魯科版選修34 波的形成和描述 第1課時(shí) 教案.docx

第1節(jié)波的形成和描述教學(xué)目標(biāo)：1.理解機(jī)械波的產(chǎn)生條件和形成過程.2.知道什么是橫波和縱波.3.理解波的圖象的意義和特點(diǎn)，能區(qū)分波動(dòng)圖象和振動(dòng)圖象，會(huì)應(yīng)用它們解題.4.掌握波的特征，理解波長(zhǎng)、頻率和波速的物理意義及其定量關(guān)系重點(diǎn)：機(jī)械波的形成過程及傳播規(guī)律波的圖象認(rèn)識(shí)及畫波形圖難點(diǎn)：理解波長(zhǎng)、頻率和波速，并能應(yīng)用vf進(jìn)行計(jì)算利用波的圖象解決問題教學(xué)過程：1.基本知識(shí)(1)機(jī)械波的形成條件振源：做機(jī)械振動(dòng)的物體介質(zhì)：能傳播波的物質(zhì)(2)波的形成原因介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)間存在相互作用，前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)帶動(dòng)后一質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，依次帶動(dòng)下去，振動(dòng)由發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處傳播，從而形成了波(3)機(jī)械波定義：機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播，形成了機(jī)械波特點(diǎn)：a介質(zhì)中有機(jī)械波傳播時(shí)，質(zhì)點(diǎn)并不隨波遷移b傳播的只是機(jī)械振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)形式同時(shí)也傳遞能量和信息c介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)均做受迫振動(dòng)各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期與波源振動(dòng)周期相同d介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)開始振動(dòng)的方向均與波源開始振動(dòng)的方向相同e離波源越遠(yuǎn)，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)越滯后2思考判斷(1)機(jī)械波傳播的是介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)()(2)機(jī)械波傳播的是質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)形式()(3)機(jī)械波傳播的是能量()3探究交流在平靜的湖面上，漂浮著一片樹葉，如果你往樹葉附近扔下一塊小石子，湖面立即興起水波，水波一圈一圈往外擴(kuò)展出去，于是樹葉運(yùn)動(dòng)起來請(qǐng)問樹葉會(huì)隨水波往外移動(dòng)嗎？【提示】不會(huì)因?yàn)樾∈蛹て鸬乃ㄊ钦駝?dòng)的傳播，水并不向外移動(dòng)，水的質(zhì)點(diǎn)只是上下振動(dòng)，所以樹葉不會(huì)隨水波往外移動(dòng)1.基本知識(shí)機(jī)械波分為橫波和縱波兩類定義標(biāo)識(shí)性物理量實(shí)物波形橫波質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直的波(1)波峰：凸起的最高處(2)波谷：凹下的最低處縱波質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在同一直線上的波(1)密部：質(zhì)點(diǎn)分布最密的地方(2)疏部：質(zhì)點(diǎn)分布最疏的地方2.思考判斷(1)橫波中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直()(2)縱波中有密部、疏部之分()3探究交流聲波是橫波還是縱波？聲波能在固體、液體中傳播嗎？能在真空中傳播嗎？【提示】發(fā)聲物體的振動(dòng)在空氣中傳播，形成聲波，聲波是縱波，它不僅能在空氣中傳播，也能在固體、液體中傳播，但由于真空中沒有傳播振動(dòng)的介質(zhì)，所以聲波不能在真空中傳播波的描述1.基本知識(shí)(1)波的圖象描述波形：在繩子波動(dòng)的某個(gè)時(shí)刻拍下照片，就能得到該時(shí)刻的波形圖象：在波形上添加一個(gè)坐標(biāo)系，就可以得到該時(shí)刻這個(gè)波的圖象用橫坐標(biāo)x表示在波的傳播方向上各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置，縱坐標(biāo)y表示某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移簡(jiǎn)諧波：介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，波形曲線是正弦(或余弦)曲線波的圖象的物理意義：波的圖象描述的是某一時(shí)刻各個(gè)質(zhì)點(diǎn)對(duì)平衡位置的位移(2)波的特征波的周期和頻率：質(zhì)點(diǎn)完成一次全振動(dòng)的時(shí)間叫做周期，用t表示介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)每秒完成全振動(dòng)的次數(shù)叫做波的頻率，用f表示兩者的關(guān)系：t波長(zhǎng)：在波動(dòng)中，沿著波的傳播方向，兩個(gè)相鄰的、相對(duì)平衡位置的位移和振動(dòng)方向總是相同的質(zhì)點(diǎn)間的距離，叫波長(zhǎng)，用表示波速：反映波傳播快慢的物理量，波在介質(zhì)中的傳播是勻速傳播，波速公式為v/t或vf2思考判斷(1)波的圖象表示介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡()(2)在一個(gè)周期內(nèi)，振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的距離等于一個(gè)波長(zhǎng)()3探究交流橫波的波形與波在傳播過程中介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)某時(shí)刻的分布相似，縱波的波形是不是也和介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)某時(shí)刻的分布相似？【提示】不一樣，波的圖象描述的是某一時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的位移分布情況，縱波的波形也是正弦圖線，而不是縱波各質(zhì)點(diǎn)的疏密分布機(jī)械波的形成、傳播和特點(diǎn)【問題導(dǎo)思】1機(jī)械波是如何形成的？2波的特點(diǎn)是什么？3如何區(qū)分簡(jiǎn)諧振動(dòng)與簡(jiǎn)諧波動(dòng)？1機(jī)械波的形成2波的特點(diǎn)(1)振幅像繩波這種一維(只在某個(gè)方向上傳播)機(jī)械波，若不計(jì)能量損失，各質(zhì)點(diǎn)的振幅相同(2)周期各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期均與波源的振動(dòng)周期相同(3)步調(diào)離波源越遠(yuǎn)，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)越滯后(4)立場(chǎng)各質(zhì)點(diǎn)只在各自的平衡位置振動(dòng)，并不隨波逐流(5)起振方向介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的起振方向均與波源開始振動(dòng)的方向相同3簡(jiǎn)諧振動(dòng)與簡(jiǎn)諧波動(dòng)的比較 名稱比較項(xiàng)目簡(jiǎn)諧振動(dòng)簡(jiǎn)諧波動(dòng)區(qū)別研究對(duì)象不同振動(dòng)是單個(gè)質(zhì)點(diǎn)以平衡位置為中心所做的往復(fù)運(yùn)動(dòng)波動(dòng)是介質(zhì)中大量質(zhì)點(diǎn)依次發(fā)生振動(dòng)而形成的“集體運(yùn)動(dòng)”產(chǎn)生原因不同振動(dòng)是由于質(zhì)點(diǎn)所受回復(fù)力作用的結(jié)果波動(dòng)是由于介質(zhì)中相鄰質(zhì)點(diǎn)的帶動(dòng)作用而形成的能量變化情況不同振動(dòng)過程中動(dòng)能和勢(shì)能不斷地相互轉(zhuǎn)化，總機(jī)械能守恒振源將機(jī)械能傳遞給它的相鄰質(zhì)點(diǎn)，這個(gè)質(zhì)點(diǎn)再將能量傳遞給下一質(zhì)點(diǎn)，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)在不斷地吸收和放出能量，從而把波源的能量傳播出去，是一個(gè)能量的傳遞過程聯(lián)系(1)振動(dòng)是波動(dòng)的成因，波動(dòng)是振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播. (2)波動(dòng)的周期等于質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期. (3)有振動(dòng)不一定有波動(dòng)，因?yàn)椴ǖ男纬蛇€需要有傳播振動(dòng)的介質(zhì)但有波動(dòng)一定有振動(dòng). (4)波源停振后，介質(zhì)中的波動(dòng)并不立即停止，而是繼續(xù)向遠(yuǎn)處傳播，直到振動(dòng)能量完全損失.211(多選)如圖211所示為沿水平方向的介質(zhì)中的部分質(zhì)點(diǎn)，每相鄰兩質(zhì)點(diǎn)間距離相等，其中o為波源設(shè)波源的振動(dòng)周期為t，自波源通過平衡位置豎直向下振動(dòng)時(shí)開始計(jì)時(shí)，經(jīng)過，質(zhì)點(diǎn)1開始起振，則下列關(guān)于各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)和波的說法中正確的是()a介質(zhì)中所有質(zhì)點(diǎn)的起振方向都是豎直向下的，但圖中質(zhì)點(diǎn)9起振最晚b圖中所畫的質(zhì)點(diǎn)起振時(shí)間都是相同的，起振的位置和起振的方向是不同的c圖中質(zhì)點(diǎn)8的振動(dòng)完全重復(fù)質(zhì)點(diǎn)7的振動(dòng)，只是質(zhì)點(diǎn)8振動(dòng)時(shí)，通過平衡位置或最大位移的時(shí)間總是比質(zhì)點(diǎn)7通過相同位置時(shí)落后t/4d只要圖中所有質(zhì)點(diǎn)都已振動(dòng)了，質(zhì)點(diǎn)1與質(zhì)點(diǎn)9的振動(dòng)步調(diào)就完全一致，但如果質(zhì)點(diǎn)1發(fā)生的是第100次振動(dòng)，則質(zhì)點(diǎn)9發(fā)生的就是第98次振動(dòng)【審題指導(dǎo)】(1)機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播形成機(jī)械波(2)波傳播時(shí)，質(zhì)點(diǎn)發(fā)生振動(dòng)，但質(zhì)點(diǎn)并不隨波遷移，傳播的只是機(jī)械振動(dòng)這種形式【解析】根據(jù)波的傳播特點(diǎn)知，波傳播過程中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)總是重復(fù)波源的振動(dòng)，所以起振方向相同，都是豎直向下，但從時(shí)間上來說，起振依次落后的時(shí)間，所以選項(xiàng)a、c正確，b錯(cuò)誤；由題意知，質(zhì)點(diǎn)9比質(zhì)點(diǎn)1應(yīng)晚起振兩個(gè)周期，所以當(dāng)所有質(zhì)點(diǎn)都起振后，質(zhì)點(diǎn)1與質(zhì)點(diǎn)9步調(diào)完全一致，所以選項(xiàng)d正確【答案】acd波動(dòng)過程介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)波動(dòng)過程介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期都與波源的振動(dòng)周期相同，其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)可用三句話來描述，即1先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)后振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)2后振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)重復(fù)前面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)3后振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)狀態(tài)落后于先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)概括起來就是“帶動(dòng)、重復(fù)、落后”1如圖，t0時(shí)刻，波源在坐標(biāo)原點(diǎn)從平衡位置沿y軸正向開始振動(dòng)，振動(dòng)周期為0.4 s，在同一均勻介質(zhì)中形成沿x軸正、負(fù)兩方向傳播的簡(jiǎn)諧橫波下圖中能夠正確表示t0.6 s時(shí)波形的圖是()【解析】根據(jù)波動(dòng)與振動(dòng)的關(guān)系分析波的圖像根據(jù)波的傳播的周期性，t0.6 s時(shí)的波形是波源振動(dòng)1個(gè)周期形成的，此時(shí)波源在坐標(biāo)原點(diǎn)從平衡位置向y軸負(fù)方向振動(dòng)，由波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向的關(guān)系知選項(xiàng)c正確【答案】c怎樣正確認(rèn)識(shí)波的圖形【問題導(dǎo)思】1從波的圖象上可獲取哪些信息？2波的圖象與振動(dòng)圖象有哪些區(qū)別？3如何確定質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向或波的傳播方向？1由波的圖象能獲取的信息(1)從圖象上可直接讀出波長(zhǎng)和振幅(2)可確定任一質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的位移(3)因加速度方向和位移方向相反，可確定任一質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的加速度方向(4)若已知波的傳播方向，可確定各質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的振動(dòng)方向，并判斷位移、加速度、速度、動(dòng)能的變化2波的圖象與振動(dòng)圖象的比較兩種圖象異同比較簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象簡(jiǎn)諧波的圖象不同點(diǎn)研究的內(nèi)容一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間的變化規(guī)律某時(shí)刻參與波動(dòng)的所有質(zhì)點(diǎn)的空間分布規(guī)律不同點(diǎn)圖象圖象變化圖象隨時(shí)間延伸，原有部分圖形不變整個(gè)波形沿波的傳播方向平移，不同時(shí)刻波形不同一個(gè)完整圖象所占橫坐標(biāo)的距離表示一個(gè)周期t表示一個(gè)波長(zhǎng)物理意義一個(gè)質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于平衡位置的位移x隨時(shí)間t的變化關(guān)系x軸上所有質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻相對(duì)于平衡位置的位移運(yùn)動(dòng)情況質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，屬非勻變速運(yùn)動(dòng)波在同一均勻介質(zhì)中是勻速傳播，介質(zhì)中每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)比喻單人舞的錄像抓拍的集體舞照片相同點(diǎn)圖象形狀正(余)弦曲線正(余)弦曲線縱坐標(biāo)不同時(shí)刻某一質(zhì)點(diǎn)的位移某一時(shí)刻介質(zhì)中所有質(zhì)點(diǎn)的位移縱坐標(biāo)最大l值振幅振幅3.判斷質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波傳播方向的方法(1)若已知波的傳播方向，可確定各質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的振動(dòng)方向，常用方法有：上下坡法不妨將波形圖視為連綿起伏的山峰和山谷，由波谷到波峰的部分稱上坡路，由波峰到波谷的部分為下坡路沿波的傳播方向看，“上坡”的點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)，“下坡”的點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)稱“上坡下，下坡上”如圖212.圖212帶動(dòng)法原理：先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)鄰近的后振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)方法：在質(zhì)點(diǎn)p靠近波源一方附近的圖象上另找一點(diǎn)p，若p在p上方，則p向上運(yùn)動(dòng)，若p在p下方，則p向下運(yùn)動(dòng)如圖213.圖213微平移法原理：波向前傳播，波形也向前平移方法：作出經(jīng)微小時(shí)間t(t)后的波形，就知道了各質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過t時(shí)間到達(dá)的位置，此刻質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向也就知道了如圖214.圖214同側(cè)法若在波動(dòng)圖象上標(biāo)出質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向，并在同一點(diǎn)上標(biāo)出波的傳播方向，這兩個(gè)表示方向的箭頭位于波動(dòng)圖象的同一側(cè)，如圖215.圖215(2)由質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向確定波的傳播方向仍是上述幾種方法，只需將判定的程序倒過來，“反其道而行之”即可1波動(dòng)圖象和振動(dòng)圖象外形上很相似，辨別時(shí)要看清圖象的橫軸表示的是時(shí)間還是位移2在波動(dòng)圖象中，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)規(guī)律是完全相同的，求解單個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)問題時(shí)，可以利用振動(dòng)規(guī)律進(jìn)行分析求解3每隔整數(shù)倍的周期，各質(zhì)點(diǎn)一定回到原來的位置，波動(dòng)圖象復(fù)原一次介質(zhì)中坐標(biāo)原點(diǎn)o處的波源在t0時(shí)刻開始振動(dòng)，產(chǎn)生的簡(jiǎn)諧波沿x軸正向傳播，t0時(shí)刻傳到l處，波形如圖216所示下列能描述x0處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的圖象是()圖216【審題指導(dǎo)】解答本題時(shí)可按以下思路分析：【解析】從波形圖上看出，x0處的質(zhì)點(diǎn)下一時(shí)刻的振動(dòng)方向是向y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，所以振動(dòng)圖線是a或c，考慮到波傳播到l處，l處質(zhì)點(diǎn)的起振方向向下，所以振動(dòng)圖線必是c.【答案】c1關(guān)于振動(dòng)和波的關(guān)系，下列說法正確的是()a有機(jī)械波必有振動(dòng)b有機(jī)械振動(dòng)必有波c離波源遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)周期長(zhǎng)d波源停振時(shí)，介質(zhì)中的波動(dòng)立即停止【解析】一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)會(huì)帶動(dòng)鄰近質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，使振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)形式向外傳播出去而形成機(jī)械波，但在缺少介質(zhì)的情況下，波動(dòng)現(xiàn)象就無法發(fā)生，故a對(duì)，b錯(cuò)波動(dòng)形成以后，各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)都先后重復(fù)波源的振動(dòng)，故各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期是一樣的，c錯(cuò)大量質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)所形成的波動(dòng)不會(huì)因波源的停振而立即消失，因?yàn)槟芰坎粫?huì)無緣無故地消失，故d錯(cuò)【答案】a2(多選)機(jī)械波在傳播過程中，下列說法中正確的是()a各質(zhì)點(diǎn)都在各自的平衡位置附近振動(dòng)b相鄰質(zhì)點(diǎn)間必有相互作用力c前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)帶動(dòng)相鄰的后一質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，后一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)必定落后于前一質(zhì)點(diǎn)d各質(zhì)點(diǎn)在振動(dòng)的同時(shí)還要隨波一起向前遷移【解析】根據(jù)波向前傳播的特點(diǎn)，前面的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)后面的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，但質(zhì)點(diǎn)只在各自的平衡位置附近振動(dòng)，并不隨波遷移【答案】abc圖21123一列沿x軸正方向傳播的簡(jiǎn)諧機(jī)械橫波，波速為4 m/s.某時(shí)刻波形如圖2112所示，下列說法正確的是()a這列波的振幅為4 cmb這列波的周期為1 sc此時(shí)x4 m處質(zhì)點(diǎn)沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)d此時(shí)x4 m處質(zhì)點(diǎn)的加速度為0【解析】讀懂波形圖，明確波動(dòng)與振動(dòng)的關(guān)系由題圖可得，這列波的振幅為2 cm，選項(xiàng)a錯(cuò)誤；由題圖得，波長(zhǎng)8 m，由t得t2 s，選項(xiàng)b錯(cuò)誤；由波動(dòng)與振動(dòng)的關(guān)系得，此時(shí)x4 m處質(zhì)點(diǎn)沿y軸正方向運(yùn)動(dòng)，且此質(zhì)點(diǎn)正處在平衡位置，故加速度a0，選項(xiàng)c錯(cuò)誤，選項(xiàng)d正確【答案】d4如圖2113所示為一簡(jiǎn)諧橫波在某一時(shí)刻的波形，已知此時(shí)質(zhì)點(diǎn)a正向上運(yùn)動(dòng)，如圖2113中箭頭所示由此可判定此橫波()圖2113a向右傳播，且此時(shí)質(zhì)點(diǎn)b正向上運(yùn)動(dòng)b向右傳播，且此時(shí)質(zhì)點(diǎn)c正向下運(yùn)動(dòng)c向左傳播，且此時(shí)質(zhì)點(diǎn)d正向上運(yùn)動(dòng)d向左傳播，且此時(shí)質(zhì)點(diǎn)e正向下運(yùn)動(dòng)【解析】先根據(jù)a點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)，可判定波向左傳播(后一質(zhì)點(diǎn)總是落后于前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng))，然后依據(jù)同一原則可判斷d點(diǎn)應(yīng)向上運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)c正確【答案】c5(多選)取向上為質(zhì)點(diǎn)振