主题三 2 波的特性导学案 2027届高三物理一轮复习（浙江专版）

这是一份主题三 2 波的特性导学案 2027届高三物理一轮复习（浙江专版），共6页。学案主要包含了波的图像，波长等内容，欢迎下载使用。
1.理解波的图像的意义。
2.知道波长、频率和波速的概念。
3.理解波长、频率和波速的关系。
4.知道决定波长、频率和波速的因素。
 情境探究
探究点1 利用人浪探究波形的传播本质
学生按“蹲—起”顺序模拟人浪,波浪向右传播。问题:传播过程中,学生的运动特点是什么?
提示:学生仅在原位置上下振动,不随波浪迁移。
探究点2 泳池波纹中的波长与频率
游泳时,用手掌以不同频率拍打水面。若加快拍打频率,相邻波纹间距如何变化?若潜入水中拍打,频率是否改变?
提示:①间距变小(λ=vf,v不变,f增大则λ减小);
②频率不变(由波源决定,与介质无关)。
一、波的图像
二、波长、频率和波速
要点一 对波的图像的理解和应用
1.对波的图像的理解
(1)波的图像是某一时刻介质中各个质点运动情况的“定格”。可以将波的图像比喻为某一时刻对所有质点拍摄下的“集体照”。
(2)简谐波的图像是正(余)弦曲线,介质中的质点做简谐运动。
2.由波的图像获得的三点信息
(1)可以直接看出在该时刻沿传播方向上各个质点的位移。
(2)可以直接看出在波的传播过程中各质点的振幅A。
(3)若已知该波的传播方向,可以确定各质点的振动方向;或已知某质点的振动方向,可以确定该波的传播方向。
3.波的图像的周期性
质点振动的位移做周期性变化,即波的图像也做周期性变化,经过一个周期,波的图像复原一次。
4.波传播方向的双向性
如果只知道波沿x轴传播,则有可能沿x轴正方向或x轴负方向传播。
[典例1] (多选)如图所示为一列向x轴正方向传播的横波在某个时刻的波形图,由图像可知( )
A.质点b此时位移为零
B.质点b此时向y轴负方向运动
C.质点d的振幅是2 cm
D.质点a再经过T2通过的路程是4 cm,偏离平衡位置的位移是4 cm
解析:AC 由图像可知质点b此时位于平衡位置,故其位移为零,A正确;因波沿x轴正方向传播,波源在左侧,由质点振动方向与波的传播方向的关系可知,质点b此时向y轴正方向运动,B错误;简谐横波在介质中传播时,介质中各质点振幅都相同,为2 cm,C正确;再经过T2,质点a运动到负向最大位移处,其路程为2A,即4 cm,位移为-2 cm,D错误。
要点二 波速与波长、周期(频率)的关系
[典例2] (对波长、频率和波速的理解)(多选)关于机械波的相关公式v=λf,下列说法正确的是( )
A.v=λf适用于一切波
B.由v=λf知,f增大,则波速也增大
C.v、λ、f三个量中,同一列波在不同介质中传播时保持不变的只有f
D.由v=λf知,波长为2 m的声波传播速度是波长为4 m的声波传播速度的12
解析:AC 一切波均满足v=λf,A正确;机械波的波速由介质本身性质决定,与频率、波长无关,B、D错误;同一列波在不同介质中传播,频率不变,波速和波长改变,C正确。
波速和波长、频率的决定因素及关系
[典例3] (波速的求解)横波的波形如图所示,波沿x轴正方向传播,波长λ=0.8 m,质点P的坐标x=0.32 m。
(1)若每间隔最小0.4 s重复出现波形图,求波速;
(2)若P点经0.4 s第一次达到正向最大位移,求波速。
答案:(1)2 m/s (2)0.3 m/s
解析:(1)由题意知波的周期T=0.4 s,
波速v=λT=2 m/s。
(2)由题意知,波沿x轴正向传播,当x=0.2 m处的波峰传播到P点时,P点第一次到达正向最大位移,波传播的距离为Δx=0.32 m-0.2 m=0.12 m,波速v′=ΔxΔt=0.3 m/s。
求解波速的两种方法
(1)在波的图像中读出波长,再利用v=λT求波速。
(2)利用v=xΔt求波速,其中x为波传播的距离,Δt为波传播距离x对应的时间。
要点三 质点振动方向与波的传播方向的互判
[典例4] (多选)简谐横波某时刻的波形图如图所示,由此图可知( )
A.若质点a向下运动,则波是从左向右传播的
B.若质点b向上运动,则波是从左向右传播的
C.若波从右向左传播,则质点c向下运动
D.若波从右向左传播,则质点d向上运动
解析:BD 解法一 “上、下坡法”
若质点a向下运动,则a应处在“上坡”趋势上,题图中从左向右看波形是“下坡”,故A错误;若质点b向上运动,则应处在“下坡”趋势上,故波向右传播,B正确,同理C错误,D正确。
解法二 “微平移法”
若质点a向下运动,下一时刻a的位移比此刻位移略小,则下一时刻波形如图中虚线,可见波向左传播,A错误;同理可判定B正确;若波从右向左传播,虚线就可看成下一时刻的波形,由图可见c、d均向上运动,C错误,D正确。
物理量
决定因素
关系
周期和
频率
取决于波源,而与v、λ无直接关系
v=λf
或
v=λT
波长
波长λ取决于v和T,只要v、T其中一个发生变化,λ值必然发生变化
波速
取决于介质的物理性质,它与T、λ无直接关系
方法
原理
示例图
上下
坡法
沿波的传播方向看,“上坡”的点向下运动,“下坡”的点向上运动,简称“上坡下,下坡上”
带动法
先振动的质点带动邻近的后振动的质点;在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点P′,看P′在P的上方还是下方
微平
移法
将波形沿传播方向进行微小的平移,再由对应同一x坐标的两波形曲线上的点来判断质点振动方向
同侧法
波形图上,表示质点的振动方向与波的传播方向的箭头在波的图像的同一侧