2020-2021學(xué)年物理新教材人教版選擇性必修第一冊學(xué)案：第3章1波的形成含解析

1．學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.[物理觀念知道什么是機械波？能區(qū)分橫波和縱波知道什么是波峰和波谷密部和疏部．2.[科學(xué)思維知道機械波的形成條件及過程．3.[科學(xué)探究通過觀察和分析，認(rèn)識波是振動的傳播，知道波在傳播振動形式的同時也傳播能量和信息．☆閱讀本節(jié)教材，回答第58頁“問題”，并梳理必要的知識點．教材第58頁問題提示：彩帶上的波浪向前傳播實際是振動在彩帶上傳播，但彩帶上的每個點并不向前運動．一、波的形成1．波的形成個質(zhì)點又帶動更遠(yuǎn)一些的質(zhì)點……，繩上的質(zhì)點都很快跟著振動起來，只是后面的質(zhì)點總比前面的質(zhì)點遲一些開始振動，這樣在整個繩子上就形成了凸凹相間的波．沿繩傳播的波說明：介質(zhì)是能夠傳播機械振動的物質(zhì)，其狀態(tài)可以是固、液、氣三態(tài)中的任意一種．2．介質(zhì)定義：波借以傳播的物質(zhì)．特點：組成介質(zhì)的質(zhì)點之間有相互作用，一個質(zhì)點的振動會引起相鄰質(zhì)點的振動．二、橫波和縱波1．橫波與縱波的比較定義標(biāo)識性物理量實物波形①波峰：凸起的最高橫波縱波播方向相互垂直的波②波谷：凹下的最低處①密部：質(zhì)點分布密質(zhì)點的振動方向與波的傳集的部分播方向在同一直線上的波②疏部：質(zhì)點分布稀疏的部分2.聲波發(fā)聲體振動時在空氣中產(chǎn)生的聲波是縱波，聲波不僅能在空氣中傳播，也能在固體、液體中傳播．三、機械波1．形成：機械振動在介質(zhì)中傳播，形成機械波．2．產(chǎn)生條件要有波源．要有傳播振動的介質(zhì)．3．特點介質(zhì)中有機械波傳播時，介質(zhì)本身并不隨波一起傳播，因此說它傳播的只是振動這種運動形式．介質(zhì)中本來靜止的質(zhì)點，隨著波的傳來而發(fā)生振動，可見波是傳遞能量的一種方式．我們能用語言進行交流，說明波可以傳遞信息．1．思考判斷正確的打“√”，錯誤的打“×”)質(zhì)點的振動位置不斷轉(zhuǎn)換即形成波．×)在繩波的形成和傳播中，所有質(zhì)點的運動是近似的勻速直線運動．×)×)如果波源停止振動，介質(zhì)中的波也會立即停止．橫波在固體、液體、氣體中都能傳播，縱波只能在氣體中傳播．×)2.如圖所示是一列沿著繩向右傳播的繩波波形，此時波剛傳到B點，由圖可判斷波源A點開始的振動方向是________．解析]由于波剛剛傳到B點，所以B點此時的振動方向就是波源的起振方向，由圖根據(jù)波的傳播與質(zhì)點振動的關(guān)系可以知道，B質(zhì)點此時正向上振動，所以波源A質(zhì)點剛開始的振動方向向上．答案]向上3．多選關(guān)于橫波和縱波，下列說法正確的是()．質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向垂直的波叫作橫波B．質(zhì)點的振動方向跟波的傳播方向在同一直線上的波叫作縱波．橫波有波峰和波谷，縱波有密部和疏部．聲波是橫波ABC本題考查縱波和橫波的概念由定義知C，故D不正確．]波的形成教材第58頁“演示”答案提示：紅色標(biāo)記在其位置上下振動，并不隨波向繩的另一端移動．一組學(xué)生手挽手排成一行，從左邊第一位同學(xué)開始，周期性地下蹲、起立，依次帶動旁邊的同學(xué)重復(fù)他的動作，只是后邊的一位總比前邊的一位稍遲一點點．這樣就會看到凹凸相間的波沿著隊伍傳播開來，而每個學(xué)生的位置并沒有移動．運動會上的團體操表演常常用這種辦法來表現(xiàn)波浪，如圖所示．沒有，人只是上下振動．1．機械波的形成2．波的特點(1)振幅：像繩波這種一維(只在某個方向上傳播)機械波，若不計能量損失，各質(zhì)點的振幅相同．周期：各質(zhì)點振動的周期均與波源的振動周期相同．步調(diào)：離波源越遠(yuǎn)，質(zhì)點振動越滯后．立場：各質(zhì)點只在各自的平衡位置附近振動，并不隨波遷移，且起振方向與振源的起振方向相同．機械波向前傳播的是振動這種運動形式，同時也傳遞能量和信息．【例1】1在外力作用下沿垂直直線方向做簡諧運動，帶動其余質(zhì)點依次上下振動，把振動從繩的左端傳到右T＝01開始向上運動，＝時，1到達最上方，54Tt＝時，質(zhì)點8、、16的運動狀態(tài)(是否運動、運動方向如何？23Tt＝時，質(zhì)點8、、16的運動狀態(tài)如何？4解析]各質(zhì)點在各時刻的情況，如圖所示．甲乙T由甲圖可知＝時質(zhì)點8未到達波峰正在向上振動質(zhì)點16未23T4振動．由乙圖可知，t＝時，質(zhì)點8正在向下振動，質(zhì)點12向上振動，質(zhì)點16未振動．答案]見解析機械波的形成和傳播特點(1)機械波的形成過程及特點可以概括為“帶動、重復(fù)、落后”，即前一質(zhì)點“帶動”后一質(zhì)點振動，后一質(zhì)點“重復(fù)”前一質(zhì)點的振動形式，并且后一質(zhì)點的振動“落后”于前一質(zhì)點．(2)就整個物體來說，呈現(xiàn)的現(xiàn)象是波動，而就構(gòu)成物體的單個質(zhì)點來說，所呈現(xiàn)的現(xiàn)象是振動．(3)要畫另一時刻的波形圖，應(yīng)先確定特殊點的位置，即此時刻在平衡位置或最大位移處的點如波源1和質(zhì)點13這些點的位置確定后其他點可順勢找出．[跟進訓(xùn)練]訓(xùn)練角度1波的形成1．沿繩傳播的一列橫波，當(dāng)波源突然停止振動時(設(shè)繩無限長，且波傳播過程無能量損失)()．繩上各質(zhì)點同時停止振動，波同時消失B．離波源較近的質(zhì)點先停止振動，直到所有質(zhì)點全部停止振動．離波源較遠(yuǎn)的質(zhì)點先停止振動，直到所有質(zhì)點全部停止振動．前一質(zhì)點的振動帶動相鄰后一質(zhì)點振動，這種振動將由近及遠(yuǎn)向前傳播，不會停止D[當(dāng)波源振動時，通過介質(zhì)將波源的振動形式傳遞出去的同時，將能量也傳遞出去了．當(dāng)波源停止振動后，傳出去的能量不會消失，當(dāng)沒有其他阻力時，這種波的形式和能量繼續(xù)存在并將繼續(xù)傳遞下去所以C都錯誤故答案為D.]訓(xùn)練角度2波的傳播2．如圖所示為一簡諧橫波在某一時刻的波形圖，此時質(zhì)點A正向上運動，如圖中箭頭所示．由此可斷定此橫波()．向右傳播，且此時質(zhì)點B正向上運動B．向右傳播，且此時質(zhì)點C正向下運動．向左傳播，且此時質(zhì)點D正向上運動．向左傳播，且此時質(zhì)點E正向下運動C根據(jù)質(zhì)點A正向上運動可判定此列波向左傳播后一質(zhì)點的振動總是落后于前一質(zhì)點的振動根據(jù)同一原則可斷定質(zhì)點D和質(zhì)點E都正向上運動故選項C正確．]橫波與縱波手握輕彈簧的一端另一端固定上下抖動彈簧彈簧形成凹凸相間的形狀，如圖1所示．手握輕彈簧一端左右有規(guī)律的振動，彈簧便形成疏密相間的形狀，如圖2所示．情景設(shè)問：圖1彈簧振動方向與其形成的波傳播方向有什么關(guān)系？該種波叫什么波？圖2彈簧振動方向與其形成的波傳播方向有什么關(guān)系？該種波叫什么波？提示：垂直、橫波．在同一直線上、縱波．1．橫波和縱波的比較橫波在波動中，質(zhì)點的振動方向和波的播介質(zhì)只能在固體介質(zhì)中傳播在波動中交替、間隔出現(xiàn)波峰和波谷部名師點睛：在現(xiàn)實生活中，繩上波為橫波，聲波為縱波，有些機械波既有橫波，也有縱波．例如：地震波既有橫波成分，又有縱波成分．2．振動與波動的聯(lián)系和區(qū)別波動是介質(zhì)中大量的質(zhì)點受到周而復(fù)始的運動現(xiàn)象介質(zhì)中的質(zhì)點受到相鄰質(zhì)點的位置的力的作用物體由于某種原因離開平衡位——回復(fù)力作用振動是波的起因，波是振動的傳播有波動一定有振動，有振動不一定有波動牢記波動的周期等于質(zhì)點振動的周期【例】多選一列橫波沿繩子向右傳播，傳播過程無能量損失，某時刻繩子形成如圖所示的凹凸形狀．對此時繩上ABCEF六個質(zhì)點，下列說法正確的是()．它們的振幅相同B．質(zhì)點D和F的速度方向相同．從此時算起，質(zhì)點B比C先回到平衡位置．從此時算起，質(zhì)點E比F先到達波峰思路點撥：分析質(zhì)點振動方向的方法可用“帶動看齊”的思路分析：在波的傳播中，靠近波源的質(zhì)點帶動后面的質(zhì)點運動，離波源遠(yuǎn)的質(zhì)點追隨離波源近的質(zhì)點．ACD波源振動時繩上各質(zhì)點通過相互間的彈力作用跟著做受迫振動不考慮傳播中的能量損耗時，各質(zhì)點的振幅均相同，選項A正確；波傳播時，離波源遠(yuǎn)的質(zhì)點的振動落后于離波源近的質(zhì)點的振動，并跟隨著離波源近的質(zhì)點振動由題圖可知波源在左端因此質(zhì)點D跟隨離波源近的質(zhì)點C正向上運動，質(zhì)點F跟隨離波源近的質(zhì)點E正向下運動兩者速度方向相反選項B錯誤；由于此時、C兩質(zhì)點都向上運動，B比C先到最大位移處，故B比C先回到平衡位置，選項C正確，同理知選項D正確．]解答波動問題的兩個關(guān)鍵波在傳播過程中，質(zhì)點只在其平衡位置附近做簡諧運動，并不隨波遷移．根據(jù)質(zhì)點做簡諧運動的特點確定質(zhì)點的位置和速度方向．[跟進訓(xùn)練]訓(xùn)練角度1橫波和縱波的比較3．多選關(guān)于橫波和縱波，下列說法正確的是()．對于縱波，質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向有時相同，有時相反B．對于橫波，質(zhì)點的運動方向與波的傳播方向一定垂直．形成縱波的質(zhì)點隨波一起遷移．空氣介質(zhì)只能傳播縱波ABD質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直的波是橫波質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向平行的波是縱波；縱波質(zhì)點的運動方向與波的傳播方向有時相同，有時相反B質(zhì)點都不隨波遷移C錯誤；橫波不能在空氣中傳播，空氣只能傳播縱波，D正確．]訓(xùn)練角度2振動方向的判斷4多選如圖所示為一列機械波在某一時刻的形狀，此時刻質(zhì)點F的振動方向如圖所示．則()．該波向左傳播B．質(zhì)點C比質(zhì)點B先回到平衡位置．質(zhì)點E此時刻向下振動．質(zhì)點C此時刻的加速度為零ABC由波形圖和質(zhì)點F的振動方向根據(jù)帶動法可知波源在右側(cè)故該波向左傳播，選項A正確；由于該波向左傳播，根據(jù)帶動法可知質(zhì)點E此時刻向下振動選項C正確；此時質(zhì)點B向上振動質(zhì)點C在最大位移處將向下振動故質(zhì)點C比質(zhì)點B先回到平衡位置選項B正確；因質(zhì)點C在最大位移處其加速度最大，選項D錯誤．]3．科學(xué)探究：探究繩波和聲波的傳播特征．1．多選關(guān)于機械波的形成，下列說法正確的是(．物體做機械振動，一定產(chǎn)生機械波)B．后振動的質(zhì)點總是跟著先振動的質(zhì)點重復(fù)振動，只是時間上落后一步．參與振動的質(zhì)點的振動頻率都相同．機械波可以傳遞能量和信息BCD若只有物體振動而周圍沒有傳播這種振動的介質(zhì)振動不可能由近及遠(yuǎn)傳播出去形成機械波，A錯；機械波中各振動質(zhì)點都在重復(fù)波源的振動，振動頻率都等于波源的頻率只是離波源越遠(yuǎn)振動步調(diào)越落后C正確；機械波中介質(zhì)各質(zhì)點只在自己平衡位置附近振動，不隨波遷移，離波源較遠(yuǎn)的質(zhì)點振動的能量是通過離波源近的各質(zhì)點的傳遞從波源獲得的，D對．]2．多選一列簡諧橫波沿x軸傳播，某時刻的波形如圖所示，已知此時質(zhì)點F的運動方向向y軸負(fù)方向，則()．此波向x軸負(fù)方向傳播B．質(zhì)點C此時向y軸負(fù)方向運動．質(zhì)點C將比質(zhì)點B先回到平衡位置．各質(zhì)點的振幅相同ACD因為機械波在傳播過程中靠近波源的質(zhì)點的振動帶動相鄰的后邊質(zhì)點的振動，而后面質(zhì)點要“模仿”前面質(zhì)點的振動，所以本題中，已知質(zhì)點F的運動方向向y軸負(fù)方向，即F質(zhì)點正在“模仿”右邊質(zhì)點的振動，這說明波源在右邊，波從右向左傳播，即此波向x軸負(fù)方向傳播，選項A正確；質(zhì)點C此時剛到達最大位移處，速度為0，此后才向y軸負(fù)方向運動，選項B錯誤；質(zhì)點B要先向y軸正方向運動到達波峰位置再回到平衡位置，而質(zhì)點C直接從波峰位置回到平衡位置，所以選項C正確；振幅指的是質(zhì)點離開平衡位置的最大距離，各質(zhì)點的振幅相同，選項D正確．]3．多選下列關(guān)于橫波、縱波的說法正確的是()．凸凹相間的波叫橫波，凸起的最高處叫波峰，凹下的最低處叫波谷B．質(zhì)點振動方向和波的傳播方向在同一直線上的波叫縱波．橫波和縱波傳播的都只是振動這種運動形式．沿橫向傳播的波叫橫波，沿縱向傳播的波叫縱波ABC質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直的波為橫波質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在同一直線上的波為縱波；橫波具有波峰和波谷，兩種波傳播的都是運動形式，、、C正確．]4．多選一根張緊的水平彈性繩，繩上的S點在外界驅(qū)動力的作用下沿豎直方向做簡諧運動，在繩上形成穩(wěn)定的橫波，在S點的左、右兩側(cè)分別有AB、D四點，如圖所示，已知、BS和SC的距離相等，CD的距離為SC的2倍，下面的說法中正確的是()．若B點的位移與S點的位移始終相同，則A點的位移一定與S的位移始終相同B．若B點的位移與S點的位移始終相反，則A點的位移一定與S點的位移始終相反．若C點的位移與S點的位移始終相同，則D點的位移一定與C點的位移始終相同．若C點的位移與S點的位移始終相反，則D點的位移一定與C點的位移始終相同ACD選項A中由于B點和S點位移始終相同又因為AB＝BS故A點與S點位移也相同．選項B中，B點和S點位移始終相反，那么再隔同樣距離時，A點和S點的位移就應(yīng)始終相同了．位移始終相同的點和始終相反的點是相互隔開的．]5．思維拓展]某地區(qū)地震波中的橫波和縱波傳播速率分別約為4km/s和9km/s.一種簡易地震儀由豎直彈簧振子P和水平彈簧振子H組成如圖所示．在一次地震中，震源在地震儀下方，觀察到兩振子相差5s開始振動，求：問題：觀測中心首先觀察到的是上下振動還是左右振動？震源到該地震觀測中心的距離為多少？解析]由于縱波傳播的快故地震發(fā)生時縱波先到達觀察中心即先覺察到的是上下振動．設(shè)震源到觀測中心的距離為x，則有xx－＝5s4km/s9km/s所以＝36km.答案]見解析．凸凹相間的波叫橫波，凸起的最高處叫波峰，凹下的最低處叫波谷B．質(zhì)點振動方向和波的傳播方向在同一直線上的波叫縱波．橫波和縱波傳播的都只是振動這種運動形式．沿橫向傳播的波叫橫波，沿縱向傳播的波叫縱波ABC質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直的波為橫波質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在同一直線上的波為縱波；橫波具有波峰和波谷，兩種波傳播的都是運動形式，、、C正確．]4．多選一根張緊的水平彈性繩，繩上的S點在外界驅(qū)動力的作用下沿豎直方向做簡諧運動，在繩上形成