第1節(jié)　波的形成 教學設(shè)計

第三章機械波第1節(jié)波的形成[學習目標]1．知道機械波的形成條件及過程．2．理解什么是機械波，確認波是傳播振動形式和傳遞能量的一種方式．(重點)3．知道什么是橫波、波峰和波谷．4．知道什么是縱波、密部和疏部．(難點)知識點1波的形成橫波和縱波1．波的形成以繩波為例：可以將繩分成許多小段，每一段都可以看成質(zhì)點，相鄰質(zhì)點間有相互作用，當振源質(zhì)點振動時，會帶動相鄰質(zhì)點振動，這一質(zhì)點又會帶動下一質(zhì)點振動，后面質(zhì)點的運動重復(fù)前面質(zhì)點的運動，于是在繩上形成波．2．波的定義：振動的傳播稱為波動，簡稱波．3．橫波和縱波機械波可分為橫波和縱波兩類，其波形及描述對比如下：定義標識性物理量實物波形橫波質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向相互垂直的波①波峰：凸起的最高處②波谷：凹下的最低處縱波質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在同一直線上的波①密部：質(zhì)點分布最密的位置②疏部：質(zhì)點分布最疏的位置[判一判]1．(1)在水平方向傳播的波為橫波．()(2)縱波指的是質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向垂直的波．()(3)橫波中分密部和疏部，縱波中分波峰和波谷．()提示：(1)×(2)×(3)×知識點2機械波1．介質(zhì)(1)定義：繩、彈簧、水、空氣等是波借以傳播的物質(zhì)．(2)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．2．形成機械振動在介質(zhì)中傳播，形成機械波．3．傳遞的三個特點(1)介質(zhì)中的機械波傳播時，介質(zhì)本身并不隨波一起傳播，它傳播的只有振動這種運動形式．(2)波是傳遞能量的一種方式．(3)波可以傳遞信息．[判一判]2．(1)在機械波中各質(zhì)點不隨波的傳播而遷移．()(2)機械波的形成和傳播中，所有質(zhì)點同時開始運動，同時停止運動．()(3)機械波在傳播過程中，各質(zhì)點振動的周期、起振方向都相同．()提示：(1)√(2)×(3)√[想一想](1)在水面上投一石塊形成水波，則水面上的樹葉能否隨水波漂浮到遠處？(2)當?shù)卣鸢l(fā)生時，地震波在地球內(nèi)部和地表傳播，有時使人感到左右搖晃，有時感到上下顛簸，由此可見地震波是什么波？提示：(1)不能．水波在傳播時，介質(zhì)不隨波遷移．(2)震源往往在地下某個深度的地方，地震發(fā)生時，人感到上下顛簸是因為有縱波，感到左右搖晃是因為有橫波．所以，地震波既含有縱波成分又含有橫波成分．1．(機械波的形成和傳播)下列關(guān)于理想機械波的說法錯誤的是()A．波中各質(zhì)點的振動頻率是相同的B．質(zhì)點開始振動時的速度方向與波源的傳播方向相同C．波由近及遠地遷移，質(zhì)點只在平衡位置附近做往返運動D．波源的能量隨波動由近及遠地傳播解析：選B.波中各質(zhì)點的振動頻率等于波源的振動頻率，所以波中各質(zhì)點的振動頻率是相同的，A正確，不符合題意；橫波在傳播的過程中，質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直，B錯誤，符合題意；波在傳播過程中，質(zhì)點在平衡位置附近做往復(fù)運動，通過振動的形式將波由近及遠地遷移，C正確，不符合題意；波在傳播振動的過程中，同時將能量由近及遠地傳播，D正確，不符合題意．2．(機械波的傳播)《楓橋夜泊》中有名句：“姑蘇城外寒山寺，夜半鐘聲到客船．”其中，當鐘聲傳到客船時，對大鐘的撞擊早已停止了，但仍感覺“余音未絕”，分析其原因可能是()A．大鐘的回聲B．大鐘在繼續(xù)振動，空氣中繼續(xù)形成聲波C．人的聽覺發(fā)生“暫留”D．大鐘雖停止振動，但空氣仍在振動解析：選B.停止對大鐘的撞擊后，大鐘做阻尼振動，仍在空氣中形成聲波；隨著能量的減弱，鐘聲逐漸消失．3．(橫波和縱波)地震波中的橫波和縱波的傳播速率分別約為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．地震中，假定震源在地震儀下方，觀察到兩振子相差5s開始振動，則下列說法正確的是()A．P先開始振動，震源距地震儀約36kmB．P先開始振動，震源距地震儀約25kmC．H先開始振動，震源距地震儀約36kmD．H先開始振動，震源距地震儀約25km解析：選A.縱波的速度快，縱波先到，所以P先開始振動，根據(jù)eq\f(x,v1)－eq\f(x,v2)＝5s，解得x＝36km，故A正確，B、C、D錯誤．4．(機械波的形成)振源A帶動細繩振動，某時刻形成的橫波波形如圖所示，在波傳播到細繩上一點P時開始計時，則下列各圖中能表示P點振動圖像的是()解析：選C.由波的傳播特點可知，前面的質(zhì)點帶動后面的質(zhì)點，后面的質(zhì)點重復(fù)前面的質(zhì)點振動，由題圖可知振源A初始是從平衡位置向下振動的，所以t＝0時刻，質(zhì)點P應(yīng)由平衡位置開始向下運動，C正確．探究一機械波的形成和傳播特點【問題導(dǎo)引】1．振動和波的關(guān)系是什么？有振動是否一定有機械波？2．機械波形成后，若波源停止振動，機械波會立即消失嗎？提示：1.波源和介質(zhì)是形成機械波的必要條件，二者缺一不可，有振動不一定有機械波，有機械波一定有振動．2．不會．波源停止振動后，機械波傳遞的能量并沒有立即消失，因此機械波不會立即消失．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．(2)周期：各質(zhì)點振動的周期均與波源的振動周期相同．(3)步調(diào)：離波源越遠，質(zhì)點振動越滯后．(4)立場：各質(zhì)點只在各自的平衡位置振動，并不隨波遷移，且起振方向與振源的起振方向相同．(5)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】某繩波形成過程的示意圖如圖所示．質(zhì)點1在外力作用下沿豎直方向做簡諧運動，帶動2、3、4、…各個質(zhì)點依次上下振動，把振動從繩的左端傳到右端．已知t＝0時，質(zhì)點1開始向上運動，t＝eq\f(T,4)時，1到達最上方，5開始向上運動．問：(1)t＝eq\f(T,2)時，質(zhì)點8、12、16的運動狀態(tài)(是否運動、運動方向)如何？(2)t＝eq\f(3T,4)時，質(zhì)點8、12、16的運動狀態(tài)如何？[解析]各質(zhì)點在各時刻的情況，如圖甲、乙所示．(1)由甲圖可知，t＝eq\f(T,2)時，質(zhì)點8未達到波峰，正在向上振動，質(zhì)點12、16未振動．(2)由乙圖可知，t＝eq\f(3T,4)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[針對訓(xùn)練1](多選)如圖所示的是沿水平方向的介質(zhì)中的部分質(zhì)點，每相鄰質(zhì)點間距離相等，其中0處為波源，設(shè)波源的振動周期為T，從波源通過平衡位置豎直向下振動開始計時，經(jīng)過eq\f(T,4)，質(zhì)點1開始振動，則下列關(guān)于各質(zhì)點的振動和介質(zhì)中的波的說法正確的是()A．介質(zhì)中所有點的起振方向都是豎直向下的，但圖中質(zhì)點9起振最晚B．圖中所畫的質(zhì)點起振時間都是相同的，起振的位置和起振方向是不相同的C．圖中質(zhì)點8的振動完全重復(fù)質(zhì)點7的振動，只是質(zhì)點8振動時，通過平衡位置或最大位移的時間比質(zhì)點7通過相同位置時落后eq\f(T,4)D．只要圖中所有的質(zhì)點都已振動了，質(zhì)點1與質(zhì)點9的振動步調(diào)就完全一致，如果質(zhì)點1發(fā)生的是第100次振動，則質(zhì)點9發(fā)生的就是第98次振動答案：ACD探究二橫波和縱波的對比分析【問題導(dǎo)引】1．繩波、聲波、水波各屬于橫波還是縱波？2．地震波既有橫波也有縱波，試分析哪一種波對地面建筑物的破壞力大．提示：1.繩波是橫波，聲波是縱波，水波既不是橫波也不是縱波，它屬于比較復(fù)雜的機械波．2．橫波振動方向與波前進方向垂直，而縱波振動方向與傳播方向一致．在震中區(qū)，地震波直接入射地面，橫波表現(xiàn)為左右搖晃，縱波表現(xiàn)為上下跳動．另外，橫波振幅比縱波大，破壞力大，所以橫波的水平晃動力是造成建筑物破壞的主要原因．橫波和縱波的比較橫波縱波概念在波動中，質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向相互垂直在波動中，質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向在一條直線上介質(zhì)只能在固體介質(zhì)中傳播在固體、液體和氣體介質(zhì)中均能傳播特征在波動中交替、間隔出現(xiàn)波峰和波谷在波動中交替、間隔出現(xiàn)密部和疏部【例2】區(qū)分橫波和縱波的依據(jù)是()A．質(zhì)點沿水平方向還是沿豎直方向振動B．波沿水平方向還是沿豎直方向傳播C．質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向是相互垂直還是在一條直線上D．質(zhì)點振動的快慢[解析]橫波與縱波在教材中唯一一個分類的標準是看質(zhì)點振動方向和波傳播方向的關(guān)系，若互相垂直，為橫波，若在一條直線上，為縱波，C正確．[答案]C[針對訓(xùn)練2]關(guān)于橫波和縱波，下列說法正確的是()A．對于橫波和縱波，質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向有時相同，有時相反B．對于縱波，質(zhì)點的運動方向與波的傳播方向一定相同C．形成縱波的質(zhì)點隨波一起遷移D．空氣介質(zhì)只能傳播縱波解析：選D.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，A錯誤；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錯誤；無論橫波還是縱波，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．(建議用時：15分鐘)[基礎(chǔ)鞏固練]1．(多選)關(guān)于機械波的形成，下列說法正確的是()A．物體做機械振動，不一定產(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C．參與振動的質(zhì)點的振動頻率都相同D．機械波是介質(zhì)隨波遷移，也是振動能量的傳遞解析：選ABC.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傳播出去形成機械波，A正確；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振動的頻率，只是離波源越遠，振動步調(diào)越落后，B、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錯誤．2．關(guān)于橫波和縱波，下列說法正確的是()A．對于橫波和縱波，質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向有時相同，有時相反B．對于縱波，質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向一定相同C．波沿水平方向傳播，質(zhì)點在豎直方向上下振動，這類波是橫波D．形成縱波的質(zhì)點，隨波一起遷移解析：選C.橫波質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向相互垂直，縱波質(zhì)點的振動方向與傳播方向有時相同有時相反，故A、B錯誤，C正確；介質(zhì)中的質(zhì)點都是在平衡位置附近做往復(fù)運動，不會隨波遷移，故D錯誤．3．(2022·上海市新場中學期中)一列波由波源向周圍擴展開去，下列說法中錯誤的是()A．介質(zhì)中各質(zhì)點只是振動，沒有沿波的傳播方向遷移B．介質(zhì)中各質(zhì)點振動形式由近及遠地傳播出去C．介質(zhì)中各質(zhì)點振動的能量由近及遠地傳播D．介質(zhì)中各質(zhì)點由近及遠傳播開去解析：選D.波在傳播時，介質(zhì)中的質(zhì)點在其平衡位置附近做往復(fù)運動，它們并沒有隨波的傳播而發(fā)生遷移，故A正確，D錯誤；波傳播的是振動形式，而振動由能量引起，即傳播了能量，所以波在傳播過程中將振動形式以及能量由近及遠地傳播出去，故B、C正確．[綜合提升練]4．一列橫波沿繩子向右傳播，某時刻繩子形成如圖所示的形狀，對此時繩上A、B、C、D、E、F六個質(zhì)點說法正確的是()A．質(zhì)點B向右運動B．質(zhì)點D和質(zhì)點F的速度方向相同C．質(zhì)點A和質(zhì)點C的速度方向相同D．從此時算起，質(zhì)點B比質(zhì)點C先回到平衡位置解析：選D.波傳播時，離波源遠的質(zhì)點的振動落后于離波源近的質(zhì)點的振動，并跟隨著近的質(zhì)點振動，D跟隨C向上運動，F(xiàn)跟隨E向下運動．同理，A向下運動，C向上運動，B、C錯誤；由于此時B和C都向上運動，所以B比C先到達最大位移處，并先回到平衡位置，A錯誤，D正確．5．下列關(guān)于波的應(yīng)用正確的是()A．要使放在河中的紙船逐漸靠近河岸，可向比紙船更遠處投擲石子形成水波B．兩個在水中潛泳并且靠得較近的運動員能聽到對方發(fā)出的聲音是聲波在液體中傳播的應(yīng)用C．光纜是利用機械波傳遞信息D．宇航員在宇宙飛船里，擊打船壁只能引起機械振動，不能形成聲波解析：選B.機械波傳播時，介質(zhì)質(zhì)點在各自平衡位置附近振動，質(zhì)點本身并不隨波遷移，所以水波并不能使河中的紙船靠近河岸，A錯誤；光纜是利用光波傳遞信息的，C錯誤；固體也能傳播聲波，D錯誤；聲波可以在液體中傳播，B正確．6．(多選)關(guān)于機械振動和機械波，下列說法正確的是()A．有機械波一定存在機械振動，有機械振動就一定能夠產(chǎn)生機械波B．機械振動在介質(zhì)中傳播形成機械波C．參與振動的質(zhì)點的振動頻率是由波源決定的，與介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)D．機械波能傳播振動形式、能量、信息，質(zhì)點隨波遷移解析：選BC.機械振動在介質(zhì)中傳播形成機械波，則有機械波一定存在機械振動，有機械振動不一定能夠產(chǎn)生機械波，還需要傳播振動的介質(zhì)，故A錯誤，B正確；質(zhì)點的振動頻率等于波源的振動頻率，可知，參與振動的質(zhì)點的振動頻率是由波源決定的，與介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)，故C正確；介質(zhì)中的機械波傳播時，介質(zhì)本身并不隨波一起傳播，故D錯誤．7．(多選)位于x＝0處的波源從平衡位置開始沿y軸正方向