加速度方向(4)传播方向、振动方向的互判

随时间推移，图像延续，但已有形

图像变化随时间推移，图像沿传播方向平移

状不变

记录着一个人一段时间内活动的记录着许多人某时刻动作、表情的集体

形象比喻

录像带照片

2.波的传播方向与质点振动方向的互判方法

内容图像

“上下沿波的传播方向，“上坡”时质点向下振动，“下坡”

坡”法时质点向上振动

“同侧”波形图上某点表示传播方向和振动方向的筋头在图线同

法侧

“微平将波形沿传播方向进行微小的平移，再由对应同一横坐

移”法标的两波形曲线上的点来判断振动方向

记忆清单

一、机械波传播特点

★学习聚焦：

(1)波传到任意一点，该点的起振方向都和波源的起振方向相同。

(2)介质中每个质点都做受迫振动，因此，任一质点的振动频率和周期都和波源的振动频率和周期相同。

(3)波从一种介质进入另一种介质，由于介质不同，波长和波速可以改变，但频率和周期都不会改变。

(4)波源经过一个周期7完成一次全振动，波恰好向前传播一个波长的距离。

二、简谐波的描述

★学习聚焦：

波速公式。=彳="'的理解

(I)波速机械波在介质中的传播速度,由介质本身的性质决定,与波源的周期/无关C

(2)频率/：由波源决定，等于波源的振动频率。各个质点振动的频率等于波源的振动频率。

三、两种图像

★学习聚焦：

求解波的图像与振动图像综合问题三关键

(1)分清振动图像与波的图像。此步骤最简单，只要看清横坐标即可，横坐标为x则为波的图像，横坐标为/

则为振动图像.

(2)看清横、纵坐标的单位。尤其要注意单位前的数量级。

(3)找准波的图像对应的时刻，找准振动图像对应的质点。

四、多解问题

★学习聚焦：

1.传播方向双向性：波的传播方向不确定。

2.振动方向双向性：质点振动方向不确定。

3.时间、空间周期性。

4.在波动问题中，往往只给出完整波形的一部分，或给出几个特殊点的振动情况，而其余信息均处于隐含

状态。这样，波形就有多种可能情况，形成波动问题的多解。

强化训练

1.如图，两种不同材料的弹性细绳在。处连接，，=0时刻开始从平衡位置向上抖动。点，形成以。点为

波源向左和向右传播的简谐横波①和②，5s时。点第二次到达波峰，此时绳上距离。点5m处的质点A

第一次到达波峰，已知波②的传播速度为1.5m/s,08间距离为9m,下列说法正确的是（）

①__.②

~A~0

A.B点的振动周期为5s

B.波①的传播速度为1m/s

C.波②的波长为9m

D.B点起振时，A点处于平衡位置

2.在均匀介质中坐标原点。处有一波源做简谐运动，其表达式为尸5sin®）,它在介质中形成的简谐横波

沿工轴正方向传播，某时刻波刚好传播到x=12m处，波形图像如图所示，则（）

A.此后再经6s该波传播到x=24m处

B.M点在此后第3s末的振动方向沿y轴负方向

C.波源开始振动时的运动方向沿），轴负方向

D.此后M点第一次到达），=-3in处所需时间是2s

3.（多选）.•列简谐横波沿人轴式方向传播，波源位丁「=0位置，/=（）时刻波源开始沿），轴振动，经过0.15

s时波形如图所示.下列说法正确的是（）

A.该波的波长为50cm

B.该波的传播速度为专m/s

C.此时图中A=40cm处的质点开始沿y轴正方向运动

D.此后1s内，x=20cm处的质点通过的路程为1.2m

E.此后再经过0.125s,x=60cm处的质点第一次出现在波谷位置

4.（多选）一列简谐横波沿x轴传播，图甲是/=0.2s时的波形图，P、。是这列波上的两个质点，图乙是尸

质点的振动图象，下列说法正确的是（）

A.这列波的传播方向沿x轴正方向

B.这列波的传播速度为15m/s

C.t=0.1s时质点Q处于平衡位置正在向上振动

D.P、。两质点在任意时刻加速度都不可能相同

E.P、。两质点在某些时刻速度可能相同

5.如图所示为海洋生态自动监测浮标，可用于监测水质和气象等参数。一列水波(视为横波)沿海面传播，在

波的传播方向上相距4.5m的两处分别有甲、乙两浮标，两浮标随波上下运动。当甲运动到波峰时，乙恰好

运动到波谷，此时甲、乙之间只有一个波峰。观察到甲从第1次到达波峰与第11次到达波峰的时间间隔为

20s,则该水波()

A.振幅为4.5mB.波长为3m

C.频率为2HzD.波速为2.25m/s

6.(多选)一列简谐横波沿大轴传播，在/=()时刻和/=1s时刻的波形分别如图中实线和虚线所示。已知x=()

处的质点在0〜1s内运动的路程为4.5cm。下列说法正确的是()

A.波沿x轴正方向传播

B.波源振动周期为1.1s

C.波的传播速度大小为13m/s

D.f=ls时，x=6m处的质点沿)，轴负方向运动

7.例沿x轴正方向传播的简谐横波，其波源的平衡位置在坐标原点，波源在0-4s内的振动图像如图(a)

所示，已知波的传播速度为0.5mg

(1)求这列横波的波长；

(2)求波源在4s内通过的路程；

(3)在图(b)中画出/=4s时刻的波形图。

8.(多选)一列简谐横波沿x轴正方向传播，图(a)是/=0时刻的波形图，图(b)和图(c)分别是x轴上某两处质

点的振动图像。由此可知，这两