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1、第第2章机械波章机械波2021/8/11 星期三1第第1节波的形成和描述节波的形成和描述2021/8/11 星期三2课前自主学案课前自主学案核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练课标定位课标定位知能优化训练知能优化训练 第第1节节2021/8/11 星期三3课标课标定位定位学学习习目目标标：1.理解机械波的理解机械波的产产生条件和形成生条件和形成过过程程2知道机械波的分知道机械波的分类类3理解波的理解波的图图象的物理意象的物理意义义和特点，会和特点，会简单简单的的应应用用4能用周期、能用周期、频频率和波率和波长长的描述波，并理解它的描述波，并理解它们们之之间间的关系的关系重点重点难难
2、点：点：1.机械波的形成，机械波的特点机械波的形成，机械波的特点2波的波的图图象，波速，描述波的三个物理量之象，波速，描述波的三个物理量之间间的关的关系系2021/8/11 星期三4课前自主学案课前自主学案一、波的形成与传播一、波的形成与传播定定义义机械振机械振动动在介在介质质中的中的_叫机械波，叫机械波，简简称波称波产产生生条件条件1.产产生振生振动动的的_2.传传播振播振动动的的_产产生生原因原因介介质质中各中各质质点点间间存在相互作用，前一存在相互作用，前一质质点点_后一后一质质点振点振动动，依次向，依次向远处质远处质点点带动传带动传播播传传播播波源波源介介质质带动带动2021/8/11
3、 星期三5特点特点1.介介质质质质点不迁移：机械波在介点不迁移：机械波在介质质中中传传播播时时，介，介质质质质点只在各自的平衡位置附近振点只在各自的平衡位置附近振动动，并不随波，并不随波_2.三个三个传递传递：机械波：机械波传传播的是播的是_这这种种形式，同形式，同时时也也传递传递能量和信息能量和信息3.各各质质点振点振动动种种类类：介：介质质中各中各质质点均做点均做_(振振动动的周期都和波源的振的周期都和波源的振动动周期周期_)4.起振方向：介起振方向：介质质中各中各质质点起振方向均与点起振方向均与波源开始振波源开始振动动的方向的方向_5.步步调调：离波源：离波源_，质质点振点振动动越滞后越
4、滞后迁移迁移振振动动受迫振受迫振动动相同相同相同相同越越远远2021/8/11 星期三6思考感悟思考感悟在在平平静静的的湖湖面面上上，漂漂浮浮着着一一片片树树叶叶，如如果果你你往往树树叶叶附附近近扔扔下下一一块块小小石石子子，湖湖面面立立即即兴兴起起水水波波，水水波波一一圈圈一一圈圈往往外外扩扩展展出出去去，于于是是树树叶叶运运动动起起来来请请问问树树叶会随水波往外移叶会随水波往外移动吗动吗？提提示示：不不会会因因为为小小石石子子激激起起的的水水波波是是振振动动的的传传播播，水水并并不不向向外外移移动动，水水的的质质点点只只是是上上下下振振动动，所所以以树树叶不会随水波往外移叶不会随水波往外移
5、动动2021/8/11 星期三7二、波的分二、波的分类类1机械波分机械波分为为横波和横波和纵纵波两波两类类定定义义标识标识性物理量性物理量横波横波质质点的振点的振动动方向与方向与波的波的传传播方向播方向_的波的波.(1)波峰：凸起的波峰：凸起的_(2)波谷：凹下的波谷：凹下的_纵纵波波质质点的振点的振动动方向与方向与波的波的传传播方向在播方向在_上的波上的波(1)密部：密部：质质点分布点分布_的地方的地方(2)疏部：疏部：质质点分布点分布_的地方的地方垂直垂直最高最高处处最低最低处处同一直同一直线线最密最密最疏最疏2021/8/11 星期三82.声波是声波是_，它不，它不仅仅能在空气中能在空气
6、中传传播，也能播，也能在固体、液体中在固体、液体中传传播播三、波的描述三、波的描述1波的波的图图象描述：波的象描述：波的图图象描述的是象描述的是_时时刻刻_质质点的位移如果介点的位移如果介质质中各个中各个质质点做点做简简谐谐运运动动，它所形成的波就叫，它所形成的波就叫_，它的波，它的波形曲形曲线线是是_曲曲线线2波的特征波的特征(1)波波长长：在波：在波动动中，沿着波的中，沿着波的传传播方向，两个播方向，两个_的、相的、相对对平衡位置的位移和平衡位置的位移和_总总是相同的是相同的质质点点间间的距离，叫波的距离，叫波长长，用，用_表示表示纵纵波波某一某一各个各个简谐简谐波波正弦正弦(或余弦或余弦
7、)相相邻邻振振动动方向方向2021/8/11 星期三9波源波源T全振动全振动fvf2021/8/11 星期三103波速波速v、周期、周期T(或或频频率率f)及波及波长长的决定因素的决定因素波速波速v由由_决定，周期决定，周期T(或或频频率率f)由由_决定，决定，则则波波长长由由_和和_共同共同决定决定介介质质波源波源介介质质波源波源2021/8/11 星期三11核心要点突破核心要点突破一、简谐运动与简谐波动的比较一、简谐运动与简谐波动的比较1.名称名称比比较项较项目目简谐简谐运运动动简谐简谐波波动动区区别别研究研究对对象象不同不同振振动动是是单单个个质质点以平衡位置点以平衡位置为为中心所做的中
8、心所做的往复运往复运动动波波动动是介是介质质中大量中大量质质点点依次依次发发生振生振动动而形成的而形成的“集体运集体运动动”产产生原因生原因不同不同振振动动是由于是由于质质点所受回复力点所受回复力作用的作用的结结果果波波动动是由于介是由于介质质中相中相邻邻质质点的点的带动带动作用而形成作用而形成的的2021/8/11 星期三12名称名称比比较项较项目目简谐简谐运运动动简谐简谐波波动动区区别别能量能量变变化情化情况不同况不同振振动过动过程程动动能和能和势势能不断地相互能不断地相互转转化，化，总总机械能机械能守恒守恒振源将机械能振源将机械能传递给传递给它的相它的相邻质邻质点，点，这这个个质质点再将
9、能量点再将能量传递给传递给下下一一质质点，每个点，每个质质点在不断地吸收点在不断地吸收和放出能量，从而把波源的能量和放出能量，从而把波源的能量传传播出去，是一个能量的播出去，是一个能量的传递过传递过程程联联系系(1)振振动动是波是波动动的成因，波的成因，波动动是振是振动动在介在介质质中的中的传传播播(2)波波动动的周期等于的周期等于质质点振点振动动的周期的周期(3)有有振振动动不不一一定定有有波波动动，因因为为波波的的形形成成还还需需要要有有传传播播振振动动的的介介质质但有波但有波动动一定有振一定有振动动(4)波源停振后，介波源停振后，介质质中的波中的波动动并不立即停止，而是并不立即停止，而是
10、继续继续向向远处远处传传播，直到振播，直到振动动能量完全能量完全损损失失.2021/8/11 星期三13特特别别提醒：提醒：(1)没有振没有振动动，一定没有机械波，一定没有机械波(2)在在处处理理有有关关振振动动和和波波的的问问题题时时，一一定定要要分分清清是是振振动动问问题题还还是是波波动动问问题题，它它们们有有本本质质的的区区别别，不能把两者混不能把两者混为为一一谈谈2021/8/11 星期三14二、二、对简谐对简谐波波图图象的理解象的理解1简谐简谐波波图图象的象的应应用用(1)求求该时该时刻各刻各质质点的位移和振幅点的位移和振幅(2)求求该该波的波波的波长长(3)若已知若已知该该波的波的
11、传传播方向，可以确定播方向，可以确定该时该时刻各刻各质质点的振点的振动动方向，并可判断此刻各方向，并可判断此刻各质质点的位移、加点的位移、加速度、速度、速度、速度、动动能的能的变变化化趋势趋势；或已知；或已知该时该时刻某刻某质质点的振点的振动动方向，可以确定方向，可以确定该该波的波的传传播方向播方向(4)已知已知该该波的波速波的波速v的大小和方向，可画出的大小和方向，可画出该时该时刻刻前、后一段前、后一段时间时间t的波形的波形图图2021/8/11 星期三152简谐简谐波的波的图图象与象与简谐简谐运运动图动图象的比象的比较较名称名称比比较项较项目目简谐简谐运运动动的的图图象象简谐简谐波的波的图
12、图象象不同点不同点研究的研究的内容内容一个一个质质点的位点的位移随移随时间时间的的变变化化规规律律某某时时刻参与波刻参与波动动的所有的所有质质点点的空的空间间分布分布规规律律图图象象2021/8/11 星期三16名称名称比比较项较项目目简谐简谐运运动动的的图图象象简谐简谐波的波的图图象象不同点不同点横坐横坐标轴标轴时间时间各各质质点平衡位置的点平衡位置的坐坐标标纵纵坐坐标轴标轴不同不同时时刻某一刻某一质质点的位移点的位移某一某一时时刻各刻各质质点相点相对对于平衡位置的位于平衡位置的位移移图图象象变变化化图图象随象随时间时间延延伸，原有部分伸，原有部分图图形不形不变变整个波形沿波的整个波形沿波的
13、传传播方向平移，不同播方向平移，不同时时刻波形可能不同刻波形可能不同一个完整一个完整图图象所占象所占横坐横坐标标的的距离距离表示一个周期表示一个周期T表示一个波表示一个波长长2021/8/11 星期三17名称名称比比较项较项目目简谐简谐运运动动的的图图象象简谐简谐波的波的图图象象不不同同点点物理意物理意义义一个一个质质点相点相对对于于平衡位置的位移平衡位置的位移x随随时间时间t的的变变化关化关系系x轴轴上所有上所有质质点在点在某一某一时时刻相刻相对对于于平衡位置振平衡位置振动动的的位移位移运运动动情况情况质质点做点做简谐简谐运运动动，属非匀属非匀变变速运速运动动波在同一均匀介波在同一均匀介质质
14、中是匀速中是匀速传传播播的，介的，介质质的的质质点点做做简谐简谐运运动动比比喻喻单单人舞的人舞的录录像像抓拍的集体舞照抓拍的集体舞照片片相同相同点点图图象形状象形状正正(余余)弦曲弦曲线线正正(余余)弦曲弦曲线线纵纵坐坐标标最大最大值值振幅振幅振幅振幅2021/8/11 星期三18即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)1一一列列简简谐谐横横波波，沿沿x轴轴正正向向传传播播，位位于于原原点点的的质质点点的的振振动动图图象象如如图图211甲甲所所示示，图图乙乙为为该该波波在在某一某一时时刻的波形刻的波形图图，A点位于点位于x0.5 m处处图图2112021/8/11 星期三192
15、021/8/11 星期三20答案：答案：(1)8(2)0.2(3)10(4)0(5)82021/8/11 星期三21三、判断三、判断质质点振点振动动方向与波方向与波传传播方向的方法播方向的方法1若已知波的若已知波的传传播方向，可确定各播方向，可确定各质质点在点在该时该时刻的振刻的振动动方向，常用方法有：方向，常用方法有：(1)上下坡法上下坡法不妨将波形不妨将波形图视为连绵图视为连绵起伏的山峰和山谷，由波起伏的山峰和山谷，由波谷到波峰的部分称上坡路，由波峰看到波谷的部谷到波峰的部分称上坡路，由波峰看到波谷的部分分为为下坡路下坡路沿波的沿波的传传播方向看，播方向看，“上坡上坡”的点向下运的点向下运
16、动动，“下下坡坡”的点向上运的点向上运动动，简简称称“上坡下，下坡上上坡下，下坡上”如如图图212所示，所示，这这是是为为便于便于应应用而提供的用而提供的简简便便方法方法2021/8/11 星期三22图图2122021/8/11 星期三23(2)带动法带动法原理：先振动的质点带动邻近的后振动质点原理：先振动的质点带动邻近的后振动质点方法：在质点方法：在质点P靠近波源一方附近的图象上另找一靠近波源一方附近的图象上另找一点点P，若，若P在在P上方，则上方，则P向上运动；若向上运动；若P在在P下方，下方，则则P向下运动如图向下运动如图213所示所示图图2132021/8/11 星期三24图图2142
17、021/8/11 星期三25(4)同同侧侧法法若在波的若在波的图图象上象上标标出出质质点的振点的振动动方向，并在同一方向，并在同一点上点上标标出波的出波的传传播方向，播方向，这这两个表示方向的箭两个表示方向的箭头头位于波的位于波的图图象的同一象的同一侧侧，如，如图图215.图图2152021/8/11 星期三262由由质质点振点振动动方向确定波的方向确定波的传传播方向播方向仍是上述几种方法，只需将判定的程序倒仍是上述几种方法，只需将判定的程序倒过过来，来，“反其道而行之反其道而行之”即可即可2021/8/11 星期三27即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)2.图图216中中
18、所所示示为为简简谐谐横横波波在在某某一一时时刻刻的的波波形形图图，已已知知此此时时质质点点A正正向向上上运运动动，如如图图中中箭箭头头所所示示由此可断定此横波由此可断定此横波()图图2162021/8/11 星期三28A向右传播，且此时质点向右传播，且此时质点B正向上运动正向上运动B向右传播，且此时质点向右传播，且此时质点C正向下运动正向下运动C向左传播，且此时质点向左传播，且此时质点D正向上运动正向上运动D向左传播，且此时质点向左传播，且此时质点E正向下运动正向下运动2021/8/11 星期三29解解析析：选选C.如如图图所所示示，对对A点点由由“同同侧侧法法”，知知波波向向左左传传播播，然
19、然后后将将“同同侧侧法法”用用于于其其他他点点，得得质质点点B、C向下振向下振动动，质质点点D、E向上振向上振动动2021/8/11 星期三30四、由四、由t时时刻的波形画刻的波形画tt时时刻波形的方法刻波形的方法1平移法平移法(如如图图217中波中波1经过经过t时间时间后的波后的波形形)图图2172021/8/11 星期三312021/8/11 星期三322特殊点法特殊点法(如如图图218中波中波1经过经过t时间时间后的波后的波形形)图图2182021/8/11 星期三332021/8/11 星期三34即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)3一一列列向向左左传传播播的的简简
20、谐谐波波在在某某时时刻刻的的波波形形图图如如图图219所所示示，已已知知波波速速为为0.5 m/s，画画出出此此时时刻后刻后7 s和前和前7 s的波形的波形图图图图2192021/8/11 星期三35答案：答案：见见解析解析2021/8/11 星期三36五、波的多解五、波的多解问题问题1造成波造成波动问题动问题多解的主要因素多解的主要因素(1)周期性周期性时间时间周期性周期性时间间时间间隔隔t与周期与周期T的关系不明确的关系不明确空空间间周期性周期性波波传传播距离播距离x与波与波长长的关系不明确的关系不明确(2)双向性双向性传传播方向双向性：波的播方向双向性：波的传传播方向不确定播方向不确定2
21、021/8/11 星期三37振振动动方向双向性：方向双向性：质质点振点振动动方向不确定方向不确定(3)两两质质点点间间关系不确定关系不确定在波的在波的传传播方向上，两个播方向上，两个质质点点间间的距离不确定的距离不确定或者相位之或者相位之间间的关系不确定的关系不确定(4)波形的波形的隐隐含性含性许许多波多波动习题动习题往往只往往只给给出完整波形的一部分，出完整波形的一部分，或或给给出了几个特点，而其余部分出了几个特点，而其余部分处处于于隐隐含状含状态态这样这样，一道，一道习题习题就有多个就有多个图图形与之形与之对应对应，从，从而形成多解而形成多解2021/8/11 星期三382波波动动多解多解
22、问题问题的几种可能性的几种可能性(1)质质点达到最大位移点达到最大位移处处，则则有正向和有正向和负负向最大向最大位移两种可能位移两种可能(2)质质点由平衡开始振点由平衡开始振动动，则则有起振方向向上、有起振方向向上、向下向下(或向左、向右或向左、向右)两种可能两种可能(3)只告只告诉诉波速不指明波的波速不指明波的传传播方向，播方向，应应考考虑虑沿沿x轴轴正方向和正方向和x轴负轴负方向两个方向方向两个方向传传播的可能播的可能(4)只只给给出两出两时时刻的波形，刻的波形，则则有多次重复出有多次重复出现现的的可能等可能等2021/8/11 星期三392021/8/11 星期三40即即时应时应用用(即
23、即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)4一一列列简简谐谐波波在在x轴轴上上传传播播，如如图图2110所所示示，t1时时刻刻的的波波形形如如图图中中实实线线所所示示，t2时时刻刻的的波波形形如如图图中虚中虚线线所示已知所示已知tt2t10.1 s，问问：图图21102021/8/11 星期三41(1)若波沿若波沿x轴轴正方向正方向传传播，且播，且tT，这这列波的列波的传传播速度是多大？播速度是多大？(2)若波沿若波沿x轴负轴负方向方向传传播，且播，且t无无约约束条件，束条件，波速是多大？波速是多大？(3)若波速若波速v340 m/s，则则波向哪个方向波向哪个方向传传播播？2021/8/11 星期三
24、422021/8/11 星期三432021/8/11 星期三442021/8/11 星期三452021/8/11 星期三46答案：答案：见见解析解析2021/8/11 星期三47课堂互动讲练课堂互动讲练类型一类型一波的形成波的形成例例例例1 12021/8/11 星期三48图图21112021/8/11 星期三492021/8/11 星期三50【精精讲讲精精析析】由由于于质质点点间间的的相相互互作作用用，前前面面的的质质点点总总是是带带动动后后面面的的质质点点振振动动，所所以以后后面面的的质质点点总总是是滞滞后后于于前前面面的的质质点点所所以以，在在不不同同时时刻刻波波形形如如图图2112所示
25、所示2021/8/11 星期三51图图21122021/8/11 星期三52【答案答案】见见精精讲讲精析精析2021/8/11 星期三532021/8/11 星期三54图图21132021/8/11 星期三55A介介质质中所有中所有质质点的起振方向都是点的起振方向都是竖竖直向下的，直向下的，但但图图中中质质点点9起振最晚起振最晚B图图中所画的中所画的质质点起振点起振时间时间都是相同的，起振都是相同的，起振的位置和起振的方向是不同的的位置和起振的方向是不同的C图图中中质质点点8的振的振动动完全重复完全重复质质点点7的振的振动动，只，只是是质质点点8振振动时动时，通，通过过平衡位置或最大位移的平衡
26、位置或最大位移的时时间总间总是比是比质质点点7通通过过相同位置相同位置时时落后落后T/4D只要只要图图中所示中所示质质点都已振点都已振动动了，了，质质点点1与与质质点点9的振的振动动步步调调就完全一致，但如果就完全一致，但如果质质点点1发发生的是生的是第第100次振次振动动，则质则质点点9发发生的就是第生的就是第98次振次振动动2021/8/11 星期三562021/8/11 星期三57例例例例2 2一列简谐横波沿一列简谐横波沿x轴传播，轴传播，t0时的波时的波形如图形如图2114所示，质点所示，质点A与质点与质点B相距相距1m，A点速度沿点速度沿y轴正方向；轴正方向；t0.02s时，质点时，
27、质点A第一次到达正向最大位移处由此可知第一次到达正向最大位移处由此可知()类型二类型二波的周期波的周期(或或频频率率)、波速和波、波速和波长长2021/8/11 星期三58图图21142021/8/11 星期三59A此波的此波的传传播速度播速度为为25 m/sB此波沿此波沿x轴轴正方向正方向传传播播C从从t0时时起，起，经经0.04 s，质质点点A沿波沿波传传播方播方向迁移向迁移1 mD在在t0.04 s时时，质质点点B处处在平衡位置，速在平衡位置，速度沿度沿y轴负轴负方向方向2021/8/11 星期三60【答案答案】A2021/8/11 星期三61变变式式训训练练2(2020年年高高考考天天
28、津津卷卷)一一列列简简谐谐波波沿沿x轴轴正正方方向向传传播播，传传到到M点点时时波波形形如如图图2115所所示示，再再经经0.6 s，N点点开开始始振振动动，则则该该波波的的振振幅幅A和和频频率率f为为()图图21152021/8/11 星期三62AA1 mf5 HzBA0.5 mf5 HzCA1 mf2.5 HzDA0.5 mf2.5 Hz2021/8/11 星期三63例例例例3 3 (2020年年济济南高二南高二检测检测)一列一列简谐简谐横波，在横波，在t0.4 s时时刻的波形刻的波形图图象如象如图图2116乙所示，波乙所示，波上上A质质点的振点的振动图动图象如象如图图甲所示甲所示图图21
29、16类型三类型三波的波的图图象和振象和振动图动图象的象的结结合合问题问题2021/8/11 星期三64(1)判断判断该该波的波的传传播方向；播方向；(2)求求该该波的波的传传播速度播速度【自自主主解解答答】(1)由由图图甲甲可可知知，t0.4 s时时A质质点点向向y方方向向振振动动，则则由由图图乙乙可可知知，t0.4 s时时，A质质点点在在重重复复它它左左边边质质点点的的振振动动，故故该该列列波波沿沿x方向方向传传播播(2)由由图图乙乙知知波波长长20 m，由由图图甲甲知知周周期期为为T0.8 s，2021/8/11 星期三65【答案答案】(1)沿沿x方向方向(2)25m/s【规规律律总总结结
30、】在在波波的的图图象象中中，由由某某时时刻刻某某一一质质点点的的振振动动方方向向可可判判断断波波的的传传播播方方向向，反反之之，由由波波的的传传播播方方向向，也也可可判判断断该该时时刻刻某某质质点点的的振振动动方方向向；在在波波的的图图象象可可读读出出波波长长，在在振振动动图图象象中中可可读读出出周周期期T，则则两者两者结结合可求出波速合可求出波速v.2021/8/11 星期三66变变式式训训练练3(2020年年高高考考重重庆庆卷卷)介介质质中中坐坐标标原原点点O处处的的波波源源在在t0时时刻刻开开始始振振动动，产产生生的的简简谐谐波波沿沿x轴轴正正向向传传播播，t0时时传传到到L处处，波波形形如如图图2117所示下列能描述所示下列能描述x0处质处质点振点振动动的的图图象是象是()2021/8/11 星期三67图图21172021/8/11 星期三68图图21182021/8/11 星期三69解解析析：选选C.由由波波动动图图象象知知，L处处质质点点的的振振动动方方向向沿沿y轴轴负负方方向向，故故x0处处质质点点起起振振方方向向沿沿y轴轴负负方方向向，A、B错错误误；又又由由波波动动图图象象知知，t0时时刻刻x0处处质质点点沿沿y轴负轴负方向运方向运动动，C正确，正确，D错误错误2021/8/11 星期三702021/8/11 星期三71