第2章 第1節(jié) 波的形成和描述

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1、第2章第1節(jié)波的形成和描述 第1節(jié) 波的形成和描述 波的形成與傳播 ［先填空］ 1. 定義 機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播，形成了機(jī)械波. 2. 產(chǎn)生條件 (1) 振源：做機(jī)械振動(dòng)的物體. ⑵介質(zhì)：能傳播波的物質(zhì). 3. 傳播特點(diǎn) 機(jī)械波傳播時(shí)，介質(zhì)并不隨波前進(jìn)，傳播的只是機(jī)械振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)形式及 其能量. 4. 橫波和縱波 定義 標(biāo)識(shí)性物理量 實(shí)物波形 橫波 質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波 的傳播方向垂直的波 (1) 波峰：凸起的最高處 (2) 波谷：凹下的最低處 繩上形成橫波 縱波 質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波 的傳播方向在同一直 線上的波 (1) 密部：質(zhì)點(diǎn)分布最密

2、 的地方 (2) 疏部：質(zhì)點(diǎn)分布最疏 的地方 彈簧上形成縱波 ［再判斷］ 1 ?機(jī)械波傳播的是介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn).(X) 2?機(jī)械波傳播的是質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)形式.(V) 3?橫波中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直.(V) ［后思考］ 在平靜的湖面上，漂浮著一片樹葉，如果你往樹葉附近扔下一塊小石子， 湖面立即興起水波，水波一圈一圈往外擴(kuò)展出去，于是樹葉運(yùn)動(dòng)起來?請(qǐng)問樹 葉會(huì)隨水波往外移動(dòng)嗎？ 圖 2-1 -1 【提示】 不會(huì)?因?yàn)樾∈蛹て鸬乃ㄊ钦駝?dòng)的傳播，水并不向外移動(dòng)， 水的質(zhì)點(diǎn)只是上下振動(dòng)，所以樹葉不會(huì)隨水波往外移動(dòng). ［核心點(diǎn)擊］ 1. 機(jī)械波的形成 2?機(jī)械波的特點(diǎn)

3、(1) 機(jī)械波傳播的是振動(dòng)形式、能量和信息，介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)本身并不隨波傳 播而遷移，而是在各自的平衡位置附近振動(dòng). (2) 由于波的形成實(shí)際上是從波源開始依次帶動(dòng)介質(zhì)中的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)參與振 動(dòng)，所以各個(gè)質(zhì)點(diǎn)都在做受迫振動(dòng)，因此各個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期(頻率)與波源的周 期(頻率)相同. (3) 在不考慮能量損失時(shí)，各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅相同，各質(zhì)點(diǎn)的起振方向都與 波源開始振動(dòng)的方向相同. 3.橫波和縱波的區(qū)別 橫波 縱波 概念 在波動(dòng)中，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的 傳播方向相互垂直 在波動(dòng)中，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的 傳播方向在一條直線上 介質(zhì) 只能在固體介質(zhì)中傳播 在固體、液體和氣體介質(zhì)中

4、均能傳 播 特征 在波動(dòng)中交替、間隔出現(xiàn)波峰和波 谷 在波動(dòng)中交替、間隔出現(xiàn)密部和疏 部 1 ?如圖2-1-2是一條軟繩，繩上選有18個(gè)質(zhì)點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)1在外力作用下首先 向上振動(dòng)，其余質(zhì)點(diǎn)在相互作用力的帶動(dòng)下依次振動(dòng)，從而形成簡(jiǎn)諧波?由波 的形成及圖示可知，以下說法中正確的選項(xiàng)是() 圖 2-1-2 A?質(zhì)點(diǎn)1帶動(dòng)質(zhì)點(diǎn)2是利用繩上質(zhì)點(diǎn)間的彈力實(shí)現(xiàn)的，因此每個(gè)質(zhì)點(diǎn)均做 受迫振動(dòng) B?每個(gè)質(zhì)點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)后，在水平方向做勻速運(yùn)動(dòng)，在豎直方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) C?繩子上的每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)開始振動(dòng)時(shí)，方向都向上，振動(dòng)周期都相同 D.繩子上波的傳播過程，也是能量的傳播過程，雖然每個(gè)質(zhì)點(diǎn)均做等幅振 第3頁

5、 動(dòng)，但每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的機(jī)械能并不守恒 E?波的形成過程中，質(zhì)點(diǎn)沿著波的傳播方向移動(dòng) 【解析】 質(zhì)點(diǎn)1帶動(dòng)質(zhì)點(diǎn)2是利用繩上質(zhì)點(diǎn)間的彈力實(shí)現(xiàn)的，因此每個(gè)質(zhì) 點(diǎn)都做受迫振動(dòng)，A正確；每個(gè)質(zhì)點(diǎn)開始振動(dòng)后，只在豎直方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，水 平方向不隨波遷移，B和E錯(cuò)誤；繩子上每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的起振方向都相同，振動(dòng)周 期等于波源振動(dòng)周期，C正確；波的傳播過程，也是能量的傳播過程，雖然每個(gè) 質(zhì)點(diǎn)均做等幅振動(dòng)，但每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的機(jī)械能并不守恒，D正確. 【答案】ACD 2 ?以下有關(guān)橫波與縱波的說法中正確的選項(xiàng)是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：78510015】 A. 沿水平方向傳播的波為橫波 B?縱波可以在固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)介質(zhì)中

6、傳播 C?縱波與橫波不可以同時(shí)在同一介質(zhì)中傳播 D?但凡振動(dòng)方向與波傳播方向在同一條直線上的波都是縱波 E?橫波只能在固體中傳播 【解析】 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波傳播方向垂直的波叫橫波，A錯(cuò)；縱波可在任 何介質(zhì)中傳播，B對(duì)；橫波和縱波可在同一種介質(zhì)中傳播，如地震波,C錯(cuò)；質(zhì) 點(diǎn)振動(dòng)方向與波傳播方向平行的波叫縱波，D對(duì)；橫波只能在固體中傳播，E正 確 【答案】BDE 3 ?以下關(guān)于沿繩傳播的一列機(jī)械波的正確說法是() A?繩波的形成是由于繩上各質(zhì)點(diǎn)的相互作用 B. 繩上各質(zhì)點(diǎn)都隨繩波向前傳播 C?當(dāng)波源突然停止振動(dòng)時(shí)，離波源較近的質(zhì)點(diǎn)先停止振動(dòng) D?當(dāng)波源突然停止振動(dòng)時(shí)，離波源較遠(yuǎn)

7、的質(zhì)點(diǎn)先停止振動(dòng) E.波形成的過程是質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)形式及能量的傳播過程 【解析】 繩波的形成是由于繩上各質(zhì)點(diǎn)的相互作用，各質(zhì)點(diǎn)沒有相互作用 那么形不成繩波，A對(duì)；繩波在傳播過程中，各質(zhì)點(diǎn)在各自平衡位置附近振動(dòng)， 并不隨波遷移，B錯(cuò)；根據(jù)波的形成過程以及“由近及遠(yuǎn)，依次帶動(dòng)〃的特點(diǎn)知， 當(dāng)波源突然停止振動(dòng)時(shí)，離波源較近的質(zhì)點(diǎn)先停止振動(dòng)，C對(duì)、D錯(cuò)；波的形成 過程是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)形式和能量的傳播，E正確. 【答案】ACE 波動(dòng)過程介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn) 波動(dòng)過程介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期都與波源的振動(dòng)周期相同，其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)可 用三句話來描述，即 1 ?先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)后振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn). 2■后振動(dòng)的質(zhì)

8、點(diǎn)重復(fù)前面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng). 3?后振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)狀態(tài)落后于先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)?概括起來就是“帶動(dòng)、重 復(fù)、落后〃. 波的描述 ［先填空］ 1?波的圖象描述 ⑴波形：在繩子波動(dòng)的某個(gè)時(shí)刻拍下照片，就能得到該時(shí)刻的波形. ⑵圖象：在波形上添加一個(gè)坐標(biāo)系，就可以得到該時(shí)刻這個(gè)波的圖象?用 橫坐標(biāo)x表示在波的傳播方向上各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置，縱坐標(biāo)y表示某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn) 偏離平衡位置的位移. (3) 簡(jiǎn)諧波：介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，波形曲線是正弦或余弦)曲線. (4) 波的圖象的物理意義：波的圖象描述的是某二時(shí)刻各個(gè)質(zhì)點(diǎn)對(duì)平衡位置 的位移. 2?波的特征 ⑴波的周期和頻率：質(zhì)點(diǎn)完成一次全振動(dòng)

9、的時(shí)間叫做周期，用T表示?介 1 質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)每秒完成全振動(dòng)的次數(shù)叫做波的頻率，用于表示.兩者的關(guān)系：T=1 ⑵波長(zhǎng)：在波動(dòng)中，沿著波的傳播方向，兩個(gè)相鄰的、相對(duì)平衡位置的位 移和振動(dòng)方向總是相同的質(zhì)點(diǎn)間的距離，叫波長(zhǎng)，用2表示. ⑶波速：反映波傳播快慢的物理量，波在介質(zhì)中的傳播是勻速傳播，波速 公式為v=2T或v=2f. ［再判斷］ 1 ?波的圖象表示介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡.（X） 2?在一個(gè)周期內(nèi)，振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的距離等于一個(gè)波長(zhǎng).（V） 3?橫波中任意兩個(gè)波峰之間的距離等于波長(zhǎng).（X） ［后思考］ 波在一個(gè)周期內(nèi)傳播的距離是一個(gè)波長(zhǎng)，那么在一個(gè)周期內(nèi)質(zhì)點(diǎn)通過的路 程是否

10、為一個(gè)波長(zhǎng)？為什么？ 【提示】 不是■因?yàn)椴ㄔ趥鞑r(shí)，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)都在平衡位置附近振動(dòng)， 不隨波的傳播而遷移，一個(gè)周期內(nèi)質(zhì)點(diǎn)通過的路程為振幅的四倍，而不是一個(gè)波 長(zhǎng). ［核心點(diǎn)擊］ 1. 由波的圖象獲得的三點(diǎn)信息 ⑴可以直接看出在該時(shí)刻沿傳播方向上各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位移. （2） 可以直接看出在波的傳播過程中各質(zhì)點(diǎn)的振幅A? （3） 假設(shè)該波的傳播方向，可以確定各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向；或某質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方 向，可以確定該波的傳播方向. 2. 波的圖象的周期性：在波的傳播過程中，各質(zhì)點(diǎn)都在各自的平衡位置附 近振動(dòng)，不同時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的位移不同，那么不同時(shí)刻波的圖象不同?質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng) 位移做周期性變化，那么波

11、的圖象也做周期性變化?經(jīng)過一個(gè)周期，波的圖象 復(fù)原一次. 3. 波的傳播方向的雙向性：如果只知道波沿x軸傳播，那么有可能沿x軸 正向傳播，也可能沿x軸負(fù)向傳播，具有雙向性. 4. 波速、波長(zhǎng)、周期與頻率的決定因素和關(guān)系： 物理量 決定因素 關(guān)系 周期和頻率 取決于波源，而與V、2無直接關(guān)系 v=2f 或 v=T 波長(zhǎng) 波長(zhǎng)2那么只取決于v和T，只要v、T其中一個(gè) 發(fā)生變化，2值必然發(fā)生變化 波速 取決于介質(zhì)的物理性質(zhì)，與T、2無直接關(guān)系 4?簡(jiǎn)諧橫波某時(shí)刻的波形如圖2-1-3所示.a為介質(zhì)中的一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，由圖象 可知（） 圖 2-1-3 A?質(zhì)點(diǎn)a的加速度方向

12、一定沿y軸負(fù)方向 B.質(zhì)點(diǎn)a的速度方向一定沿y軸負(fù)方向 C?經(jīng)過半個(gè)周期，質(zhì)點(diǎn)a的位移一定為負(fù)值 D. 經(jīng)過半個(gè)周期，質(zhì)點(diǎn)a通過的路程一定為2A E. 假設(shè)波沿x軸正方向傳播，那么該時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)a振動(dòng)方向向下 【解析】 質(zhì)點(diǎn)a做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，其回復(fù)力指向平衡位置，故其加速度一定沿 y軸負(fù)方向?速度方向與波的傳播方向有關(guān)，假設(shè)波向右傳播，那么質(zhì)點(diǎn)a向y 軸正方向運(yùn)動(dòng)；假設(shè)波向左傳播，那么質(zhì)點(diǎn)a向y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)■經(jīng)過半個(gè)周期 后，質(zhì)點(diǎn)a到達(dá)x軸下方的對(duì)稱點(diǎn)，故B項(xiàng)錯(cuò)誤，A、C、D項(xiàng)都正確■假設(shè)波 沿x軸正方向傳播，那么該時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)a振動(dòng)方向向上，E錯(cuò)誤. 【答案】ACD 5?—列橫波在某時(shí)刻的

13、波形如圖2-1-4所示，質(zhì)點(diǎn)a的振動(dòng)方向向下，那 么波的傳播方向向 ，在這時(shí)刻振動(dòng)方向向上的質(zhì)點(diǎn)有 ，加速度 方向向下的質(zhì)點(diǎn)有 . 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：78510016】 圖 2-1-4 【解析】 由“特殊點(diǎn)法〃或“微平移法〃可知波沿x軸負(fù)方向傳播；根據(jù) 波的形成過程中質(zhì)點(diǎn)的帶動(dòng)特點(diǎn)，即都是由靠近波源的臨近的質(zhì)點(diǎn)來帶動(dòng)所以, 可以判斷a、b、c、d e質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向分別是：向下、向下、向上、向上、向 上■所以，向上的質(zhì)點(diǎn)是c、d e ；位移為正時(shí)，加速度為負(fù)，即加速度向下的 質(zhì)點(diǎn)是e. 【答案】 x軸負(fù)方向c、d、e e 6 ?如圖2-1-5所示，實(shí)線是一列簡(jiǎn)諧波在某一時(shí)刻的波形圖象，虛

14、線是0.2 s后它的波形圖象，那么這列波可能的波速為多大？ 圖 2-1-5 【解析】假設(shè)向右傳播 那么 s 右=(n + 4“ =(4n +1)m 所以波速 s右 4n +1 p右汗 =02 m/s - (20n + 5) m/s(n - 0,1,29 …) 假設(shè)波向左傳播 那么s左= =(n + 4)^ = (4n + 3) m p左二t 4n + 3 =02 m/s = (20n +15) m/s(n = 0,129 …) 【答案】 (20n+5) m/s(n=0,1>2?3 …)或 (20n+15) m/s(n=0,123…) 1?波的傳播具有周期性"時(shí)刻的圖象和t + mT時(shí)刻圖象圖形相同. 2?波的圖象只代表某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的位移分布，而不代表質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡.