《沪科物理选修3-4 第2章2.2《机械波的描述》2.3《机械波的案例分析》》由会员分享，可在线阅读，更多相关《沪科物理选修3-4 第2章2.2《机械波的描述》2.3《机械波的案例分析》（65页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、22机械波的描述机械波的描述23机械波的案例分析机械波的案例分析 核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练23课前自主学案课前自主学案课标定位课标定位课标定位课标定位学学习目目标：1.会用会用图像描述机械波像描述机械波2知知道道波波长、频率率的的含含义，掌掌握握波波长、频率率和和波波速的关系式，并能速的关系式，并能应用其解答有关用其解答有关问题3知道波速由介知道波速由介质本身决定本身决定4了了解解机机械械波波的的一一些些例例子子，并并能能用用波波的的知知识来来解解释所所观察到的察到的现象象重点重点难点：点：重点是掌握波重点是掌握波长、频率和波速的关系率和波速的关
2、系并能并能应用其解用其解题难点是利用振点是利用振动和波和波动图像分像分析解决析解决问题课前自主学案课前自主学案一、用一、用图像描述机械波像描述机械波1波波的的图像像：在在平平面面直直角角坐坐标系系中中，用用横横坐坐标x表表示示在在波波的的传播播方方向向上上各各质点点的的_，用用纵坐坐标y表表示示某某一一时刻刻各各个个质点点偏偏离离平平衡衡位位置置的的_，连接接各各位位移移矢矢量量的的末末端端，得得出出的的曲曲线即即为波的波的图像像2简谐波波：如如果果波波的的图像像是是_，这样的的波波叫叫做做正正弦弦波波，也也叫叫简谐波波介介质中中有有正正弦弦波波时，介，介质的的质点在做点在做_平衡位置平衡位置
3、位移位移正弦曲正弦曲线简谐运运动3波形曲波形曲线表示介表示介质中的中的_在某一在某一时刻刻的位移；而振的位移；而振动图像像则表示介表示介质中中_在在各个各个时刻的位移刻的位移各个各个质点点一个一个质点点相同的相同的波源的周期或波源的周期或频率率波源波源介介质2波波长：沿沿着着波波的的传播播方方向向，两两个个_、相相对平平衡衡位位置置的的_总是是相相同同的的质点点间的距离的距离在在 横横 波波 中中 ， 两两 个个 相相 邻 _(或或 两两 个个 相相 邻_)之之间的距离等于波的距离等于波长一一个个周周期期中中振振动在在介介质中中传播播的的距距离离_一个波一个波长3波波长、频率与波速的关系率与波
4、速的关系(1)波速波速v：是指振：是指振动在介在介质中的中的_，即振即振动形式的形式的传播速度，也就是能量的播速度，也就是能量的传播速度播速度波速是由波速是由_决定的，与波的决定的，与波的_均无关在同一种均无关在同一种均匀介均匀介质中中(温度恒定情况下温度恒定情况下)波速是波速是_相相邻的的位移和振位移和振动方向方向波峰波峰波谷波谷等于等于传播速度播速度介介质的性的性质振幅、波振幅、波长、周期、周期、频率率一个定一个定值vf三、三、应用用图像可以解决的像可以解决的问题1根据根据图像可以求像可以求_；2根据根据图像可以求像可以求_；3根根据据图像像可可以以求求任任意意一一个个质点点在在该时刻刻的
5、的_；4在在波波的的传播播方方向向已已知知时可可确确定定各各质点点在在该时刻刻的的_；5可以确定各可以确定各质点在点在该时刻的刻的_波波长振幅振幅位移位移振振动方向方向加速度方向加速度方向核心要点突破核心要点突破一、用一、用图像描述机械波像描述机械波1波形波形图像的画法像的画法已已知知波波的的传播播方方向向，可可画画出出t前前后后的的波波形形图像像常用的方法有两种：常用的方法有两种：(1)平移法：先算出平移法：先算出经t时间波波传播的距离播的距离s，再，再把波形向把波形向传播方向推播方向推进s即可因即可因为波形在推波形在推进波波长的整数倍的整数倍时，波形和原来重合，所以，波形和原来重合，所以实
6、际处理理时通常采用通常采用“去整留零去整留零”的方法的方法(2)特特殊殊点点法法：取取两两个个特特殊殊点点(波波峰峰与与平平衡衡位位置置或或者者波波谷谷与与平平衡衡位位置置)来来研研究究，根根据据两两质点点的的振振动方方向向，判判断断两两质点点经t后后的的位位置置，过这两两位位置置画画出出相相应的正弦曲的正弦曲线即可即可2波的波的图像的像的应用用根根据据机机械械波波的的传播播规律律，利利用用该图像像可可以以得得出出以以下的判定：下的判定：(1)介介质中中质点点的的振振幅幅A，波波长(两两相相邻波波峰峰或或波波谷谷之之间的的距距离离)以以及及该时刻刻各各质点点的的位位移移和和加加速速度度的方向的
7、方向(2)根根据据波波的的传播播方方向向，画画出出在在t前前或或后后的的波波形形图像像(3)根根据据某某一一质点点的的振振动方方向向，确确定定该时刻刻各各质点点的振的振动方向方向(4)根根据据波波的的传播播方方向向，确确定定该时刻刻各各质点点的的振振动方向方向(5)根据周期，确定波的根据周期，确定波的传播速度播速度即即时应用用(即即时突破，小突破，小试牛刀牛刀)图2211如如图221所所示示的的是是一一列列简谐波波在在某某一一时刻刻的波形的波形图像下列像下列说法中正确的是法中正确的是()A质点点A、C、E、G、I在在振振动过程程中中位位移移总是是相同相同B质点点B、F在振在振动过程中位移程中位
8、移总是相同是相同C质点点D、H的平衡位置的平衡位置间的距离是一个波的距离是一个波长D质点点A、I在振在振动过程中位移程中位移总是相同，它是相同，它们的的平衡位置平衡位置间的距离是一个波的距离是一个波长解析：解析：选BC.从从题图中可以看出中可以看出质点点A、C、E、G、I在在该时刻的位移都是零，由于波的刻的位移都是零，由于波的传播方向是向播方向是向右的，容易判断出右的，容易判断出质点点A、E、I的速度方向是向下的速度方向是向下的，而的，而质点点C、G的速度方向是向上的，因而的速度方向是向上的，因而这五五个点的位移不个点的位移不总是相同，是相同，A错误；质点点B、F是是处在相在相邻的两个波峰的点
9、，它的两个波峰的点，它们的振的振动步步调完全相完全相同，在振同，在振动过程中位移程中位移总是相同，是相同，B正确；正确；质点点D、H是是处在相在相邻的两个波谷的点，它的两个波谷的点，它们的平衡位置之的平衡位置之间的距离等于一个波的距离等于一个波长，C正确；正确；虽然然质点点A、I在在振振动过程中位移程中位移总是相同，振是相同，振动步步调也完全相同，也完全相同，但由于它但由于它们不是相不是相邻的振的振动步步调完全相同的两个完全相同的两个点，它点，它们的平衡位置之的平衡位置之间的距离不是一个波的距离不是一个波长(应为两个波两个波长)，D错误二、波二、波动图像与振像与振动图像的比像的比较研研究究对象
10、象振振动图像像波波动图像像图线研研究究对象象一个振一个振动质点点沿波沿波传播方向所有播方向所有质点点研研究内究内容容一一质点的位移随点的位移随时间变化化规律律某某时刻所有刻所有质点的空点的空间分布分布规律律物物理意理意义表示一表示一质点在各点在各时刻的位移刻的位移表示某表示某时刻各刻各质点的位点的位移移图线变化化随随时间推移推移图像延像延续，但已有形状不，但已有形状不变随随时间推移，推移，图像沿像沿传播方向平移播方向平移完整完整曲曲线占占横坐横坐标距距离离表示一个周期表示一个周期表示一个波表示一个波长即即时应用用(即即时突破，小突破，小试牛刀牛刀)2如如图222所所示示的的两两图像像，下下列列
11、判判断断正正确确的的是是()图222A甲是振甲是振动图像，乙是波像，乙是波动图像像B甲是波甲是波动图像，乙是振像，乙是振动图像像CA、B两两质点均向上运点均向上运动DA、B两两质点均向下运点均向下运动解析：解析：选BD.由两由两图像的横坐像的横坐标可看出甲是波可看出甲是波动图像，乙是振像，乙是振动图像，像，选项B正确，正确，A错误由甲由甲图中的中的传播方向，可看出播方向，可看出A质点此刻点此刻应向下运向下运动，由，由乙乙图中也可判定中也可判定B质点向下运点向下运动，故，故选项D正确，正确，C错误即即时应用用(即即时突破，小突破，小试牛刀牛刀)3(2011年年上上海海浦浦东高高二二检测) 对公公
12、式式vf的的理理解，以下解，以下说法中正确的是法中正确的是()A由由vf可知，波速与可知，波速与频率成正比率成正比B波速波速v由介由介质决定，决定，频率率f由波源决定由波源决定C当当波波由由一一种种介介质进入入另另一一种种介介质时，频率率不不变，波速、波波速、波长改改变Dvf适用于横波，不适用于适用于横波，不适用于纵波波解析：解析：选BC.vf中，中，f由波源的振由波源的振动情况决定，情况决定，v由介由介质决定与决定与频率率f无关公式无关公式vf适用于一切适用于一切波波四、判定波的四、判定波的传播方向与播方向与质点的振点的振动方向方向根据波的根据波的图像，由波的像，由波的传播方向判断各播方向判
13、断各质点的振点的振动方向或由波上某方向或由波上某质点的振点的振动方向确定波的方向确定波的传播播方向，是方向，是这一部分的重点，也是一部分的重点，也是难点首先，波点首先，波的的传播和各播和各质点的振点的振动之之间有着密切的内在有着密切的内在联系，系，在求解在求解这类问题时，应该全面地分析全面地分析题意，合理意，合理地使用已知条件下面介地使用已知条件下面介绍几种常用的方法几种常用的方法1质点点带动法法(前前带后法后法)由由波波的的形形成成传播播原原理理可可知知，后后振振动的的质点点总是是重重复复先先振振动质点点的的运运动，且且波波总是是由由前前面面先先振振动的的点向后面振点向后面振动的点的点传播的
14、，即前播的，即前带后后2微平移法微平移法所所谓微微平平移移法法：即即将将波波形形沿沿波波传播播的的方方向向平平移移微微小小的的一一段段距距离离得得到到经过微微小小一一段段时间后后的的波波形形图，根根据据质点点在在新新的的波波形形图中中的的对应位位置置，便便可可判判断断该质点的运点的运动方向方向3上下坡法上下坡法沿波的沿波的传播方向看去，播方向看去，“上坡上坡”处的的质点向下振点向下振动；“下坡下坡”处的的质点向上振点向上振动，简称称“上坡下，上坡下，下坡上下坡上”即即时应用用(即即时突破，小突破，小试牛刀牛刀)图2234如如图223所所示示是是一一列列简谐波波某某一一时刻刻波波的的图像，下列像
15、，下列说法正确的是法正确的是()A波一定沿波一定沿x轴正方向正方向传播播Ba、b两个两个质点的振点的振动速度方向相反速度方向相反C若若a点点此此时的的速速度度方方向向沿沿y轴正正方方向向，那那么么波波的的传播方向是沿播方向是沿x轴的正方向的正方向D若波沿若波沿x轴的的负方向方向传播，播，则b质点的振点的振动速速度方向沿度方向沿y轴的的负方向方向解析：解析：选BC.x轴表示在波的表示在波的传播方向上一系列播方向上一系列质点的平衡位置，但点的平衡位置，但x轴的指向与波的的指向与波的传播方向没有播方向没有关系，关系，选项A错误不管波向哪个方向不管波向哪个方向传播，播，a、b两两质点都在两个不同的点都
16、在两个不同的“坡坡”上，其振上，其振动方向此方向此时一定相反，一定相反，选项B正确；若正确；若质点点a速度方向沿速度方向沿y轴正方向，正方向，则波源在左波源在左侧，波沿，波沿x轴正方向正方向传播，播，选项C正确；若波沿正确；若波沿x轴负方向方向传播，波源在右播，波源在右侧，b质点点应在其右在其右侧质点的点的带动下振下振动，由，由图知知b应向向y轴正方向运正方向运动，选项D错误故正确答案故正确答案为B、C. 五、波五、波动问题的多解性的多解性1由由于于波波在在传播播过程程中中体体现出出时间上上和和空空间上上的的周周期期性性，所所以以在在问题的的求求解解上上往往往往出出现多多解解，造造成多解的原因
17、主要有成多解的原因主要有(1)传播播方方向向的的双双向向性性：题目目中中只只告告诉波波速速，不不说传播方向，播方向，应考考虑两个方向两个方向传播的可能性播的可能性(2)时间的的周周期期性性：因因每每隔隔一一个个周周期期，波波形形就就会会重重复一次，造成复一次，造成时间间隔隔t与周期与周期T的关系不确定的关系不确定(3)空空间的周期性：因相隔波的周期性：因相隔波长(或波或波长整数倍整数倍)的的两个两个质点的运点的运动状状态完全相同，造成波的完全相同，造成波的传播距播距离离x与波与波长的关系不确定的关系不确定2已已知知两两个个时刻刻的的波波的的图像像，求求解解波波速速的的一一般般方方法法(1)如如
18、果果题目目已已知知条条件件无无任任何何限限制制，求求出出的的波波速速应为两两组解解(2)如如果果题目目已已知知条条件件中中对波波速速或或周周期期加加了了限限制制，则从两从两组解中分解中分别求出有限个解求出有限个解(3)如果如果题目已知条件加了目已知条件加了对波的波的传播方向的限制，播方向的限制，则只能从一只能从一组解中求出符合解中求出符合题意的解意的解即即时应用用(即即时突破，小突破，小试牛刀牛刀)5一一列列简谐横横波波在在x轴上上传播播，如如图224所所示示的的实线和和虚虚线分分别为t1和和t2两两个个时刻刻的的波波的的图像像，已知波速已知波速为16 m/s.图224(1)如如果果波波是是向
19、向右右传播播的的，时间间隔隔(t2t1)是是多多少少？(2)如果波是向左如果波是向左传播的，播的，时间间隔隔(t2t1)是多少是多少？课堂互动讲练课堂互动讲练例例例例1 1类型一类型一对波的波的图像的像的认识 图225如如图225所示，画出了一列向右所示，画出了一列向右传播的播的简谐横横波在某个波在某个时刻的波形，由刻的波形，由图像可知像可知()【答案答案】AC【方法方法总结】根据波的根据波的图像可直接像可直接获取的信息取的信息有：有：该时刻各刻各质点的位移、点的位移、该列波的振幅和波列波的振幅和波长根据机械波的形成根据机械波的形成过程，波的程，波的传播方向和播方向和质点点的振的振动方向可以互
20、相判断方向可以互相判断变式式训练1一列波在介一列波在介质中向某一方向中向某一方向传播，如播，如226图是此波在某一是此波在某一时刻的波形刻的波形图，且此，且此时振振动还只只发生在生在M、N之之间，并知此波的周期，并知此波的周期为T，Q质点速度方向在波形中是向下的点速度方向在波形中是向下的. 则：波源是：波源是_；P质点的起振方向点的起振方向为_；从波；从波源起振开始源起振开始计时时，P点已点已经振振动的的时间为_图226解析：解析：由由Q点的振点的振动方向可知波向左方向可知波向左传播，播，N是波是波源源. 由由M点的起振方向点的起振方向(向上向上)得得P质点的起振方向向点的起振方向向上振上振动
21、从从N点点传播到播到M点需要点需要1T，传播到播到P点需点需要要3T/4，所以，所以质点点P已已经振振动的的时间为T/4.类型二类型二振振动图像与波像与波动图像的像的应用用例例例例2 2如如图227所所示示，图甲甲为某某一一波波动在在t1.0 s时的的图像像，图乙乙为参参与与该波波动的的质点点P的的振振动图像像图227(1)求求该波波速；波波速；(2)求再求再经过3.5 s时P质点点经过的路程；的路程；(3)判断波的判断波的传播方向播方向【答案答案】(1)4 m/s(2)2.8 m(3)向左向左传播播【方法方法总结】对于波于波动与振与振动相相结合的合的问题，要充分利用两要充分利用两图像提供的相
22、关信息分析像提供的相关信息分析问题，例，例如可以从两如可以从两图像上分像上分别读出出与与T，结合振合振动图像像还可判断出波形可判断出波形图上某点的振上某点的振动方向等方向等变式式训练2如如图228甲甲所所示示为一一列列简谐横横波波在在t20 s时的的波波形形图，图乙乙是是这列列波波中中P点点的的振振动图像，那么像，那么该波的波的传播速度和播速度和传播方向是播方向是()图228Av25 cm/s，向左，向左传播播Bv50 cm/s，向左，向左传播播Cv25 cm/s，向右，向右传播播Dv50 cm/s，向右，向右传播播在均匀介在均匀介质中，各中，各质点的平衡位置在同一直点的平衡位置在同一直线上，
23、相上，相邻两两质点的距离均点的距离均为s，如，如图229甲甲所示振所示振动从从质点点1开始向右开始向右传播，播，质点点1开始运开始运动时的速度方向向上的速度方向向上经过时间t，前，前13个个质点第点第一次形成如一次形成如图乙所示的波形关于乙所示的波形关于这列波的周期列波的周期和波速有如下和波速有如下说法，其中正确的是法，其中正确的是()类型三类型三波波长、波速和周期关系的、波速和周期关系的应用用例例例例3 3图229A这列波的周期列波的周期T2t/3B这列波的周期列波的周期Tt/2C这列波的列波的传播速度播速度v12s/tD这列波的列波的传播速度播速度v16s/t【答案答案】BD【方法方法总结
24、】质点振点振动情况相同情况相同说明所用明所用时间为周期的整数倍波形周期的整数倍波形图中只中只给出了前出了前13个个质点点的波形，的波形，实际波已波已传播到前方，只是播到前方，只是13个个质点之点之后的波形没有画出而已后的波形没有画出而已变式式训练3在在均均匀匀介介质中中选取取平平衡衡位位置置在在同同一一直直线上上的的9个个质点点，相相邻两两质点点的的距距离离均均为L，如如图2210甲甲所所示示一一列列横横波波沿沿该直直线向向右右传播播，t0时到到达达质点点1，质点点1开开始始向向下下运运动，经过时间t第一次出第一次出现如如图乙所示的波形乙所示的波形则该波的波的()图2210类型四类型四波的波的
25、传播方向与播方向与质点振点振动方向的判断方向的判断例例例例4 4如如图2211所示，已知波向右所示，已知波向右传播，播，请判判断断质点点A、B、C、D、E的振的振动方向方向图2211【精精讲精析精析】应用用质点点带动法：因法：因为波的波的传播播过程是振程是振动形式的形式的传播，当介播，当介质中的某一中的某一质点开点开始振始振动时，必然，必然带动其周其周围相相邻的的质点振点振动，这些些质点又依次点又依次带动各自相各自相邻的的质点振点振动，依次，依次类推，振推，振动就逐就逐渐传播开来形成波所以沿波播开来形成波所以沿波传播播的方向，各的方向，各质点的步点的步调是依次落后的，是依次落后的，总是前一是前
26、一质点点带动后一相后一相邻质点，后一点，后一质点点总是力是力图跟上跟上带动其振其振动的前一相的前一相邻质点并重复其运点并重复其运动由由图像可知波由左向右像可知波由左向右传播，播，则A点的前一个点点的前一个点应该在在其下面的其下面的F点而点而F点只能点只能带动A点往下运点往下运动同同理理B、C的前一的前一质点在点在B、C的上面，所以的上面，所以B、C向向上运上运动，E、D两点的前一点在两点的前一点在E、D下面，所以下面，所以E、D向下运向下运动【答答案案】质点点A、E、D向向下下振振动质点点B、C向向上振上振动【方法方法总结】应用用质点点带动法，先判断波源的法，先判断波源的位置，再看各点的先后位
27、置，再看各点的先后顺序，利用前序，利用前带动后的方后的方法判断法判断变式式训练4如如图2212所所示示为一一列列简谐横横波波在在某某一一时刻刻的的波波的的图像像，已已知知质点点a在在此此刻刻的的振振动方方向向下，向向下，则()A波波向向左左传播播，质点点b向向下下振振动，质点点c向向上上振振动B波波向向右右传播播，质点点b向向上上振振动，质点点c向向下下振振动C波波向向左左传播播，质点点b向向上上振振动，质点点c向向上上振振动D波向右波向右传播，播，质点点b向下振向下振动，质点点c向下振向下振动图2212解析：解析：选C.由于由于质点点a在此刻是向着在此刻是向着负方向的最大方向的最大位移位移处
28、振振动的，可知它的运的，可知它的运动落后于右落后于右侧邻近的近的那个那个质点，所以波向左点，所以波向左传播，播，B、D错再来确定再来确定质点点b、c的振的振动方向，与方向，与b右右侧邻近的那个近的那个质点的点的振振动是超前于是超前于b的，它的位置在的，它的位置在b之上，之上，则b向上向上运运动，同理，同理c也向上运也向上运动，故本，故本题答案答案为C.一一列列简谐横横波波图像像如如图2213所所示示，t1时刻刻的的波波形形如如图中中实线所所示示，t2时刻刻的的波波形形如如图中中虚虚线所示，已知所示，已知tt2t10.5 s，求：，求：(1)这列波的可能波速的表达式？列波的可能波速的表达式？(2
29、)若波向左若波向左传播，且播，且3Tt4T，波速多大？，波速多大？(3)若波速若波速v68 m/s，则波向哪个方向波向哪个方向传播？播？类型五类型五波的多解波的多解问题例例例例5 5图2213【答案答案】见精精讲精析精析【方法方法总结】解决双向性多解解决双向性多解问题时，养成全，养成全面思考的面思考的习惯，熟知波有向正、向，熟知波有向正、向负(或向左、向或向左、向右右)两方向两方向传播的可能，播的可能，质点有向上、向下点有向上、向下(或向左、或向左、向右向右)两方向振两方向振动的可能的可能变式式训练5一一机机械械波波相相隔隔时间t的的两两个个时刻刻的的波波形形图像像分分别如如图2214中中实线和和虚虚线所所示示，若若波速波速为1 m/s，那么，那么t值可能是可能是()A1 sB2 sC3 s D4 s图2214同学们来学校和回家的路上要注意安全同学们来学校和回家的路上要注意安全
