第1节 波的形成和描述
思维激活
生活中经常见到一些“波动”的情形,随风飘扬的五星红旗,体操运动员舞动的长绸,冲浪运动员在风浪中的搏击,如图2-1-1.这些现象都给人“波动”的感觉，那么波是如何产生的呢？
图2-1-1 体操运动员舞动的长绸
提示：介质中各个质点间存在相互作用，前一质点带动后一质点振动，依次传播下去. 自主整理
一、波的形成与传播
物理学中,把___________在物质中的传播,叫做___________.传播机械波的物质叫___________,机械波传播时,介质并不___________,波传播的是___________的状态及其___________. 二、波的分类
1．横波：在物理学中,质点的___________与___________方向垂直的波叫横波.在横波中,凸起部分的最高处叫做___________,凹下部分的最低处叫做___________. 2．纵波：在物理学中,质点的___________与___________方向在同一直线上的波叫纵波.在纵波中,质点分布最密的地方称为___________,质点分布最疏的地方称为___________. 三、波的描述
1．波的图象:波的图象描述的___________是时刻___________质点的位移.如果介质中各个质点做简谐运动,它所形成的波就叫___________,它的波形曲线是
___________曲线. 2．波的特征:
(1)波长:在波动中,沿着波的传播方向,两个___________的、相对平衡位置的位移和方向___________相同的质点间的距离,叫波长,用___________表示.
(2)波的周期:波在介质中传播时,各质点的振动周期相同,都等于___________的振动周期,用___________表示.介质中的质点每秒完成___________的次数叫做波的频率,用___________表示.两者的关系:___________.
(3)波速:反映波传播快慢的物理量,波在介质中的传播是匀速传播,若用x表示在t时间内波传播的距离,则波速公式为___________或v=___________. 高手笔记
1．振动与波动的关系
(1)两者的联系:①振动是波动的起因,波动是振动在介质中向周围的传播.②没有振动一定没有波动,有振动也不一定有波动,但有波动一定有振动.
(2)两者的区别:①从运动的现象看,振动是一个质点或一个物体通过某一中心(平衡位置)的往复运动;而波动是由振动引起的,是介质中大量质点依次发生振动而形成的集体运动.②从运动原因看,振动是由于质点离开平衡位置后受到回复力作用;而波动是由于弹性介质中某一部分受到扰动后发生形变,产生了弹力而牵连与它相邻部分的质点也随同它做同样的运动,这样由近及远地向外传开.在波动中各部分质点也受到回复力作用.③从能量的变化看,振动系统的动能与势能相互转换,对于简谐运动,动能最大时势能为能,势能最大时动能为零,总的机械能守恒.
波在传播过程中,先振动的质点要对相邻的后振动的质点做正功,后者对前者做负功,因而离波源近的质点把机械能传递给离波源远的质点.由于每一质点在不断地吸收和放出能量,因而波的传播过程就是能量的传播过程.如果把信息加载到波上,波还可以传递信息,如声音,靠声波的传递使人与人之间通过语言的交流相互沟通和了解.
2．波的图象与振动图象的比较
振动图象
波的图象
图象
质点的位移随时间变化的曲线,表
意义
示一个质点不同时刻的位移,横坐标为时间
某一时刻的波形图表示不同质点同一时刻的位移,横坐标表示介质中各质点的平衡位置
(1)某时刻各质点的位移(2)根据波传播方向可确定各质点的振动方向(3)波长λ、振幅A
(1)各时刻对应的位移(2)各时刻质
图上能表示的量 点的振动方向(3)振幅A、周期T、
频率f
图随时间变化情图线随时间延伸,原有部分图形不整个波形沿波的传播方向况
变
平移,不同时刻波形不同 波在同一均匀介质中是匀
运动情况
质点做简谐运动属非匀变速运动
速传播的,介质的质点做简谐运动
3．关于波速与质点振动速度的说明
波速由介质的性质决定,与波的频率、质点的振幅无关,在同一种均匀介质中波速为一定值;波速与质点的振动速度是两码事,波速是振动形式匀速传播出去的速度,方向与波传播方向相同,质点的振动速度是质点在平衡位置附近振动时的速度,大小、方向均随时间改变. 名师解惑
1．纵波的图象是如何建立的？
剖析：波的图象是一种数学的表示方法，只是在横波的情况下能直观地表示出波形.在纵波中,如果规定质点的位移方向向右时取正值,位移方向向左时取负值,可以同样地画出如图2-1-2所示的纵波的图象,可以看出纵波的图象与纵波的“形状”并无相同之处.实际上,在横波中如果规定位移方向向下时取正值(一般不这样规定,但这样规定未尝不可),则作出的波的图象与横波的形状恰好相反.