第2课 波的描述 -2023-2024学年高二物理（人教版2019）（原卷版）

第2课波的描述学习目标学习目标课程标准学习目标能用图像描述横波。理解波速、波长和频率的关系。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。2．知道波长、波速的含义。3．知道波的周期和频率由波源打算，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。002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：横轴表示各质点的，纵轴表示该时刻各质点的.2、物理意义：表示在波的传播方向上，某时刻各质点离开的位移.3、简谐波特点：【概念连接】简谐运动的图像、波源、介质、横波、纵波【拓展补充】简谐波【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质点先回到平衡位置。下列推断正确的是()A．该简谐横波沿x轴负方向传播B．此时K质点沿y轴正方向运动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t＝0和t＝0.1s时的波形图.已知平衡位置在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x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①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的振动频率和周期相同.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λ：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，两个波峰(或波谷)间的距离等于。②在纵波中，两个密部(或疏部)中心间的距离等于。(2)波速v：波在介质中的传播速度，由本身的性质打算.(3)频率f：由波源打算，等于波源的.(4)波长、波速和频率的关系：.【概念连接】周期、同相质点、反相质点、全振动【拓展补充】振动步调【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＝eq\f(5,4)λ处质点的振动方程为y＝Acos(eq\f(2π,T)t)，则t＝eq\f(3,4)T时刻的波形图正确的是()2、（多选）某同学漂移在海面上，虽然水面波正平稳地以1.8m/s的速率向着海滩传播，但他并不向海滩靠近.该同学发觉从第1个波峰到第10个波峰通过身下的时间间隔为15s.下列说法正确的是()A.该水面波的频率为6HzB.该水面波的波长为3mC.水面波没有将该同学推向岸边，是由于波传播时能量不会传递出去D.水面波没有将该同学推向岸边，是由于波传播时振动的质点并不随波迁移【微点拨】质点并不随波迁移三、多解问题1.波的周期性(1)质点振动nT(n＝0,1,2,3，…)时，波形.(2)在波的传播方向上，当两质点平衡位置间的距离为nλ(n＝1,2,3，…)时，它们的振动步调总；当两质点平衡位置间的距离为(2n＋1)eq\f(λ,2)(n＝0,1,2,3，…)时，它们的振动步调总.2.波的传播方向与质点振动方向的互判波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线。【拓展补充】1.波动问题多解的主要因素(1)周期性①时间周期性：时间间隔Δt与周期T的关系不明确。②空间周期性：波传播的距离Δx与波长λ的关系不明确。(2)双向性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。2.解决波的多解问题的思路一般接受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Δt或Δx，若此关系为时间，则t＝nT＋Δt(n＝0，1，2，…)；若此关系为距离，则x＝nλ＋Δx(n＝0，1，2，…)。【即学即练】1、在一列沿水平直线传播的简谐横波上有相距4m的A、B两点，如图甲、乙分别是A、B两质点的振动图象.已知该波波长大于2m，求这列波可能的波速.2、在安静的介质中，从波源O发出的一列简谐横波沿x轴正方向传播，t1秒时刻的波形用实线表示，t2秒(t2>t1)时刻的波形用虚线表示。介质中的质点Q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6mB．该波的波速大小肯定为eq\f(4,t2－t1)m/sC．在t1秒时刻至t2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．依据图像无法推断质点Q的起振方向（三）预习作业1．推断正误：(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v＝2.0m/s，关于图象中a、b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y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，a处的质点振动0.15s，b处的质点开头振动003探究提升环节一波的图像思考：1．可以猎取哪些信息？2．简谐波的特点？问题探究1：（多选）如图，一列简谐横波沿x轴正方向传播，实线为t＝0时的波形图，虚线为t＝0.5s时的波形图。已知该简谐波的周期大于0.5s。关于该简谐波，下列说法正确的是()A．波长为2mB．波速为6m/sC．频率为1.5HzD．t＝1s时，x＝1m处的质点处于波峰E．t＝2s时，x＝2m处的质点经过平衡位置环节二两种图像综合问题探究2：如图所示，图甲是t＝5s时刻一简谐横波沿x轴正方向传播的波形图，图乙为这列波上某质点的振动图象，则()A.该列波的波速为4m/sB.图乙可能是质点b的振动图象C.质点c的振动方程为y＝6sin(eq\f(πt,2)＋π)cmD.t＝10s时，a点的振动方向向上环节三空间周期性导致多解问题探究3：（多选）一列简谐横波沿x轴的正向传播，振幅为2cm，周期为T。已知为t＝0时刻波上相距50cm的两质点a、b的位移都是1cm，但运动方向相反，其中质点a沿y轴负向运动，如图所示，下列说法正确的是()A．该列简谐横波波长可能为150cmB．该列简谐横波波长可能为12cmC．当质点b的位移为＋2cm时，质点a的位移为负D．在t＝eq\f(5T,12)时刻质点b速度最大E．质点a、质点b的速度始终大小相等，方向相反环节四时间周期性导致多解问题探究4：如图中实线是一列简谐横波在t1＝0时刻的波形，虚线是这列波在t2＝0.5s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t1＝0.1s时刻的波形，虚线是这列波在t2＝0.2s时刻的波形，求：(1)假如此波沿x轴正方向传播，波速的最小值；(2)假如此波沿x轴负方向传播，波速的可能值．004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图像信息(1)质点振动周期(2)质点振幅(3)各时刻质点位移(4)各时刻速度、加速度方向(1)波长、振幅(2)任意一质点在该时刻的位移(3)任意一质点在该时刻的加速度方向(4)传播方向、振动方向的互判图像变化随时间推移，图像连续，但已有外形不变随时间推移，图像沿传播方向平移形象比方记录着一个人一段时间内活动的录像带记录着很多人某时刻动作、表情的集体照片2.波的传播方向与质点振动方向的互判方法内容图像“上下坡”法沿波的传播方向，“上坡”时质点向下振动，“下坡”时质点向上振动“同侧”法波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧“微平移”法将波形沿传播方向进行微小的平移，再由对应同一横坐标的两波形曲线上的点来推断振动方向005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，波长和波速可以转变，但频率和周期都不会转变。(4)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波长的距离。二、简谐波的描述★学习聚焦：波速公式v＝eq\f(λ,T)＝λf的理解(1)波速v：机械波在介质中的传播速度，由介质本身的性质打算，与波源的周期T无关。(2)频率f：由波源打算，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。此步骤最简洁，只要看清横坐标即可，横坐标为x则为波的图像，横坐标为t则为振动图像。(2)看清横、纵坐标的单位。尤其要留意单位前的数量级。(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状况，而其余信息均处于隐含状态。这样，波形就有多种可能状况，形成波动问题的多解。00601强化训练1．如图，两种不同材料的弹性细绳在O处连接，t＝0时刻开头从平衡位置向上抖动O点，形成以O点为波源向左和向右传播的简谐横波①和②，5s时O点其次次到达波峰，此时绳上距离O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，OB间距离为9m，下列说法正确的是()A.B点的振动周期为5sB.波①的传播速度为1m/sC.波②的波长为9mD.B点起振时，A点处于平衡位置2．在均匀介质中坐标原点O处有一波源做简谐运动，其表达式为y＝5sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)t))，它在介质中形成的简谐横波沿x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．波源开头振动时的运动方向沿y轴负方向D．此后M点第一次到达y＝－3m处所需时间是2s3.（多选）一列简谐横波沿x轴正方向传播，波源位于x＝0位置，t＝0时刻波源开头沿y轴振动，经过0.15s时波形如图所示.下列说法正确的是()A.该波的波长为50cmB.该波的传播速度为eq\f(8,3)m/sC.此时图中x＝40cm处的质点开头沿y轴正方向运动D.此后1s内，x＝20cm处的质点通过的路程为1.2mE.此后再经过0.125s，x＝60cm处的质点第一次消灭在波谷位置4.（多选）一列简谐横波沿x轴传播，图甲是t＝0.2s时的波形图，P、Q是这列波上的两个质点，图乙是P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/sC.t＝0.1s时质点Q处于平衡位置正在向上振动D.P、Q两质点在任意时刻加速度都不行能相同E.P、Q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。观看到甲从第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4.5m B．波长为3mC．频率为2Hz D．波速为2.25m/s6.(多选)一列简谐横波沿x轴传播，在t＝0时刻和t＝1s时刻的波形分别如图中实线和虚线所示。已知x＝0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1.1sC．波的传播速度大小为13m/sD．t＝1s时，x＝6m处的质点沿y轴负方向运动7.一列沿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0.5m/s。(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t＝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t＝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，这两质点平衡位置之间的距离可能是()A.eq\f(1,3)mB．eq\f(2,3)mC．1m D．eq\f(4,3)m9．(多选)一列简