高二物理机械波的产生和描述北师大版知识精讲[1]

高二物理机械波的产生和描述北师大版

【本讲教育信息】

一. 教学内容：

机械波的产生和描述

（一）机械波的产生

1. 机械波

机械振动在介质中传播，形成机械波

2. 机械波的形成：

总是后一质点在前一质点带动下做受迫振动，各质点振动的频率、振幅均相同（简谐波），但振动依次落后，即后一质点重复前一质点的振动。

（二）波的描述

1. 波速公式：

其中：f——仅由波源决定。

v——对机械波波速由介质决定。

λ——与波源、介质均有关。

当波由一种介质进入到另一种介质，波的频率f保持不变，波速v将改变，波长λ也将改变。

2. 波的图像：表示介质中各质点在某一时刻的位移。

【典型例题】

例1. 绳上有一列正弦横波，沿x轴传播，图中的a、b是绳上两点，它们在x轴上的距离小于一个波长。当a点振动到最高点时，b点恰经平衡位置向上运动。试在图中a、b两点之间画出两个波形，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。

并在所画出的两波形上分别标明符号①和②。

分析：（1）若波沿x轴正方向传播，先画出一个完整的波形（如图甲所示），再根据a、b两点的振动特征在图中描出它们的位置，则a、b之间即所求。

（2）若波沿x轴负方向传播，同上述方法描出a、b位置（如图乙所示）

解：

例2. 一简谐横波在图中x轴上传播，实线和虚线分别是t1和t2时刻的波形图，已知t2－t1=1.0s。由图判断下列哪一个波速是不可能的。（）

A. 1m/s

B. 3m/s

C. 5m/s

D. 10m/s

分析：（1）若波沿+x方向传播，则有

（2）若波沿-x方向传播，则有

解：ABC选项正确。

例3. 一列简谐波沿x轴正方向传播，在t=0时刻的波形如图所示，已知这列波在x=1m 的质点依次出现两个波峰的时间间隔为0.4s，则（）

A. 这列波的波长是6m

B. 这列波的波速是10m/s

C. x=9m处的质点要再经过0.7s才能第一次到达波峰处

D. x=9m处的质点到达波峰时，x=1m处的质点也恰好到达波峰处

分析：由图可知，波长为4m，故A选项错。

由题干“x=1m的质点依次出现两个波峰的时间间隔为0.4s”，即周期T=0.4s，

t=0时刻，波传播到x=6m处，且该质点振动沿+y方向，再经△t时刻波传播到到达波峰处，故C选项错。

x=1m与x=9m处的质点，相距△x’=8m=2λ，故两质点振动情况总相同，故D选项正确。

解：BD。

例4. 一列简谐横波沿x轴负方向传播，图1是t=1s时的波形图，图2是波中某振动质元位移随时间变化的振动图线（两图用同一时间起点），则图2可能是图1中哪个质元的振动图线？（）

A. x=0处的质元

B. x=1m处的质元

C. x=2m处的质元

D. x=3m处的质元

图1

图2

分析：首先要清楚两图线的物理意义，其次由图2可知，该质点在t=1s时正通过平衡位置向下振动，由此可在图1中找到相应的质点。第三，由图1波沿-x方向传播可以判断出x=0，x=4m处质元通过平衡位置向下振动，故A选项正确。

解：A

【模拟试题】

1. 如图所示为简谐波某时刻的波形图线，由图可知（）

（1）若质点a向下运动，则波向右传播

（2）若质点b向上运动，则波向右传播

（3）若波向左传播，则质点c向下运动

（4）若波向左传播，则质点d向上运动

A. （1）（3）

B. （1）（4）

C. （2）（3）

D. （2）（4）

2. 一简谐横波在x轴上传播，在某一时刻的波形如图所示，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

A. （1）（2）

B. （2）（3）

C. （1）（4）

D. （3）（4）

3. 如图所示是一列波的波形图，波沿x轴正向传播，对a、b、c、d四个质点而言，速度为正、加速度为负的点是（）

A. b

B. a

C. d

D. c

4. 如图所示为一列横波的图象，已知坐标原点为这列波的波源，则在图示时刻，p点的运动方向是__________，p点将比a点__________回到平衡位置。

5. 一列沿x轴正向传播的横波，振幅为A，波长为，某一时刻波的图象如图所示，在该时刻，某一质点坐标为（），经3.25个周期后，该质点坐标为（）

A. B.

C. D.

6. 如图所示为一列向右传播的横波在某时刻的波形图，从该时刻开始的一段极短时间内，这列波中质点A的振动速度v和加速度a的大小变化情况为（）

A. v变大，a变小

B. v变小，a变大

C. v变大，a变大

D. v变小，a变小

7. 一列简谐波某时刻的波形图如图甲所示，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（）

（1）若波沿x轴正方向传播，振动图象为a点的振动图象

（2）若波沿x轴正方向传播，振动图象为b点的振动图象

（3）若波沿x轴负方向传播，振动图象为c点的振动图象

（4）若波沿x轴负方向传播，振动图象为d点的振动图象

A. （1）（3）