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1、高二物理 第二学期 新课预习 第十二周 天津市立思辰网络教育有限公司 版权所有 1 8 第二学期 第十二周第二学期 第十二周 课程内容 第十二章 机械波 第一节 波的形成和传播 第二节 波的图象 第三节 波长 频率和波速 2014 2015 学年 高二物理 第二学期 新课预习 第十二周 天津市立思辰网络教育有限公司 版权所有 3 8 图 1 准备知识要点 知道机械振动形成机械波 波可以由近及远传播 波传播形式和 能量 2 本阶段知识要点 理解机械波的产生条件及传播特点 机械波的分类 明确波动 图象中两坐标轴的物理意义 掌握波动问题的显著特点及解决波的图象问题的常用方法 掌握波长 频率 波速的物
2、理意义 能在机械波的图象中识别波长 掌握波长 频率和波 速之间的关系 并会应用这一关系进行计算和分析问题 3 后续知识要点 波的特征和波特有的现象 一 波的形成和传播 1 机械波的概念 机械振动在介质中的传播就形成机械波 2 机械波的产生条件 振源和介质 振源 产生机械振动的物质 如在绳波中的手的不停抖动就是振源 介质 传播振动的媒质 如绳子 水 3 机械波的形成过程 1 介质模型 把介质看成由无数个质点弹性连接而成 2 机械波的形成过程 由于相邻质点间力的作用 当介质中某一 质点发生振动时 就会带动周围的质点振动 起来 从而使振动向远处传播 例如 图 1 表示绳上一列波的形成过程 图中 1
3、到 18 各小点代表绳上的一排质点 质点间有弹力 联系着 图中的第一行表示在开始时刻 t 0 各质点的位置 这时所有质点都处在平衡位 置 其中第一个质点受到外力作用将开始在 垂直方向上做简谐运动 设振动周期为 T 则第二行表示经过了 T 4 时各质点的位 置 这时质点 1 已达到最大位移 正开始向下运动 质点 2 的振动较质点 1 落后一些 仍 向上运动 质点 3 更落后一些 此时振动刚传到了质点 4 第三行表示经过了 T 2 时各 质点的位置 这时质点 1 又回到平衡位置 并继续向下运动 质点 4 刚到达最大位移处 此时振动传到了质点 7 依次推论 第四 五 六行分别表示了经过 3T 4 和
4、 5T 4 后 的各质点的位置 并分别显示了各个对应时刻所有质点所排列成的波形 高二物理 第二学期 新课预习 第十二周 天津市立思辰网络教育有限公司 版权所有 4 8 图 2 4 对机械波概念的理解 1 机械波是构成介质的无数质点的一种共同运动形式 2 当介质发生振动时 各个质 点在各自的平衡位置附近往复运 动 质点本身并不随波迁移 机械 波向外传播的只是机械振动的形式 3 波是传播能量的一种方式 即波源将机械能传递给它的相邻质 点 这个质点再将能量传递给下一 个质点 因此波的传播过程也是一 个能量的传播过程 二 波的种类 按波的传播方向和质点的振动方向可以将波分为两类 横波和纵波 1 横波
5、质点的振动方向与波的传播方向垂直 波形特点 凸凹相间的波纹 叫起伏波 如绳波 2 纵波 质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上 波形特点 疏密相间的波形 又叫疏密波 如图 2 波形所示 又如声波 其中 振源 声带 介质 空气 液体 固体 三 波的图象 1 在某一时刻连接各位移矢量的末端所得到的曲线就形成了波的图象 横波的图象 与纵波的图象形状相似 波的图象又叫波形图 简谐波的图象是一条正弦或余弦曲线 2 横轴和纵轴 横坐标 表示在波的传播方向上各质点的平衡位置与参考点的距 离 纵坐标 表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移 3 波的图象的物理意义 波的图象表示介质中各质点在某一时刻 同一时刻
6、偏离平衡位置的位移的空间分布情 况 在不同时刻质点振动的位移不同 波形也随之改变 不同时刻的波形曲线是不同的 4 从波的图象上可获取的物理信息 1 波长和振幅 2 已知波的传播方向可求各个质点的振动方向 四 波长频率和波速 1 波长 在波动中 对平衡位置的位移总是相等的两个相邻质点间的距离 叫波 长 单位 米 符号表示 2 设波源的振动频率 周期 是 因为每个质点都在做受迫振动 所以每个质 点的振动频率或周期也是 则波传播的频率和周期也是 高二物理 第二学期 新课预习 第十二周 天津市立思辰网络教育有限公司 版权所有 5 8 3 波速 波的传播快慢 其大小由介质的性质决定的 在不同的介质中速度
7、并不相 同 4 波长 频率和波速的关系 例题 1 如图所示是某绳上波形成过程的示意图 质点 1 在外力作用下沿直线方向做 简谐运动 带动 2 3 4 各个质点依次上下振动 把振动从绳的左端传到右端 已知 t 0 时 质点 1 开始向上运动 t 4 T 时 质点 1 到达最上方 质点 5 开始向上运动 问 1 t 2 T 时 质点 8 12 16 的运动状态 是否运动 运动方向 如何 2 t 4 3 T 时 质点 8 12 16 的运动状态如何 3 t T 时 质点 8 12 16 的运动状态如何 解析 由于质点间的相互作用 前面的质点总是带动后面的质点振动 所以后面的质 点总是滞后于前面的质点
8、 1 t 2 T 时 质点 8 未达到最高点 正在向上振动 质点 12 16 未振动 2 t 4 3 T 时 质点 8 正在向下振动 质点 12 向上振动 质点 16 未振动 3 t T 时 质点 8 12 正在向下振动 质点 16 向上振动 例题 2 区分横波和纵波的依据是 A 质点沿水平方向还是竖直方向振动 B 波沿水平方向还是沿竖直方向传播 C 质点的振动方向和波的传播方向是相互垂直还是在一条直线上 D 波传播距离的远近 解析 横波与纵波在教材中唯一一个分类的标准是看质点振动方向和波传播方向的关 系 若互相垂直 为横波 若在一条直线上 为纵波 因此只有选项 C 正确 答案 C 高二物理
9、第二学期 新课预习 第十二周 天津市立思辰网络教育有限公司 版权所有 6 8 例题 3 如图 3 所示为一列简谐波在某一时刻的波的图 象 求 1 该波的振幅和波长 2 已知波向右传播 说明 A B C D 质点的振动方 向 3 画出经过 T 4 后的波的图象 分析与解 1 振幅是质点偏离平衡位置的最大位移 波长是两个相邻的峰峰或谷谷之间的距离 所以振幅 A 5cm 波长 20m 2 根据波的传播方向和波的形成过程 可以知道质点 B 开始的时间比它左边的质点 A 要滞后一些 质点 A 已到达 正向最大位移处 所以质点月此时刻的运动方向是向上的 同理可判断出 C D 质点的运动方向是向下的 3 由
10、于波是向右传播的 由此时刻经 T 4 后波的图象 即为此时刻的波形沿波的传 播方向推进 T 4 的波的图象 如图 4 所示 例题 4 关于波长下列说法正确的是 A 机械振动在一个周期内传播的距离就是一个波长 B 在波形图上位移相同的相邻两质点之间的距离等于一个波长 C 在波形图上速度最大且相同的相邻两质点间的距离等于一个波长 D 在波形图上振动情况总是相同的两点间的距离等于一个波长 解析 机械振动的质点在一个周期内向远处传播一个完整的波形 故 A 正确 由波形 图可见 在一个完整波形上 位移相同的质点间的距离不一定等于一个波长 故 B 选项错 误 速度最大且相同的质点 在波形图上是在平衡位置上
11、且相同的相邻的两点 正好是一 个完整波形的两个端点 所以 C 选项正确 振动情况总是相同的两点间的距离是波长 的 整数倍 故 D 选项不正确 答案 AC 例题 5 一列简谐横波 在 t 0 时波形 如图 7 8 所示 P Q 两点的坐标分别为 1m 7m 波的传播方向由右向左 已知 t 0 7s 时 P 点第二次出现波峰 则 此 波的周期是多少 此波的波长是多少 当 t 1 2s 时 P 点的位移 从 t 0 到 t 1 2s 质点 P 的路程是多少 分析与解 由 t 0 时刻的波形图由右向左传播可知 以后每个质点开始振动时应向上振 动 而波传播到 P 点需半个周期 当 t 0 7s 时 P
12、点第二次出现波峰 可见 P 点在 0 7s 内完成了 次全振动 则可求得波的周期 质点在一个周期内的路程是 4A 高二物理 第二学期 新课预习 第十二周 天津市立思辰网络教育有限公司 版权所有 7 8 由分析可知 T 0 7 T 0 4s 由波的图象可知 4cm 由分析可得 x 0 由分析可得 s 1 5 4A 1 5 4 2 12cm 例题 6 如图所示的实线是某时刻的波形图象 虚线是经过 0 2s 时的波形图象 1 假设波向左传播 求它传播的可能距离 2 若这列波向右传播 求它的最大周期 3 假定波速是 35m s 求波的传播方向 分析与解 播从实线传到虚线可能向左传播 也可能向右传播 可
13、能在一个周期内 也可能在几个周期内 1 向左传播时传播的距离为 可能值有 3m 7m 11m 2 根据 得 T 在所有可能的周期中 当 n 0 时最大 故 3 播在 0 2s 传播的距离 等于 个波长 故可知波向左传 播 例题 7 如图 a 所示是一列简谐横波在 t 0 2s 时的波形图 其中 O 是波源 图 b 所 示是波上某一点 P 的振动图象 1 求波速 并说明 P 质点的位置 2 画出 t 0 4s 和 t 0 55s 的波形图 解析 由图可直接读出波长 周期 T 便可算出波速 1 由图 a 知波长 4m 由图 b 知周期 T 0 2s 所以波速 v T 20m s 由图 b 0 2s
14、 时 P 质点经过平衡位置正向上运动 且它已振动了一个周期 所以它应是 a 图中的波 源 O 其横坐标 x 0 高二物理 第二学期 新课预习 第十二周 天津市立思辰网络教育有限公司 版权所有 8 8 2 t 0 4s 时 从 a 图算 t1 0 2s T 波形正好向右平移了一个波长 因此 0 4m 之间的波形与 t 0 2s 时波形相同 此时波形如图实线所示 t 0 55s 时 从 a 图算 t 0 35 s 1 4 3 T 由画图的一般做法 去整取零法 只需把 t 0 2s 时的波形向右平移 4 3 即可 结果如图中虚线所示 高二物理 第二学期 巩固练习 第十二周 天津市立思辰网络教育有限公
15、司 版权所有 3 9 1 沿绳传播的一列机械波 当波源突然停止振动时 有 A 绳上各质点同时停止振动 横波立即消失 B 绳上各质点同时停止振动 纵波立即消失 C 离波源较近的各质点先停止振动 较远的各质点稍后停止振动 D 离波源较远的各质点先停止振动 较近的各质点稍后停止振动 2 一个小石子投向平静的湖水中 会激起一圈圈波纹向外传播 如果此时水面上有一片 树叶 下列对树叶运动情况的叙述中正确的是 A 树叶渐渐飘向湖心 B 树叶渐渐飘向湖边 C 在原处震荡 D 沿着波纹做圆周运动 3 横波的图象中 在波的传播方向上达到 的质点所在处是波峰 达到 的质点 是波谷 波峰和波谷是 出现的 4 根据图所
16、列的两图形 分别判断它们属于何种图形 A 甲是振动图形 乙是波动图形 B 甲是波动图形 乙是振动图形 C 都是波动图形 D 都是振动图形 5 根据上题所示图象 确定图中 A B 两质点的运动方向 A A 点向下 B 点向上 B A 点向上 B 点向下 C 两质点均向上 D 两质点均向下 6 关于波长的下列说法中 正确的是 A 在一个周期内振动在介质中传播的距离等于波长 B 在一个周期内介质的质点所走过的路程等于波长 C 波长等于在波的传播方向上两相邻的对平衡位置的位移始终相同的质点间的距离 D 波长等于横波中峰与峰 或谷与谷 间距离 7 关于机械波的频率 下列说法中正确的是 A 波的频率由波源决定 与介质无关 B 波的频率与波速无关 C 波由一种介质进入另一种介质时 频率变大 D 波由一种介质进入另一种介质 频率不变 8 关于波速 下列说法正确的是 A 反映振动在介质中传播的快慢 B 反映了介质中质点振动的快慢 C 波速由介质决定与波源无关 D 反映了介质中质点迁移的快慢 9 关于公式 正确的是 A 适用于一切波 B 由 知 增大 则波速 也增大 高二物理 第二学期 巩固练习 第十二周
