1、第2章,机械波,第1讲 波的形成和描述,目标定位 1.理解机械波的形成过程和产生条件，知道波的分类及横波和纵波的概念，明确机械波传播的特点. 2.知道波的图象，能从中获取波长、振幅、质点运动方向或波的传播方向等信息. 3.能区别振动图象和波动图象.,4.知道波长、周期、频率和波速的概念，会用vf进行有关计算. 5.掌握波在传播过程中的周期性和双向性特点,栏目索引 CONTENTS PAGE,一、波的形成与传播,1介质：绳子、水、空气、地壳等传播 的物质 2机械波： 在介质中的传播称为机械波，简称波 3波的形成：前一质点的振动总是要 后一个质点振动，依次带动下去， 也就由发生区域向远处传播，从而
2、形成了波,机械振动,波,带动,振动,4机械波是 这种运动形式的传播，介质本 身 沿着波的传播方向迁移 5波也是传递 的一种方式,机械振动,不会,能量,二、波的分类,1根据质点的振动方向和波的传播方向之间的关系，可以把机械波分为 和 两类 2横波 (1)定义：质点的振动方向与波的传播方向 的波 (2)描述 波峰：凸起的 处 波谷：凹下的 处,横波,纵波,垂直,最高,最低,3纵波 (1)定义：质点的振动方向与波的传播方向在 上 的波 (2)描述 密部：质点分布最 的地方 疏部：质点分布最 的地方,同一直线,密,疏,三、波的描述,1波的图象描述 (1)波的图象：用横坐标x表示波传播方向上各个质点的
3、，用纵坐标y表示各个质点离开平衡位置的 ，规定位移方向向上为正值在坐标平面内，以 时刻 质点的x、y值描出各对应点，再把这些点用光滑的曲线连接起来，就得到该时刻波的图象，也称波形曲线或波形,平衡位置,位移,某一,各个,(2)简谐波 定义：如果介质中各个质点做 运动，它所形成的波就是一种最基本、最简单的波，叫做简谐波 波形：正弦(或余弦)曲线,简谐,2波的特征 (1)周期：质点完成一次全振动经历的 ，用T表示波在介质中传播时，各质点的振动周期 ，都等于 的振动周期 (2)频率：介质中的质点 完成全振动的次数，用f表示,时间,相同,波源,每秒,(4)波长：沿着波的传播方向，两个 的、相对平衡位置的
4、位移和振动方向总是 的质点间的距离 (5)波速,决定因素：机械波在介质中的传播速率是由 本身的性质决定的,相邻,相同,介质,f,(3)周期和频率的关系：T,想一想 波速就是振动速度吗？ 答案 不是波速是振动形式向外传播的速度，始终沿传播方向，在同一介质中波速不变；振动速度是指质点在平衡位置附近振动的速度，大小和方向都随时间做周期性变化.,一、波的形成和传播,1波的形成 传播波的物质，如水、绳、空气等，可以分成许多小部分，每一小部分都可以看作质点当其中一个质点振动时，由于质点间的相互作用，就带动相邻的质点振动起来，该质点又带动后面的质点振动起来，这样振动的状态就传播出去，形成了机械波,3机械波的
5、传播 (1)波动的周期等于质点振动的周期，且各质点的振动周期都与波源的振动周期相同 (2)离波源越远，质点的振动越滞后，但各质点的起振方向与波源起振方向相同,(3)机械振动在介质中的传播形成机械波，所以有机械波，一定有机械振动；但有机械振动，不一定有机械波 (4)波传播的只是振动形式，介质中的每个质点只在自己平衡位置附近振动，并不随波迁移,例1 下列关于机械波的说法中，正确的是( ) A质点都在各自的平衡位置附近振动 B相邻质点间必有相互作用力 C前一质点的振动带动相邻的后一质点的振动，后一质点的振动必定落后于前一质点 D各质点随波的传播而迁移 E离波源越远，质点的振动频率越小,解析 振源依靠
6、介质中各相邻质点间的相互作用力使周围的质点依次振动起来，且后一质点的振动必定落后于前一质点，选项B、C正确； 质点只在它们各自的平衡位置附近做受迫振动，它们振动的频率均与波源的频率相同，选项A正确，E错误； 波在传播过程各质点不随波迁移，选项D错误 答案 ABC,二、波长、频率、周期、波速,1周期和频率：只取决于波源，波的周期和频率就是指波源的周期和频率，与v、无任何关系 2速度v：决定于介质的性质，同一种均匀介质，波在其中传播的速度恒定 3波长：对于同一列波，其波长、波速、周期的关系不会变化，始终是v f，既然v、T都由相关因素决定，所以这些因素共同决定了波长，即波长由波源和介质共同决定,例
7、2 关于机械波的频率、波速、波长，下列说法正确的是( ) A两个相邻的均处于平衡位置的质点间的距离为一个波长 B波的频率等于波源的振动频率 C波速等于波源的振动速度 D波由一种介质进入另一种介质，波速和波长都要改变,解析 由波长的定义可知，两个相邻的均处于平衡位置的质点间的距离为半个波长，选项A错误；由波的频率定义可知选项B正确； 波速是波的传播速度，与波源的振动速度不同，选项C错误； 波在同一种均匀介质中匀速传播，进入不同介质时，频率不变，但波速改变，由vf可知波长改变，选项D正确 答案 BD,借题发挥 波长的定义中要强调“总是相同”的理解；波的频率等于波源的振动频率；波速由介质决定；波长由
8、波源和介质共同决定,三、波的图象的理解和应用,由波的图象可获取的信息 1直接读出波长，若已知波速，可计算出周期、频率，或已知周期、频率可计算出波速 2直接读出该时刻各质点的位移，间接判断回复力、加速度等的情况 3介质中各质点的振幅,4已知波的传播方向，可判断质点的振动方向常用方法有： (1)带动法： 原理：先振动的质点带动邻近的后振动质点 方法：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上方，则P向上运动，若P在P下方，则P向下运动如图1所示,图1,(2)上、下坡法： 如图2所示，沿波的传播方向看，“上坡”的质点向下振动，如D、E、F；“下坡”的质点向上振动，如A、B、C，简称“上坡
9、下振，下坡上振”,图2,(3)同侧法： 质点的振动方向与波的传播方向在波的图象 的同一侧，如图3所示 5已知质点的振动方向，可判断波的传播方向 仍是上述几种方法，只需将判定的程序倒过来，“反其道而行之”,图3,例3 一列沿x轴正方向传播的简谐机械横波，波速为2 m/s.某时刻波形如图4所示，下列说法正确的是( ),A这列波的振幅为4 cm B这列波的周期为3 s C此时x1 m处的质点的加速度为0 D此时x2 m处的质点运动方向沿y轴正方向,图4,答案 D,针对训练1,图5为一列简谐横波在介质中传播的波形图在传播过程中，某一质点在10 s内运动的路程是16 m，则此波的波速是( ) A1.6
10、m/s B2.0 m/s C40 m/s D20 m/s,图5,答案 C,四、振动图象与波动图象的比较,例4 根据图6甲、乙所示，分别判断下列说法正确的是( ),A甲是振动图象，乙是波动图象 B甲是波动图象，乙是振动图象 C甲中A质点向下振，乙中B时刻质点向下振 D甲中A质点向上振，乙中B时刻质点向下振,图6,解析 波动图象的横坐标为波的传播方向上各质点的平衡位置，振动图象的横坐标为时间，故A错，B对； 甲中A质点被其左侧的质点带动向上振，乙中B时刻后位移由零变为负值，故向下振，所以C错，D对 答案 BD,借题发挥 振动图象与波的图象的区别： (1)波的图象和振动图象是不同的，波的图象描述的是
11、介质中的“各质点”在“某一时刻”离开平衡位置的位移；而振动图象描述的是“一个质点”在“各个时刻”离开平衡位置的位移 (2)坐标轴所表示的物理量：波动图象中的横轴x表示介质中各个振动质点的平衡位置，纵轴y表示各个振动质点在某时刻的位移；振动图象的横轴t表示一个振动质点振动的时间，纵轴y表示这个质点振动时各个不同时刻的位移,针对训练2 图7a为一列简谐横波在t2 s时的波形图，图b为介质中平衡位置在x1.5 m处的质点的振动图象，P是平衡位置为x2 m的质点下列说法正确的是( ),图7,A波速为0.5 m/s B波的传播方向向右 C02 s时间内，P运动的路程为8 cm D02 s时间内，P向y轴
12、正方向运动 E当t7 s时，P恰好回到平衡位置,答案 ACE,1如图8所示，沿水平方向的介质中的部分质点，相邻质点间的距离相等，其中O为波源，设波源的振动周期为T，自波源通过平衡位置竖直向下振动开始计时，经过 ，质点1开始振动，则下列关于各质点的振动和介质中的波的说法正确的是( ),波的形成和传播,图8,A介质中所有的质点的起振方向都竖直向下，图中质点9起振最晚 B图中所画出的质点起振时间都是相同的，起振的位置和起振的方向是不同的 C图中质点8的振动完全重复质点7的振动，只是质点8起振时，通过平衡位置或最大位移处的时间总是比质点7通过相同位置时落后,D只要图中所有的质点都已振动了，质点1与质点
13、9的振动步调就完全一致，但如果质点1发生的是第100次振动，则质点9发生的是第98次振动,解析 从题图可知，质点9是图中距波源最远的点，尽管与振源起振方向相同，但起振时刻最晚，故选项A正确、选项B错误； 质点7与质点8相比较，质点7是质点8的前质点，7、8质点间的振动步调相差 ，故选项C正确； 质点9与质点1相距2个波长，质点9比质点1晚2T开始起振，一旦质点9起振后，质点1、9振动步调就完全一致，故选项D正确 答案 ACD,波的描述,2一竖直悬挂的弹簧振子，下端装有一记录笔，在竖直面内放置有一记录纸当振子上下振动时，以速率v水平向左匀速拉动记录纸，记录笔在纸上留下如图9所示的图象y1、y2、
14、x0、2x0为纸上印迹的位置坐标由此图求振动的周期和振幅,图9,3如图10所示是一列简谐波在t0时刻的波形图，介质中质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式为y10sin 5t(cm)关于这列简谐波，下列说法中正确的是( ),A周期为5 s B振幅为20 cm C传播速度为25 cm/s D沿x轴正方向传播,图10,因是正弦函数，所以t0时刻P点沿y轴正方向运动，根据“上下坡”法可知波沿x轴正方向传播，故D对,答案 D,波的图象与振动图象的比较,4图11(a)为一列简谐横波在t0.1 s 时刻的波形图，P是平衡位置在x1 m处的质点，Q是平衡位置在x4.0 m处的质点；图(b)为质点Q的振动图象下列说法正确的是_,图11,结合题图(a)，由“同侧法”判得波沿x轴负方向传播，画出t0.25 s时的波形图，标出P、Q点，如图，此时P点在x轴下方，其加速度沿y轴正方向，B正确t0.25 s0.1 s0.15 s，xvt6 m，C正确,P点起始位置不在平衡位置或最大位移处，故D错误,答案 BCE,
