人教版 (2019)选择性必修 第一册2 波的描述精品课件ppt

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高中物理新教材同步课件选修第一册
高中物理新教材特点分析
（一）趣味性强，激发学生学习兴趣 在新时代教育制度的改革深化下，学生对于物理课程内容的学习兴趣可以带动学生不断地进行探究。物理课程教学引入趣味性较高的新教材内容，充实物理课堂，引入信息技术，利用多媒体等新时代信息化的教学手段，利用更加直观、动态化的、可观察的教学手段，向学生们展示物理教学课程当中那些抽象的知识点，不断地吸引学生们的好奇心与兴趣力，让学生在物理课堂上能够充分感受到物理的魅力所在。（二）实践性高，高效落实理论学习 在现代化教育课程的背景之下，新课程改革理念越来越融入生活与学习的方方面面，新教材逐步的显现出强大影响力。（三）灵活性强，助力课程目标达成 随着教育制度体系的改革，通过新时代新教材内容的融入，教师不断地革新教学手段，整合线上以及线下的教育资源内容，可以为物理课堂增添新的活力与生机。
第三章
BODEMIAOSHU
2 波的描述
梳理教材 夯实基础 / 探究重点 提升素养 / 课时对点练
1.理解波的图像的物理意义，能从波的图像中找出各物理量信息.2.知道波的图像和振动图像的区别与联系.3.掌握波长、频率和波速的关系，知道三者的决定因素并会进行 相关计算.
学习目标
内容索引
梳理教材　夯实基础
Part　1
1.波的图像的画法(1)建立坐标系，描点用横坐标x表示在波的传播方向上各质点的_________，纵坐标y表示某一时刻各质点__________________.得到一系列坐标为(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)，…的点.(2)连线用一条_____的曲线把各点连接起来就是这一时刻_________，有时也称________.
一、波的图像
平衡位置
偏离平衡位置的位移
平滑
波的图像
波形图
2.正弦波(简谐波)(1)如果波的图像是_________，这样的波叫作正弦波，也叫______.(2)简谐波中各质点的振动是_________.3.波形图与振动图像(1)波形图表示介质中的“各个质点”在____________的位移.(2)振动图像表示介质中“某一质点”在____________的位移.
正弦曲线
简谐波
简谐运动
“某一时刻”
“各个时刻”
1.波长λ(1)定义：在波的传播方向上，振动相位总是_____的两个_____质点间的距离.(2)特征①在横波中，两个相邻_____或两个相邻_____之间的距离等于波长.②在纵波中，两个相邻_____或两个相邻_____之间的距离等于波长.
二、波长、频率和波速
2.周期T、频率f(1)周期(频率)：在波动中，各个质点的_________________也叫波的周期(或频率).
相同
相邻
波峰
波谷
密部
疏部
振动周期(或频率)
(2)周期T和频率f的关系：f＝___.(3)波长与周期的关系：经过一个周期T，振动在介质中传播的距离等于_________.3.波速(1)定义：机械波在_____中的传播速度.(2)决定因素：由_____本身的性质决定，在不同的介质中，波速是_____ (选填“相同”或“不同”)的.(3)波长、周期、频率和波速的关系：v＝ ＝___.
一个波长
介质
介质
不同
λf
1.判断下列说法的正误.(1)波的图像反映的是某一时刻介质中各质点的位移情况.(　　)(2)由波的图像可以知道各质点振动的振幅.(　　)(3)在波的传播方向上位移始终相同的两质点间的距离等于波长.(　　)(4)机械波在介质中的传播速度取决于波源.(　　)(5)在不同时刻波的图像有可能完全相同.(　　)(6)根据v＝ 可知，机械波的波长越长，波速越大.(　　)
×
√
√
√
×
即学即用
×
2.一列简谐横波在某一时刻的波形图如图所示，由该图像可知该波的振幅为___ cm，波长为____ m；若该波波源的振动周期为T＝0.2 s，则该波的频率f＝____ Hz，波速v＝____ m/s.
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2
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探究重点　提升素养
Part　2
一、波的图像
如图所示是一列沿x轴正方向传播的简谐波在某一时刻的图像.(1)波的图像有什么特征？
答案　是一条正弦曲线.
导学探究
导学探究
(2)此时刻P质点在向哪个方向运动？
答案　此时P质点的速度方向沿y轴正方向.
导学探究
(3)由图像还可以读出哪些信息？
答案　由波的图像还可以获得以下信息：①可以直接看出该时刻各个质点的位移.②可以直接看出在波的传播过程中各质点的振幅A＝10 cm.③可以判断出各个质点在该时刻的振动方向.④可以直接读出波长λ＝4 m.
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)简谐波的图像是正弦曲线，介质中的质点做简谐运动.
知识深化
知识深化
2.由波的图像获得的三点信息(1)可以直接看出该时刻各个质点偏离平衡位置的位移.(2)可以直接看出该列波的波长及振幅.(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.
知识深化
3.波的图像的周期性在波的传播过程中，各质点都在各自的平衡位置附近振动，一个周期内不同时刻质点的位移不同，则不同时刻波的图像不同，质点的振动位移做周期性变化，则波的图像也做周期性变化.传播过的区域，每经过一个周期，波的图像复原一次.
　(多选)如图所示为一列沿x轴正方向传播的简谐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方向运动C.质点d的振幅是2 cmD.质点a再经过 通过的路程是4 cm，偏离平衡位置的位移大小是4 cm
例1
√
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由题图波形图知，质点b在平衡位置，所以此时其位移为零，选项A正确；因波沿x轴正方向传播，波源在左侧，由“带动法”可知质点b此时向＋y方向运动，选项B错误；简谐波在传播过程中，介质中各质点的振幅相同，所以质点d的振幅是2 cm，选项C正确；再经过 的时间，质点a将运动到负的最大位移处，通过的路程是4 cm，偏离平衡位置的位移大小是2 cm，选项D错误.
1.某一时刻简谐波中各个质点的位移可能不同，但各个质点的振幅是相同的.2.简谐波中的所有质点都做简谐运动，它们的周期均相同.
总结提升
二、质点振动方向与波传播方向的关系
1.带动法：后面质点依次重复前面质点的振动.2.微平移法：如图所示，实线为t时刻的波形图，作出微小时间后的波形如虚线所示，由图可见t时刻的质点P1(P2)经Δt后运动到P1′(P2′)处，这样就可以判断质点的运动方向了.
3.同侧法：在波的图像上的某一点，沿y轴方向画出一个箭头表示质点运动方向，并在同一点沿x轴方向画一个箭头表示波的传播方向，那么这两个箭头总是在曲线的同侧(如图所示).
4.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”(如图所示).
　(多选)如图所示为一列简谐波在某一时刻的波形图，此时刻质点F的振动方向如图所示.则A.该波向右传播B.质点B和D的运动方向相同C.质点C比质点B先回到平衡位置D.此时质点F和H的加速度相同
例2
√
√
由“同侧法”可知，质点F的运动方向向下，则波向左传播，同理，质点D的运动方向也向下，而质点A、B、H的运动方向向上，质点F、H相对各自平衡位置的位移相同，则两质点的加速度相同，因质点C直接从最大位移处回到平衡位置，即tC＝ ，而质点B要先运动到最大位移处，再回到平衡位置，故tB＞ ＝tC，故C、D正确.
1.波长的三种确定方法(1)定义法：在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离等于一个波长.注意　两个关键词：“振动相位总是相同”、“两个相邻质点”.“振动相位总是相同”的两质点，在波的图像上振动位移总是相同，振动速度总是相同.
三、波长、频率和波速
(2)图像法①在波的图像上，无论从什么位置开始，一个完整的正弦曲线对应的水平距离为一个波长.②在波的图像上，振动位移总是相同的两个相邻质点间的距离为一个波长.(3)公式法：根据公式λ＝vT来确定.
2.波长、频率和波速的关系(1)在一个周期内，振动在介质中传播的距离等于一个波长.波速与波长、周期、频率的关系为v＝ ＝λf.(2)波的周期和频率由波源决定，与v、λ无关，当波从一种介质进入另一种介质时，周期和频率不发生改变.(3)波速由介质本身的性质决定，在同一种均匀介质中波速不变.(4)由λ＝ 可知，波长由波速和频率共同决定.
　(多选)如图所示，一列简谐横波沿x轴正方向传播，从波传到x＝5 m的M点时开始计时，已知P点相继出现两个波峰的时间间隔为0.4 s，下面说法中正确的是A.这列波的波长是4 mB.这列波的传播速度是10 m/sC.质点Q(x＝9 m)经过0.5 s才第一次到达波峰D.M点以后各质点开始振动的方向都是向下的
例3
√
√
√
从波的图像可以看出该波的波长为λ＝4 m，选项A正确；由题意可知该波的周期为T＝0.4 s，则该波的传播速度为v＝ ＝10 m/s，选项B正确；波峰传到Q所用的时间为t＝ ＝0.7 s，选项C错误；由波的图像可以看出，M点开始振动的方向向下，说明M点以后各质点开始振动的方向都是向下的，选项D正确.
(多选)一列沿x轴以5 m/s的速度传播的简谐横波，t＝0时刻的波形如图所示，P、Q两质点的横坐标分别为3.5 m、2.5 m.已知t＝0时质点Q的运动方向沿y轴正方向，则下列说法正确的是A.波的传播方向沿x轴负方向B.质点P振动的周期为0.8 sC.0～3.4 s时间内质点Q的路程为17 cmD.从t＝0时刻起，质点P比质点Q先回到平衡位置
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t＝0时，质点Q的运动方向沿y轴正方向，由“同侧法”可知波沿x轴负方向传播，故A正确；由题图可知波长λ＝4 m，由v＝ ＝0.8 s，故B正确；经过时间t＝3.4 s＝ ，质点Q运动的路程s<4×4A＋A＝17 cm，故C错误；在题图所示状态质点Q向上运动，质点P向下运动，故质点P比质点Q先回到平衡位置，故D正确.
四、振动图像和波的图像的比较
导学探究
如图甲、乙为某一列波在某时刻的波的图像和某质点的振动图像，两图像横坐标和纵坐标分别表示什么意义？两图线的物理意义分别是怎样的？
导学探究
答案　波的图像横坐标表示各质点的平衡位置，纵坐标表示某时刻各质点离开平衡位置的位移；而振动图像横坐标表示某质点运动的时间，纵坐标表示该质点在不同时刻离开平衡位置的位移.波的图像表示某时刻各质点的位移，振动图像表示某质点的位移随时间变化的规律.
知识深化
振动图像和波的图像的比较
知识深化
　如图甲所示为一列简谐横波在t＝0时的波的图像，图乙所示为该波中平衡位置位于x＝4 m处的质点P的振动图像.下列说法正确的是A.此波的波速为2 m/sB.此波沿x轴正方向传播C.t＝0.5 s时质点P的速度最大D.t＝1.0 s时质点P的加速度最大
例4
√
由题图可知，周期T＝1.0 s，波长λ＝4 m，则波速v＝ ＝4 m/s，选项A错误；平衡位置位于x＝4 m处的质点P在t＝0时刻向下振动，根据“上下坡法”知，波沿x轴负方向传播，选项B错误；t＝0.5 s时，质点P运动到平衡位置且向上振动，速度最大，选项C正确；t＝1.0 s时质点P运动到平衡位置且向下振动，加速度为零，选项D错误.
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课时对点练
Part　3
C.再经 ，b质点将运动到波峰位置D.再经 ，a质点将运动到b质点位置
考点一　波的图像的理解及质点振动方向的判定1.(多选)(2021·雅安市期末)取一条较长的软绳，用手握住一端(O点)连续上下抖动，在绳上形成一列简谐横波.已知O点完成一次全振动所用的时间为T，某一时刻的波形如图所示，绳上a、b两点均处于平衡位置，下列说法正确的是A.此时a、b两点振动方向相同B.此时a、b两点的振动方向相反
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根据波的传播规律，利用“同侧法”可知，a点在向下运动，b点在向上运动，A错误，B正确；b点在平衡位置且向上运动，再经 将运动到波峰位置，C正确；质点只在平衡位置附近振动，不会随波迁移，D错误.
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2.(多选)如图所示为某一时刻某简谐波的图像，波的传播方向沿x轴正方向，下列说法正确的是A.质点a、b的振幅相等B.该时刻质点b、e的速度相同C.该时刻质点c、d的加速度为零D.该时刻质点d正在向下运动
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该时刻a、b质点位移不同，但对简谐波来说，各质点的振幅都是相等的，A正确；该时刻质点b速度方向向上，而质点e速度方向向下，它们的速度不同，B错误；该时刻质点c位移为负的最大值，其回复力和加速度都为正的最大值，质点d的运动方向是向下的，位移为零，加速度为零，C错误，D正确.
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3.(多选)如图所示为一列简谐波在某一时刻的波形图，下列说法中正确的是A.此列波的振幅是0.1 mB.平衡位置在x＝15 cm处质点此时的位移是0.1 mC.若质点A此时的速度沿y轴正方向，则质点B此时 的速度亦沿y轴正方向D.质点A此时的加速度沿y轴负方向，而质点B、C此时的加速度沿y轴正 方向
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从题图波的图像上可以直接读出振幅是0.1 m，平衡位置在x＝15 cm处质点此时的位移是－0.1 m，A正确，B错误；各质点加速度的方向总是指向平衡位置，D正确；由于A、B两质点此刻处在同一“坡”上，根据“上下坡”法可以判断质点A、B速度方向一致，C正确.
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考点二　振动图像与波的图像4.(多选)取向上为质点振动的正方向，得到如图所示的两个图像，则图像上A、B两点的运动方向是A.A点向下 B.A点向上 C.B点向下 D.B点向上
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题图甲是波的图像，由于波沿x轴负方向传播，所以题图甲中A点处质点的振动方向向下，A正确，B错误；题图乙是振动图像，在题图乙中B点所对应的时刻质点正向下运动，C正确，D错误.
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5.(2022·山东枣庄八中东校区高二月考)一列简谐横波沿x轴正方向传播，a、b、c、d为介质中沿波传播方向上四个质点的平衡位置.某时刻的波形如图甲所示，此后，若经过 周期开始计时，则图乙描述的可能是A.a处质点的振动图像B.b处质点的振动图像C.c处质点的振动图像D.d处质点的振动图像
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因横波沿x轴正方向传播，经 周期振动到平衡位置的质点为平衡位置在b、d处的质点，该时刻平衡位置在b处的质点的振动方向沿y轴负方向，平衡位置在d处的质点的振动方向沿y轴正方向，故题图乙可能为平衡位置在b处的质点的振动图像，故选B.
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考点三　波长、波速与频率的关系6.(多选)对机械波的相关公式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，对同一列波来说，在不同介质中传播时保持不变的 只有fD.由v＝λf知，波长为2 m的声波是波长为4 m的声波传播速度的
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一切波均满足v＝λf，故A正确；机械波的波速由介质决定，与频率、波长无关，故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，故C正确.
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7.一列简谐波在某时刻的波形图如图所示，已知图中质点b的起振时刻比质点a延迟了0.5 s，b、c平衡位置间的距离为5 m，以下说法正确的是A.此列波的波长为2.5 mB.此列波的频率为2 HzC.此列波的波速为2.5 m/sD.此列波的传播方向沿x轴正方向
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相邻两个波峰或者波谷之间的距离等于一个波长，则λ＝5 m，A项错；a和b之间的距离为半个波长，波从a传到b所用时间为半个周期即0.5 s，所以周期为T＝1 s，频率f＝1 Hz，B项错；波速v＝ ＝5 m/s，C项错；质点b的起振时刻比质点a延迟，说明波是从a向b传播，即沿x轴正方向传播，D项对.
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8.(多选)小强用一材质均匀的细绳探究简谐波的特性，他使x＝7 m处的质点S沿y轴方向振动，完成两次频率不同的全振动，形成以S为波源的简谐横波.t＝0时波形1、波形2如图所示，此时波刚好传到x＝1 m处的质点P，且x＝5 m处的质点Q恰好处于平衡位置.t＝0.1 s时质点P第一次出现在波峰位置，则A.质点P开始振动的方向沿y轴负方向B.波形1对应的波速为v1＝10 m/sC.波形2对应的周期为T2＝0.2 sD.波形2对应的波速为v2＝5 m/s
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因t＝0时刻波传到P点，可知质点P开始振动的方向沿y轴正方向，选项A错误；t＝0.1 s时质点P第一次出现在波峰位置，可知波形1对应的周期T1＝ 0.4 s，波长λ1＝4 m，则波形1对应的波速为v1＝ ＝10 m/s，选项B正确；波在同种介质中传播的速度相同，则波形2对应的波速为v2＝10 m/s，波长λ2＝2 m，波形2对应的周期为T2＝ ＝0.2 s，选项C正确，D错误.
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9.平静湖面传播着一列水面波(视为横波)，在波的传播方向上有相距3 m的甲、乙两小木块随波上下运动，测得两个小木块每分钟都进行完整的上下运动30次，甲在波谷时，乙在波峰，且两木块之间有一个波峰.这列水面波A.频率是30 Hz B.波长是3 mC.波速是1 m/s D.周期是0.1 s
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木块的上下运动反映了木块所在位置水面质点的振动情况，可知波传播方向上的质点每分钟完成30次全振动，因此其周期为T＝ ＝2 s，故选项D错误；频率为f＝ ＝0.5 Hz，故选项A错误；又因为甲在波谷时，乙在波峰，且两木块之间有一个波峰，所以3 m＝ ，解得波长为λ＝2 m，故选项B错误；根据波长、波速、周期间的关系可知，这列水面波的波速为v＝ ＝1 m/s，故选项C正确.
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10.一列沿x轴正方向传播的横波在某时刻的波形图如图所示，其中质点P、Q到平衡位置的距离相等.波的周期为T，关于P、Q两质点，以下说法正确的是A.该时刻质点P的速度在增大B.该时刻质点Q的加速度在减小C.再经过 ，两质点到平衡位置的距离仍相等D.该时刻两质点的速度相同
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波沿x轴正方向传播，则质点P向上运动，质点Q向下运动，可知质点P的速度正在减小，质点Q的加速度正在增大，A、B错误；由题图可知，P、Q两质点平衡位置的间距是半个波长，故P、Q的振动情况总是相反，该时刻两质点的速度大小相等，方向相反，再经过 ，两质点到平衡位置的距离仍相等，C正确，D错误.
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11.(多选)一列波的波源S在O点做竖直方向、频率为10 Hz的简谐运动，t0时刻，向右传播的波形如图所示，向左传播的波形未画出.下列说法正确的是A.t0时刻，x＝1 m处的质点运动方 向向上B.t0时刻，x＝－2 m处的质点运动方向向上C.t0＋0.175 s时刻，x＝－1 m处的质点处在波谷位置D.t0－0.025 s时刻，x＝1 m处的质点处在波峰位置
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由于波源在O点处，x轴正半轴的波向右传播，则将波形图向右微平移，可知x＝1 m处的质点向上运动，故A正确；t0时刻，x＝－2 m处的质点与x＝2 m处的质点运动方向相同，运动方向向下，故B错误；
t0－0.025 s时刻在t0时刻之前 T，x＝1 m处的质点处于波谷位置，故D错误.
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12.一列沿x轴传播的简谐横波，t＝0时刻的波形图如图甲所示，图乙表示平衡位置为x＝1.0 m的质点P的振动图像.求：
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(1)波的波长λ和振幅A；
答案　2.0 m　10 cm
由题图甲知，波的波长λ＝2.0 m，振幅A＝10 cm.
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(2)请判断这列波的传播方向，并计算该简谐横波传播速度v的大小；
答案　沿x轴正方向　5 m/s
由v＝ ，又T＝0.4 s，所以v＝5 m/s，由题图乙知，质点P在t＝0时刻正向上运动，由“同侧法”知波的传播方向为沿x轴正方向.
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(3)0～0.7 s内质点Q运动的路程s.
答案　0.7 m
t＝0时刻，质点Q处于平衡位置，故质点Q运动的路程s＝(1＋ )×4A＝0.7 m.
13.(2022·长沙市长郡中学月考)一列简谐波的波源在图中的坐标原点处，经过0.4 s，振动从原点向右传播20 cm，此时波的图像如图，质点P离原点的距离为80 cm.则：
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(1)判断质点P起振时的速度方向；
答案　沿y轴负方向
振动从原点向右传播，由题图可知，x＝20 cm处质点的起振方向沿y轴负方向，则质点P起振时的速度方向沿y轴负方向.
(2)该波从原点向右传播时开始计时，经过多长时间质点P第一次到达波峰？
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答案　1.9 s　
由题意可知，经过0.4 s，振动从原点向右传播20 cm，得波速v＝ ＝50 cm/s.由题图可知，此时x＝5 cm处的质点第一次达到波峰，x＝5 cm处质点的振动状态传到P点时波传播的距离x′＝75 cm，则质点P第一次到达波峰所需的时间t′＝ ＋0.4 s＝1.9 s.
(3)由图示时刻开始计时，至质点P第一次到达波峰，求这段时间内波源在振动过程中通过的路程.
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答案　60 cm
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