沪教版高中物理选修3-4 2.2机械波的描述_学案2

机械波的描述

【学习目标】
1．能够通过描点的方法作出波的图像，理解波的图像的物理意义。
2．从波的图象中会求：①波长和振幅；②已知波的传播方向求各个质点的振动方向，或已知某一质点的振动方向确定波的传播方向；③会画出经过一段时间后的波形图；④质点通过的路程和位移。
3．明确振动图象与波动图形的区别。
4．掌握波的时间周期性和空间周期性的特点。
5．知道什么是波长、频率和波速，理解波长、频率和波速的关系，了解决定波长、频率和波速的因素
【学习重点】
1．理解波的图像的物理意义，并从图像中分析相关问题
2．理解波长、频率和波速的关系
【学习难点】
1．明确振动图象与波动图形的区别
2．理解波长、周期（频率）和波速的物理意义及它们之间的关系
3．分析、解决波的多解问题
【学习过程】
【知识链接】
1．产生机械波的条件是：
① ；
② 。
2．机械波在介质中传播时，介质中的质点如何运动？

3．机械波传播的是什么？

【新课学习】
一、波的图象
（一）波的图象的建立 （以横波为例）
预习教材后，回答下列问题：
1．在波的图象中，横纵坐标分别表表示什么物理量？

在xOy坐标平面上，画出各个质点的平衡位置x与各个质点偏离平衡位置的位移y的各个点(x，y)，并把这些点连成曲线，就得到某一时刻的波的图象，简称波形图。?
2．什么是正弦波（简谐波）？

① 可以证明，介质中有正弦波传播时，介质的质点在做 运动。
② 简谐波是一种最简单、最基本的波，其它的波可以看作是由若干简谐波合成的得到的。
（二）区别波的图象和振动图象
1．简谐波的波形图与质点的振动图像都是正弦曲线，分别画出来它们的图像，对比一下它们有哪些不同？


2．波形图与振动图像的物理意义分别是什么？
打个比喻，波的图象是多个演员在某一时刻的“集体照片”，而振动图象是一个演员在一段时间内的表演“录像”。
（三）机械波图像的应用举例
1．质点振动方向的判断
若已知波的传播方向，可确定质点在该时刻的振动方向，并进一步判断位移、回复力、加速度、速度以及能量的变化。常用方法：
（1）带动法：前面的质点带动后面的质点开始振动。
（2）上下坡法：沿波的传播方向看，“上坡”的质点向下运动，“下坡”的质点向上运动，简称“上坡下，下坡上”。
例：如图所示，为一列简谐波某一时刻的图象，若已知P点的振动方向向上，则这列波正在向______传播。?

2．根据某一时刻的波形图画另一时刻的波形图
（1）描（特殊）点法：根据某一时刻质点的振动方向判断另一时刻质点的位置。
（2）平移法：沿波的传播方向，波传播的距离△x=v△t，即将波的图像平移△x。
二、波长、频率和波速
（一）波长（λ）
1．波长：在波动中，振动相位 相同的两个 质点间的距离，叫做波长。
2．说明：
（1）“相位总是相同”要求的是每时每刻都相同，也就是说振动步调总是一致，任何时刻对平衡位置的位移的大小和方向总是相同的。如图所示， E、F两点在图示的时刻位移是相等的，但过一段时间后，位移就不一定相等，所以E、F两点的距离就不等于一个波长。
（2）位移总相等的两个质点，其速度也总是 的。
（3）在横波中，两个相邻 或两个相邻 之间的距离等于波长。在纵波中，两个相邻 或两个相邻 之间的距离也等于波长。
（4）相距λ/2（或半个波长的奇数倍）的两个质点振动总是 （相同或相反）的。
（5）相距λ整数倍的质点振动步调总是 （相同或相反）的；
（二）周期（或频率）
1．波的周期（或频率）：
2．说明：
（1）波源以某一频率振动后，介质中的质点也依次以这个频率振动。这个频率就是波的频率，与介质 。
（2）每经过一个周期的时间，波传播的距离等于 。
（3）每经历一个周期，原有的波形图不改变。
（三）波速（v）
1．波速：一个周期T内，振动在介质中传播的距离等于一个波长λ，所以波在介质中的传播速度v= =
2．说明：
（1）机械波在介质中的传播速度由 决定，同一列波在不同介质中传播速度 。
（2）波速等于波长和频率的乘积。这个关系虽然是从机械波得到的，但是它对于我们以后要学习的电磁波、光波也是适用的。
（四）波长、周期（或频率）和波速的关系
周期和频率只取决于波源，与v、λ无关；波速决定于介质的物理性质，与T、λ无关；波长则决定于v和T，只要v和T其中一个变化，λ就变化。
【达标检测】
1．下列说法正确的是（ ）
A．当机械波从一种介质进入另一种介质时：保持不变的物理量是波长
B．传播一列简谐波的同一种介质中各质点具有相同的周期和振幅
C．由波在均匀介质中的传播速度公式v＝f，可知频率越高，波速越大
D．在波的传播方向上，相距半波长的整数倍的两质点的振动完全相同[来
2．一列横波向右传播，在沿波的传播方向上有相距2．4m的P、Q两质点，某一时刻它们都处在平衡位置，如图所示，此时P、Q之间只有一个波峰，则此波的波长可能为（ ）
A．4.8m B．2.4m
C．1.6m D．1.2m
3．一列简谐波某时刻的波形图如图所示甲，图乙表示该波传播的介质中某质点此后一段时间内的振动图象，则：（ ）
A．若波沿x轴正方向传播，振动图象为a点的振动图象?
B．若波沿x轴正方向传播，振动图象为b点的振动图象?
C．若波沿x轴负方向传播，振动图象为c点的振动图象?
D．若波沿x轴负方向传播，振动图象为d点的振动图象?




4．一列横波在某一时刻的波形如图所示，若质点O此时向上运动，则波的传播方向 ；若波向左传播，则此时振动方向向下的质点有 。
5．如图所示是一列横波在t=o时刻的波形图。若波向左传播，用“描点法”作出3T/4前时刻的波形图。