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1、
第1節(jié) 波的形成和描述
課堂互動(dòng)
三點(diǎn)剖析
一、波的形成與傳播
1.形成條件
要形成一列波,必須要有用以引起其他質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的那個(gè)質(zhì)點(diǎn),即波源;要把波源的振動(dòng)傳播出去,必須有介質(zhì),故波的形成條件為:(1)波源;(2)介質(zhì).
2.傳播特點(diǎn)
(1)波傳播時(shí),介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)跟著波源做受迫振動(dòng),每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率和周期都與波源相同;各質(zhì)點(diǎn)的起振方向與波源的起振方向相同,離波源越遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn),起振越滯后.
(2)波在傳遞運(yùn)動(dòng)形式的同時(shí)也傳遞能量.
【例1】關(guān)于機(jī)械波的以下說(shuō)法中,正確的是( )
A.波動(dòng)發(fā)生需要兩個(gè)條件:波源和介質(zhì) B.波動(dòng)過程是介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)由近及遠(yuǎn)移動(dòng)的過程
2、
C.波動(dòng)過程是能量由近及遠(yuǎn)傳遞的過程 D.波源與介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)都是自由振動(dòng)
解析:波源(即振源)振動(dòng)時(shí),依靠介質(zhì)中的相互作用力帶動(dòng)周圍各部分質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)起來(lái),形成機(jī)械波.作為介質(zhì)的各質(zhì)點(diǎn)只在平衡位置附近做振動(dòng),并不隨波向外遷移,僅把振源的振動(dòng)和能量傳播開來(lái).波源和介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用力阻礙波源的振動(dòng),是一種阻力,所以波源的振動(dòng)不可能是自由振動(dòng).相鄰的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)間存在相互作用,故介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)不是自由振動(dòng).
答案:AC
二、波的圖象
表示介質(zhì)中的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻偏離平衡位置的位移.
波的圖象并不是波實(shí)際運(yùn)動(dòng)的波形圖,但某時(shí)刻橫波的圖象形狀與波在該時(shí)刻的實(shí)際波形很
3、相似,波形中的波峰對(duì)應(yīng)波的圖象中的位移正向最大值,波谷對(duì)應(yīng)圖象中位移負(fù)向最大值.波形中的平衡位置也對(duì)應(yīng)圖象中的平衡位置.
簡(jiǎn)諧波的圖象是正(余)弦曲線,是最簡(jiǎn)單的一種波,各個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的最大位移都相同.
由波的圖象能獲取的信息
1.從圖象上可直接讀出波長(zhǎng)和振幅.
2.可確定任一質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的位移.
3.因加速度方向和位移方向相反,可確定任一質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的加速度方向.
4.若已知波的傳播方向,可確定各質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的振動(dòng)方向,并判斷位移、加速度、速度、動(dòng)能的變化.已知某質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向,可確定波的傳播方向.
【例2】一簡(jiǎn)諧橫波在x軸上傳播,在某時(shí)刻的波形如圖2-1-2所示.已知此
4、時(shí)質(zhì)點(diǎn)F的運(yùn)動(dòng)方向向下,則( )
圖2-1-2
A.此波朝x 軸負(fù)方向傳播 B.質(zhì)點(diǎn)D此時(shí)向下運(yùn)動(dòng)
C.質(zhì)點(diǎn)B將比質(zhì)點(diǎn)C先回到平衡位置 D.質(zhì)點(diǎn)E的振幅為零
解析:已知質(zhì)點(diǎn)F向下振動(dòng),由上述方法可知,此列波向左傳播.質(zhì)點(diǎn)B此時(shí)向上運(yùn)動(dòng),質(zhì)點(diǎn)D向下運(yùn)動(dòng),質(zhì)點(diǎn)C比B先回到平衡位置. 在此列波上所有振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的振幅都是相等的.故只有A、B選項(xiàng)正確.
答案:AB
三、波的特征
在一個(gè)周期的時(shí)間內(nèi),振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的距離等于一個(gè)波長(zhǎng),因而可得到波長(zhǎng)λ、頻率f(或周期T)和波速v三者的關(guān)系為:v=,
根據(jù)T=,則有v=λf.
5、
說(shuō)明:波長(zhǎng)λ、波速v、頻率f的決定因素:
波的傳播速度v=λf,或v=,其中v、λ、f(T)三個(gè)量相互關(guān)聯(lián).
(1)周期和頻率,只取決于波源,而與v、λ無(wú)直接關(guān)系.
(2)速度v決定于介質(zhì)的物理性質(zhì),它與T、λ無(wú)直接關(guān)系.只要介質(zhì)不變,v就不變,而不決定于T、λ,反之如果介質(zhì)變,v也一定變.
(3)波長(zhǎng)λ則決定于v和T,只要v、T其中一個(gè)發(fā)生變化,其λ值必然發(fā)生變化,而保持v=λf的關(guān)系.
【例3】一列橫波在t=0時(shí)刻的波形如圖2-1-3所示,傳播方向沿x軸正方向.已知在0.9 s末P點(diǎn)出現(xiàn)第三次波谷,則從零時(shí)刻算起,__________ s在Q點(diǎn)第一次出現(xiàn)波峰.
圖2-1-
6、3
解析:波沿x軸正方向傳播,質(zhì)點(diǎn)P此時(shí)刻從平衡位置向y軸負(fù)方向開始振動(dòng),經(jīng)時(shí)間第一次到波谷位置,P點(diǎn)出現(xiàn)第三次波谷經(jīng)2時(shí)間,故2=0.9 s,得T=0.4 s.波向外傳播的速度v==5 m/s,t=0時(shí)刻波已傳至x=2.5 m處,傳至Q點(diǎn)需時(shí)間t1=s=1.1 s.
這樣,Q點(diǎn)從平衡位置開始向y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng),第一次到波峰還需T=0.3 s,故須經(jīng)1.4 s在Q點(diǎn)第一次出現(xiàn)波峰.
答案:1.4
各個(gè)擊破
類題演練1
一小石子落入平靜的湖面中央,圓形波紋一圈圈向外傳播,有一片樹葉落在水面上,則樹葉( )
A.逐漸漂向湖心 B.逐
7、漸漂向湖畔
C.在落下地方上下振動(dòng) D.沿樹葉所在的圓圈做圓周運(yùn)動(dòng)
解析:樹葉隨它所在的湖水運(yùn)動(dòng),做的應(yīng)是上下振動(dòng),并不隨波遷移,既不會(huì)漂向湖畔,也不會(huì)漂向湖心,故C正確.
答案:C
變式提升1
以下對(duì)機(jī)械波的認(rèn)識(shí)正確的是( )
A.形成機(jī)械波一定要有振源和介質(zhì)
B.振源做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)形成的波中,各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況完全相同
C.橫波向右傳播時(shí),處于波峰的質(zhì)點(diǎn)也向右遷移
D.機(jī)械波向右傳播時(shí),右方的質(zhì)點(diǎn)比左方的質(zhì)點(diǎn)早一些振動(dòng)
解析:振源和介質(zhì)是形成機(jī)械波的兩個(gè)必不可少的條件,故A正確.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)在介質(zhì)中傳播時(shí),介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)都做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),在波的
8、傳播方向上,后面的質(zhì)點(diǎn)比前面的質(zhì)點(diǎn)總要晚一些開始振動(dòng),但質(zhì)點(diǎn)本身并不隨波的傳播而發(fā)生遷移,而且各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)步調(diào)不一致,故B、C、D都錯(cuò).
答案:A
類題演練2
如圖2-1-4所示是一列橫波在某一時(shí)刻的波形圖,波沿x軸正向傳播.
圖2-1-4
(1)該時(shí)刻A質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的方向是向__________,C點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向是向__________,D點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向是向__________.
(2)再經(jīng)過,質(zhì)點(diǎn)A通過的路程是_____________ cm,質(zhì)點(diǎn)C的位移是_____________ cm.
解析:(1)由于波沿x軸正方向傳播,所以A點(diǎn)在“下坡區(qū)”,向上運(yùn)動(dòng);C點(diǎn)、D點(diǎn)均在“上坡
9、區(qū)”,C、D兩點(diǎn)都向下運(yùn)動(dòng).
(2)再經(jīng)過,A又回到平衡位置,所以A通過的路程為4 cm;C點(diǎn)也回到平衡位置,其位移為0.
答案:(1)上 下 下 (2)4 0
變式提升2
圖2-1-5所示是以質(zhì)點(diǎn)P為波源的機(jī)械波沿著一條固定的輕繩傳播到質(zhì)點(diǎn)Q的波形圖,則質(zhì)點(diǎn)P剛開始振動(dòng)時(shí)的方向?yàn)椋? )
圖2-1-5
A.向上 B.向下 C.向左 D.向右
解析:根據(jù)波的傳播方向與波形圖可知,Q點(diǎn)此時(shí)振動(dòng)方向向上,又因Q點(diǎn)此時(shí)恰好剛開始振動(dòng),所以每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的起振方向都是向上的.
答案:A
類題演練3
對(duì)機(jī)
10、械波關(guān)于公式v=λf,正確的是( )
A.v=λf適用于一切波
B.由v=λf知,f增大,則波速v也增大
C.v、λ、f三個(gè)量中,對(duì)同一列波來(lái)說(shuō),在不同介質(zhì)中傳播時(shí)保持不變的只有f
D.由v=λf知,波長(zhǎng)是2 m的聲音比波長(zhǎng)是4 m的聲音傳播速度小2倍
解析:公式v=λf適用于一切波,無(wú)論是機(jī)械波還是電磁波,A正確.機(jī)械波的波速僅由介質(zhì)決定,與頻率f無(wú)關(guān),所以BD錯(cuò).對(duì)同一列波,其頻率由振源決定,與介質(zhì)無(wú)關(guān),故C正確.
答案:AC
變式提升3
一簡(jiǎn)諧橫波在x軸上傳播,波源振動(dòng)周期T=0.1 s,在某一時(shí)刻的波形如圖2-1-6所示,且此時(shí)a點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng),則( )
11、
圖2-1-6
A.波速為20 m/s,波向x軸正方向傳播 B.波速為10 m/s,波向x軸負(fù)方向傳播
C.波速為20 m/s,波向x軸負(fù)方向傳播 D.波速為10 m/s,波向x軸正方向傳播
解析:由此時(shí)a點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng),容易判定波向x軸正方向傳播.根據(jù)波形圖可知波長(zhǎng)λ=2.0 m,又知周期T=0.1 s,所以v==m/s=20 m/s,A選項(xiàng)正確.
答案:A
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