高二物理同步辅导教材

1A0y/cmvx/cm1234x△②③图2123456789101112131415161718213645781191012131614151718FF'v图1高二物理同步辅导教材第1讲一、本讲进度及主要的内容第十章机械波第1、2节波的形成和传播波的图象课本第1页——第7页二、学习指导1．什么是波？石子投入平静的湖面，在水面上形成以石子投入处为圆心的一圈一圈向外传播的凹凸不平的水面波；用力敲击鼓面，鼓皮上，下振动，带动周围的空气也上，下振动，这种振动形式由近及远的传播，形成声波，波是什么呢？是一种运动形式由近及远的传播过程——波动。2．波是怎样形成的呢？如图1所示，将连续介质分成许多小部分，每一小部分可以看作一个质点，当每个质点在平衡位置时，相互之间没有发生形变，没有力的作用，当振动源1向上运动时，它和质点2之间的距离变大，相当于发生了拉伸形变，于是产生弹力作用[点击后出现图中红色箭头]，在力F‘的作用下，质点2向上运动，它和质点3之间的距离变大……以此类推，在介质中出现凹凸相间的波动。3．波是如何分类的？由介质质点振动方向与波传播方向的相互关系，波可分为最简单的两种；横波（课本P4）和纵波（课本P4）两种。横波由波峰和波谷两部分组成，纵波由疏部和密部两部分组成。自然界中的波其实是较复杂的，如地震发生时，从波源传出的波既有横波，又有纵波；在水面形成的，每个质点的运动过程既不和波的传播方向平行，也不和波的传播方向垂直，而是沿和一个圆形波轨迹运动，这是一种圆形波，在研究时，有时把它简化为横波。4．什么是机械波？机械波产生的条件是什么？机械振动在介质中传播，形成机械波，在介质中形成机械波必须具备两个条件：首先，要有振动源（引起振动，并向外传递能量）；其次，要有介质，没有介质，只有振动源的振动，而不能将振动形式向外传播。5．机械波的本质是什么？从日常生活的经验可知，当机械波向四周传播时振源和介质中的质点中的质点并未发生迁移，[想一想，如果振动源发生了迁移，你还敢不敢讲话了呢？]它只是：（1）将波源的能量传递了出去。从图1可知，当质点1向上运动时，由于形变，作用在质点2上的弹力F‘和质点2运动方向的夹角小于90，F’对质点2做正功，将机械能传给质点2，以此类推，能量由近及远传递了出去。（2）将振动形式传递出去，介质中每个质点的振动形式都和振源相似，只是逐一推迟了开始振动的时刻而已。（3）可以传递信息，将不同的信息加在波上，可随波的传播传到远方，如声带振动的语言信息加在空气波上传到远方，广播、电视的电信号加在无线电波上传播到远方等。6．什么是波的图象？将同一时刻介质中各质点的位移描绘出来，并把这些点连成曲线就得到这一时刻的波动图象，图2中2所示波动图象在学习时应掌握以下知识点[首先出图10—2中黑线内容]（1）纵坐标表示各质点在图示时刻相对平衡位置的位移。（2）横坐标表示各质点的平衡位置到坐标原点的距离。（3）可谈出波的振幅的大小为A（4）可以判断波的传播方向、质点运动方向和波形变化之间的关系。当波向右传播时，经过△t时间波向前传播一段距离[点击后出现图10—2中红色虚线]。波在介质中传播，单位时间内某一波峰或波各向前传播的距离等于波速，由速度公式可知△x=△t[点击后出现图10—2中黄色所示的内容]在横波中各质点运动方向和波传播方向相互垂直，这两者与波形变交换之间有何关系呢？逆着波的传播方向看过去，质点1，2在波峰传播方向的前方，质点3在波谷的中央，质点4在波谷传播方向的前方，当波从黑色变到红色的过程中，质点1必须向上运动才能达到图中所示的位置，可通过归纳可得到如下结论：波峰（谷）前点指向波峰（谷）而质点不在波谷中央，即位移负向最大处，此时其速度为零，没有运动方向，但经过极短的Δt时间后，其必向上运动[想一想，为什么？7．波动图象与振动图象的区别有哪些？类别振动图象波动图象研究对象单个质点连续介质中大量介质质点物理意义同一质点不同时刻位移的集合同一时刻许多质点位移的合横坐标轴时间介质中各质点平衡位置与所选坐标原点的距离图线图线的变化随着时间的推移，图线按上图中黄线所示延伸随着时间的推移，图线向右（或左）整体移动到黄线所示的位置[点击]区别方法根据横轴所代表的物理量作出判断三．典型例题讲解例1．下列关于机械波的说法正确的有①有机械振动就有机械波②有机械波就一定有机械振动③没有机械振动就没有机械波④没有机械波就没有机械振动分析本题可用概念分析法求解：思路1，机械波的本质是机械振动在介质中传播的过程，只要有机械波在介质中传播，各质点必做机械振动，没有质点的机械振动，机械波就不可能传播。思路2，机械波的传播需要两个条件：波源和传播的介质，若没有介质，振源做机械振动，而波不能形成。如，宇航员在月球表面不能通过声音传递信息。答案②，③是正确的。yt-AAT0xy0-AAT3y0xab图3y0xab图4v③②例2．绳中有一列正弦横波，沿X轴传播图3中a,b是绳上两点，它们在x轴方向上的距离小于一个波长，当a点振动到最高点时，b点恰经过平衡位置向上运动，试在图上a,b之间画出两个波形分别表示：（1）沿X轴正方向传播的波（2）沿X轴负方向传播的波（在所画形上要注明符号）分析：如图4所求，标出b点的运动方向向上[点击1]，由本节归纳的波的传播方向与质点运动方向可知：“波峰前点指向波峰”当波向右传播时波峰在b点左侧；因为a,b间距离小于一个波长；因为a点在振动的最高点，所以[点击②]波形图如图中黄线所示[想一想，为什么？]若波向左传播，波形图又如何呢？请你自行画出来，当你得到答案后，请点击③核对是否正确。例3．试分析单个质点做简谐运动和机械波传播过程中介质中各个质点做简谐运动的能量各自遵循的变化规律是什么？分析单个质点在忽略介质阻力的条件下做简谐运动，质点在平衡位置时所受恢复力为零。质点的动能最大，弹性势能为零，当质点从平衡位置向振幅运动时克服恢复力做功，动能转化为弹性势能，到达振幅点时动能为零，弹性势能最大，在这一转化过程中机械能总量守恒。机械波在介质传播的过程中，如图1所示时刻，质点1和2之间所发生的形变最大，此时质点2具有的弹性势能最大，当质点2到达振幅处时，质点2和1，3之间的形变是介质中各点之间的形变最小的，因而质点2具有的弹性势能最小。当波周而复始在介质中传播的过程中各质点在平衡处速度最大，具有动能最大；在振幅处速度为零，动能也为零。因此，在机械波传播的过程中各质点虽做简谐振动，但在平衡位置处机械能最多，在振幅处机械能最少。为什么各质点做简谐运动，而机械能又不守恒呢？请你想一想，为什么？巩固练习（一）选择题1．关于振动和波的关系，下列几种说法中正确的是[]A振源做机械振动，一定产生机械波B介质中各质点由近及远地传播开去C质点的振动能量由近及远传递出去D如果波源停止振动，在介质中传播的波动也就立即停止2．区分纵波和横波的根据是[]A质点振动的方向和波的传播方向的关系B介质中质点振动的振幅与振源振幅的关系C质点振动的快慢与机械波传播快慢的关系D以上三种均都不能作出判断3．在平静的湖面上漂浮着一轻木块，向湖中投入一石块，在湖面上激起水波，关于木块的运动情况，以下说法正确的是[]A因为“随波逐流”木块将被推至远处B无论木块离波源的远近如何，它都不能被波推动，最多只能在湖面上做上下振动C因不知道木块离波源的距离，它可能被推动，也可能不被推动D木块被推动的距离与木块的质量大小和所受水的阻力的大小有关4．沿绳传播的一列机械波，当波源突然停止振动时，有[]A绳上各点同时停止振动，横波立即消失B绳上各点同时停止振动，纵波立即消失C离波源较远的各质点先停止振动，较近的各质点稍后停止振动D离波源较近的各质点先停止振动，较远的各质点稍后停止振动4图8y/cm0x/cm1-11234567BA5．一列简谐横波在X轴上传播，在某时刻的波形如图5所示，已知此时质点F的运动方向向下，则[]1）此波朝X轴负方向传播2）质点D此时向下运动3）质点B将比质点C先回到平衡位置4）质点E的振幅为零以上说法中正确的是[]A1）2）B2）3）C3）4）D1）4）6．如图6是P点为波源的一列向右传播的横波，在图中标出了A。B。C。D。E5个质点，以下说法中错误的是[]A5个质点的振幅相同B5个质点的位移相同C5个质点的振动周期相同DD点的振动落后于C点的振动（二）填空题7．一列横波，开始时振源向上振动，波传到介质中任一质点时，该质点开始时应向（）振动，在波的传播方向的最前方应是（）（选填“波峰”或“波谷”）。8．图7所示是一列沿X轴正方向传播的简谐横波，则（1）A点的振动方向为（）C点的振动方向为（）（2）速度最大的点是（）速度最小的点是（）（3）B点所在的位置是波的（）（4）这列波的振幅是（）（三）作图题9．一列简谐横波沿X轴传播，在某一时刻质点A的坐标为（2，1），其速度为零；质点B的坐标为（5，0），且向上运动，如图8所示，已知这列横波的波长大于3cm，若这列横波向右传播，则其波长为（）cm，若这列横波向左传播则其波长为（）cm，画出向左传播的一个完整的波形图。参考答案1．B2.A3.B4．D[提示：波源停止振动后，在介质中已形成的波将继续传向远方，当波传播过去后介质中的原点才停止振动]5．A[提示：由波谷前点指向波谷可知波向左传播。D点向下运动；各质点的振幅相同；B点要向上运动到振幅位置后才向平衡位置运动]6．B7．上，波峰8．（1）+y方向，-y方向（2）A，By0x上下CBDFGHIEA图5图6PDBCEAy/cmx/cm-55T0ADBCv图75（3）波谷的中央（4）5cm9．12，4（点击后在图示中出现红色波形）六．附录：例3思考题因为机械波传播的过程中是能量由近及远的传播过程。某质点在平衡位置时和邻近质点间的形变最大，前方质点对它做功，它对后方质点做功都最多，此时具有的机械能最多。当质点在振幅点时速度为零，它和邻近质点间的形变最小，具有的弹性势能也最小。在能量传递的过程中每个质点每个时刻的机械能数值在变化，而经过一个周期后机械能的数量不变。第2讲一、本讲进度及主要内容第十章第3节课本第8页——第10页二、学习指导1、波长的定义及判断方法。波长定义见课本P8第8行,在学习特别要注意“相邻”，这是为什么呢？因为波的传播具有周期性重复的特点，在一列波中间位移相等的质点很多，它们的平衡位置之间的距离分别等于波长的整数倍，只有“相邻”的两个质点之间的距离才等于1个波长。波长还有三种判断的方法，你知道吗？思考后请见附寻1。2、什么是周期？它的大小是如何确定的？当波源完成一次全振动时带动周围质点的振动，波连续不断向外传播的过程中，各质点的振动与波源类似，只是相对滞后不同的时间，因此各个质点的动周期与波源相同，这个周期又叫做波的周期，它是由波源决定的，是波源完成一次助全振动的时间，单位为S。波源在一秒内完成全振动的次数称为波的频率，单位是H2，它与周期的关系是:f=T13、什么是波速？影响波速大小的因素是什么？波在介质中传播的快慢程度称为波速，波速的大小由介质本身的性质决定，在不同的介质中波传播的速度不同，在学习时还应注意：在同种介质中波速还与温度有关，温度越高，波速越大；波速还与波的种类有关。如，地震波在地壳中传播时纵波的速度大于横波的传播速度。在地震发生时纵波从震源出发先到达地表，横波后到，于是地震区域的灾民感到地面先上、下振动，后左、右慢动（想一想，为什么？）4、波速，波长和频率的关系。波源完成一次全振动的过程中，振动在介质中传播的距离等于一个波长，波在介质中的传播过程也可用匀速运动的模型理解，因此，tsfTv.上式中S为波传播的距离，t为传播这段距离所对应的时间。三、典型例题讲解例1．图1是一列简谐波在t=0时的波动图象，波的传播速度为2m/s,则从t=0到t=2.5s的时间内，质点M通过的路程是_______________m,位移是___________m.分析:在波传播的过程中质点M在平衡位置附近做往复运动，它6通过的路与波传播的路程是两回事