2022年高中物理《第二章 機(jī)械波》學(xué)案 教科版選修3-4

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1、2022年高中物理《第二章 機(jī)械波》學(xué)案 教科版選修3-4 一、波的形成及傳播規(guī)律 1．波的形成及特點(diǎn)：波源把自己的振動(dòng)方式通過介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)由近及遠(yuǎn)地傳播，就形成了波． (1)質(zhì)點(diǎn)只在自己的平衡位置附近振動(dòng)，并不隨波遷移； (2)介質(zhì)中每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的起振方向都和波源的起振方向相同； (3)每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期都等于波的傳播周期，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)一個(gè)周期波傳播一個(gè)波長(zhǎng)； (4)波傳播的是波源的振動(dòng)形式和能量，也能傳遞信息． 2．波長(zhǎng)、周期、頻率的關(guān)系：v＝λf＝，其中波速v與介質(zhì)有關(guān)．因波傳播的是波源的振動(dòng)形式，故當(dāng)同一列波在不同種介質(zhì)中傳播時(shí)，波的周期和頻率不發(fā)生變化． 例

2、1　在xOy平面內(nèi)有一列沿x軸正方向傳播的簡(jiǎn)諧橫波，波速為2 m/s，振幅為A.M、N是位于平衡位置且相距2 m的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)，如圖1所示．在t＝0時(shí)，M通過其平衡位置沿y軸正方向運(yùn)動(dòng)，N位于其平衡位置上方最大位移處．已知該波的周期大于1 s．則(　　) 圖1 A．該波的周期為 s B．在t＝ s時(shí)，N的速度一定為2 m/s C．從t＝0到t＝1 s，M向右移動(dòng)了2 m D．從t＝ s到t＝ s，M的動(dòng)能逐漸增大 二、波動(dòng)圖像反映的信息及其應(yīng)用 從波動(dòng)圖像中可以看出： (1)波長(zhǎng)λ；(2)振幅A；(3)該時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移情況；(4)如果波的傳播方

3、向已知，可判斷各質(zhì)點(diǎn)該時(shí)刻的振動(dòng)方向以及下一時(shí)刻的波形；(5)如果波的傳播速度大小已知，可利用圖像所得的相關(guān)信息進(jìn)一步求得各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期和頻率：T＝，f＝. 例2　如圖2所示的橫波正在沿x軸正方向傳播，波速為0.5 m/s.請(qǐng)回答下列問題： 圖2 (1)P點(diǎn)此時(shí)速度方向如何？加速度方向如何？ (2)質(zhì)點(diǎn)K和P哪個(gè)先回到平衡位置？ (3)經(jīng)過半個(gè)周期，質(zhì)點(diǎn)L的位移和路程分別等于多少？波傳播的距離是多少？ (4)請(qǐng)畫出此波經(jīng)過1 s后的波形曲線． 三、波動(dòng)圖像與振動(dòng)圖像的區(qū)別和聯(lián)系 面對(duì)波的圖像和振動(dòng)圖像問題時(shí)可按如下步驟來分析： (1)先看兩軸：由兩軸確定

4、圖像種類． (2)讀取直接信息：從振動(dòng)圖像上可直接讀取周期和振幅；從波的圖像上可直接讀取波長(zhǎng)和振幅． (3)讀取間接信息：利用振動(dòng)圖像可確定某一質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻的振動(dòng)方向；利用波的圖像可進(jìn)行波傳播方向與某一質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向的互判． (4)利用波速關(guān)系式：波長(zhǎng)、波速、周期間一定滿足v＝λ/T＝λf. 例3　(xx·新課標(biāo)Ⅱ·34(1))圖3(a)為一列簡(jiǎn)諧橫波在t＝0.10 s時(shí)刻的波形圖，P是平衡位置在x＝1.0 m處的質(zhì)點(diǎn)，Q是平衡位置在x＝4.0 m處的質(zhì)點(diǎn)；圖(b)為質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)圖像．下列說法正確的是________． 圖3 A．在t＝0.10 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)Q向y軸正方向運(yùn)動(dòng)

5、B．在t＝0.25 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P的加速度方向與y軸正方向相同 C．從t＝0.10 s到t＝0.25 s，該波沿x軸負(fù)方向傳播了6 m D．從t＝0.10 s到t＝0.25 s，質(zhì)點(diǎn)P通過的路程為30 cm E．質(zhì)點(diǎn)Q簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式為y＝0.10 sin 10πt(國際單位制) 四、波動(dòng)問題的多解性 波在傳播過程中，由于空間周期性、時(shí)間周期性和傳播方向的雙向性而引起多解，解決這類問題要注意下列情況： 1．波的空間周期性：在波的傳播方向上，相距為波長(zhǎng)整數(shù)倍的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況相同． 2．波的時(shí)間周期性：由波的傳播特性可知，經(jīng)過整數(shù)倍個(gè)周期，波的圖像相同．

6、3．波的傳播方向的雙向性：若根據(jù)題中條件無法確定波的傳播方向，在解題時(shí)要注意考慮波的傳播方向可以有兩個(gè)方向． 例4　如圖4所示，實(shí)線是某時(shí)刻的波形圖線，虛線是0.2 s后的波形圖線． 圖4 (1)若波向左傳播，求它傳播的距離及最小距離； (2)若波向右傳播，求它的周期及最大周期； (3)若波速為35 m/s，求波的傳播方向． (3)Δx＝v·Δt＝35×0.2 m＝7 m＝(λ＋3) m，所以波向左傳播． 針對(duì)訓(xùn)練　 如圖5所示，簡(jiǎn)諧橫波在t時(shí)刻的波形如實(shí)線所示，經(jīng)過Δt＝3 s，其波形如虛線所示．已知圖中x1與x2相距1 m，波的周期為T，且2T＜Δt＜4

7、T.則可能的最小波速為________ m/s，最小周期為________ s. 圖5 1．(波的圖像)沿x軸正方向傳播的一列簡(jiǎn)諧橫波在t＝0時(shí)刻的波形如圖6所示，M為介質(zhì)中的一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，該波的傳播速度為40 m/s，則t＝ s時(shí)(　　) 圖6 A．質(zhì)點(diǎn)M對(duì)平衡位置的位移一定為負(fù)值 B．質(zhì)點(diǎn)M的速度方向與對(duì)平衡位置的位移方向相同 C．質(zhì)點(diǎn)M的加速度方向與速度方向一定相同 D．質(zhì)點(diǎn)M的加速度方向與對(duì)平衡位置的位移方向相反 2．(波動(dòng)圖像與振動(dòng)圖像)某波源S發(fā)出一列簡(jiǎn)諧橫波，波源S的振動(dòng)圖像如圖7所示，在波的傳播方向上有A、B兩點(diǎn)，它們到S的距離分別為45 m和55 m．測(cè)得A、B兩點(diǎn)開始振動(dòng)的時(shí)間間隔為1.0 s．由此可知 圖7 ①波長(zhǎng)λ＝________ m； ②當(dāng)B點(diǎn)離開平衡位置的位移為＋6 cm時(shí)，A點(diǎn)離開平衡位置的位移是________ cm. 3．(波動(dòng)問題的多解性)一列簡(jiǎn)諧橫波沿直線由a向b傳播，相距10.5 m的a、b兩處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像如圖8a、b所示，則(　　) 圖8 A．該波的振幅可能是20 cm B．該波的波長(zhǎng)可能是8.4 m C．該波的波速可能是10.5 m/s D．該波由a傳播到b可能歷時(shí)7 s