2024-2025學(xué)年高中物理第三章機械波1波的形成教案新人教版選擇性必修第一冊

PAGE10-1波的形成一、波的形成和傳播1．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．機械振動在介質(zhì)中傳播，形成機械波．2．介質(zhì)中有機械波傳播時，介質(zhì)本身并不隨波一起傳播，因此它傳播的只是振動這種運動形式．3．介質(zhì)中原來靜止的質(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．4．我們能用語言進行溝通，說明波可以傳遞信息．二、橫波與縱波1．橫波：質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向相互垂直的波，叫作橫波．在橫波中，凸起的最高處叫作波峰，凹下的最低處叫作波谷．2．縱波：質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在同始終線上的波，叫作縱波．在縱波中，質(zhì)點分布最密的位置叫作密部，質(zhì)點分布最疏的位置叫作疏部．3．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，也能在液體、固體中傳播．但不管在哪種介質(zhì)中，聲波都是縱波．如圖所示，將一支燃燒的蠟燭放在音響喇叭的紙盆前，讓音響播放音樂，開大音量，蠟燭的火焰會隨著音樂來回搖擺，就像在跳舞一樣．你知道這是為什么嗎？提示：紙盆的振動產(chǎn)生聲波，帶動四周空氣發(fā)生疏密改變，這種疏密相間的狀態(tài)向外傳播經(jīng)過蠟燭火焰處時，引起火焰的搖擺．考點一波的形成和傳播1．波的概念振動的傳播稱為波動，簡稱波．2．波源引起波動的振動體叫波源．3．介質(zhì)能夠傳播機械振動的物質(zhì)叫介質(zhì)，它可以是固、液、氣三態(tài)中隨意一種，可以把介質(zhì)看成由很多質(zhì)點構(gòu)成，各質(zhì)點跟相鄰質(zhì)點相互聯(lián)系．4．波的形成在介質(zhì)中，波源首先振動，帶動鄰近的質(zhì)點依次振動，形成向遠處傳播的波動．【實例精講】當(dāng)手握繩端上下振動時，繩端帶動相鄰質(zhì)點，使它也上下振動．這個質(zhì)點又帶動更遠一些的質(zhì)點……繩上的質(zhì)點都很快振動起來，只是后面的質(zhì)點總比前面的質(zhì)點遲一些起先振動．如圖所示．它有以下特點：(1)振動由振源逐步向遠處傳播；(2)各質(zhì)點相繼發(fā)生振動，后一質(zhì)點將重復(fù)前一質(zhì)點的振動；(3)各質(zhì)點的起振方向均相同；(4)各質(zhì)點只在平衡位置旁邊做機械振動，而不隨波遷移．6．波的形成條件波源通過質(zhì)點間的彈力作用帶動四周質(zhì)點振動，故波的傳播必需有彈性介質(zhì)存在，即有波源和介質(zhì)．【例1】(多選)如圖所示，沿水平方向的介質(zhì)中的部分質(zhì)點，每相鄰質(zhì)點間的距離相等，其中0為波源，設(shè)波源的振動周期為T.自波源通過平衡位置向下振動時起先計時，經(jīng)過eq\f(T,4)，質(zhì)點1起先振動，則下列說法中正確的是()A．介質(zhì)中全部的質(zhì)點的起振方向都豎直向下，但圖中質(zhì)點9起振最晚B．圖中所畫的質(zhì)點的起振時間都是相同的，起振的位置和起振的方向是不同的C．圖中質(zhì)點8的振動完全重復(fù)質(zhì)點7的振動，只是質(zhì)點8起振后，通過平衡位置或最大位移處的時間總是比質(zhì)點7通過相同位置時落后eq\f(T,4)D．只要圖中全部的質(zhì)點都已振動了，質(zhì)點1與質(zhì)點9的振動步調(diào)就完全一樣，但假如質(zhì)點1發(fā)生的是第100次振動，則質(zhì)點9發(fā)生的是第98次振動【審題指導(dǎo)】1．波源起振后，假設(shè)介質(zhì)之間沒有相互作用，能形成波嗎？2．波源起振后，后面的質(zhì)點振動是由前面的質(zhì)點帶動引起的，因此各質(zhì)點起振方向有什么特點？3．形成波后，沿波傳播方向各質(zhì)點振動的周期有什么關(guān)系？4．在同一介質(zhì)中，波源振動的每個周期，波傳播的距離有什么關(guān)系？【解析】從圖中可知，質(zhì)點9是圖中距波源最遠的點，盡管與振源起振方向相同，但起振時刻最晚，故A正確，B錯誤；質(zhì)點7與質(zhì)點8相比較，質(zhì)點7是質(zhì)點8的前一個質(zhì)點，7、8兩質(zhì)點的振動步調(diào)相差eq\f(T,4)，故C正確；波由質(zhì)點1傳播到質(zhì)點9正好是2個周期的時間，質(zhì)點9比質(zhì)點1晚2T起先起振，一旦質(zhì)點9起振后，質(zhì)點1、9振動步調(diào)完全一樣，故D正確．【答案】ACD細繩的一端在外力作用下從t＝0時刻起先做簡諧運動，激發(fā)出一列簡諧橫波，如圖所示，在細繩上選取15個點，圖甲為t＝0時刻各點所處的位置，圖乙為t＝T/4時刻的波形圖(T為波的周期)．請你在圖丙中畫出t＝3T/4時刻的波形圖．答案：t＝eq\f(3,4)T時刻的波形如下圖所示．解析：由題知，t＝eq\f(T,4)時刻，第1個質(zhì)點到達最高點，第4個質(zhì)點起振，則再經(jīng)eq\f(T,4)，即t＝eq\f(T,2)時刻，第4個質(zhì)點到達最高點，第7個質(zhì)點起振，再經(jīng)eq\f(T,4)，即t＝eq\f(3,4)T時刻，第7個質(zhì)點到達最高點，第10個質(zhì)點起振．考點二橫波和縱波1．橫波(1)概念：質(zhì)點的振動方向跟波的傳播方向相互垂直的波，叫作橫波．(2)波形特點：凹凸相間．【說明】形成橫波的各質(zhì)點可在與波傳播方向垂直的隨意方向上振動．(3)波峰和波谷：在橫波中，凸起的最高處叫作波峰，凹下的最低處叫作波谷．2．縱波(1)概念：質(zhì)點的振動方向跟波的傳播方向在同始終線上的波，叫作縱波．(2)波形特點：疏(疏部)密(密部)相間．(3)密部和疏部：在縱波中，質(zhì)點分布最密的位置叫作密部，質(zhì)點分布最疏的位置叫作疏部．3．橫波和縱波的區(qū)分橫波縱波概念在波動中，質(zhì)點振動方向和波的傳播方向相互垂直，這種波叫橫波在波動中，質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向在同始終線上，這種波叫縱波介質(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4.實際生活中的縱波與橫波聲波是縱波，地震波既有橫波又有縱波．水波比較困難，水的內(nèi)部只能傳播縱波，由于表面張力作用，水的表面可以傳播橫波和縱波，因此水波既不是橫波，也不是縱波，稱為水紋波(如圖所示)．地震波既有橫波又有縱波，所以地震時房屋上下左右搖擺．【例2】關(guān)于橫波和縱波，下列說法正確的是()A．振源上、下振動形成的波是橫波B．振源水平振動形成的波是縱波C．波沿水平方向傳播，質(zhì)點上下振動，這類波是橫波D．質(zhì)點沿水平方向振動，波沿水平方向傳播，這類波是縱波【審題指導(dǎo)】推斷橫波與縱波的方法是依據(jù)波的傳播方向與質(zhì)點振動方向的關(guān)系．【解析】依據(jù)縱波與橫波的概念，質(zhì)點振動方向與波傳播方向垂直者為橫波，同始終線者為縱波，并不是上、下振動與水平振動的問題．所以A、B兩項錯誤，C正確；對于D，水平傳播、水平振動還不足以說明是同始終線，則D項錯誤．【答案】C關(guān)于橫波和縱波，下列說法正確的是(D)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肯定相同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：形成橫波的質(zhì)點振動的方向只能與波的傳播方向垂直，形成縱波的質(zhì)點的運動方向總是與波的傳播方向在同始終線上，有時相同，有時相反，故A、B選項都錯誤；無論是橫波還是縱波，質(zhì)點都是在平衡位置旁邊往復(fù)運動，不會隨波遷移，故C錯誤；因為空氣介質(zhì)只能通過壓縮而產(chǎn)生相互作用力，故空氣介質(zhì)只能傳播縱波，D選項正確．考點三機械波1．機械波機械振動在介質(zhì)中傳播，形成機械波．【說明】生活中常見的波大部分是機械波，如聲波、水波等，無線電波、光屬于電磁波．2．介質(zhì)與機械波的傳播介質(zhì)中有機械波傳播時，介質(zhì)中的物質(zhì)并不隨波一起傳播，傳播的只是振動這種運動形式，同時傳播波源的能量和包含的信息．3．機械波的特點(1)各質(zhì)點都做受迫振動，其振動的頻率(或周期)都與波源的頻率(或周期)相同，各質(zhì)點的起振方向都與波源相同，但不同步，離波源越遠的質(zhì)點振動越滯后．(2)機械波傳播的是波源的運動形式和波源供應(yīng)的能量，介質(zhì)中各質(zhì)點并不隨波遷移，而是在自己的平衡位置旁邊振動．在橫波中，波動方向與振動方向垂直．勻稱介質(zhì)中，波動是勻速運動，振動是變速運動．(3)介質(zhì)中各質(zhì)點靠彈力相互作用，前一質(zhì)點帶動后一質(zhì)點振動，后一質(zhì)點跟著前一質(zhì)點振動，故可通過前一質(zhì)點的位置而確定后一質(zhì)點的運動方向．此外，若不計能量損失，在勻稱介質(zhì)中各質(zhì)點振動的振幅應(yīng)相同．(4)機械波在傳播時也傳遞了信息．【例3】沿繩傳播的一列機械波，當(dāng)波源突然停止振動時()A．繩上各質(zhì)點同時停止振動，橫波馬上消逝B．繩上各質(zhì)點同時停止振動，縱波馬上消逝C．離波源較近的各質(zhì)點先停止振動，較遠的各質(zhì)點稍后停止振動D．離波源較遠的各質(zhì)點先停止振動，較近的各質(zhì)點稍后停止振動【審題指導(dǎo)】1．由于波源的振動依次引起后面質(zhì)點的振動，從而形成機械波，試想有機械波肯定存在機械振動嗎？2．機械波是由波源的振動引起的，那么有機械振動肯定形成機械波嗎？3．假如波源停止振動，機械波能立刻消逝嗎？為什么？4．機械波的形成是由前面的質(zhì)點依次帶動后面的質(zhì)點形成的，那么波源停止振動后，是離波源近的質(zhì)點先停止振動還是遠的質(zhì)點先停止振動？為什么？【解析】波形成后，假如波源停止振動，波不會馬上消逝，A、B錯；波源的能量不斷向遠處傳播，故離波源較近的質(zhì)點先停止振動，C正確，D錯．【答案】C(多選)關(guān)于機械波的形成和傳播，下列說法中正確的是(BC)A．物體做機械振動，肯定產(chǎn)朝氣械波B．后振動的質(zhì)點總是跟著先振動的質(zhì)點重復(fù)振動，只是時間落后一步C．參加振動的質(zhì)點群有相同的頻率D．機械波是質(zhì)點隨波遷移，也是振動能量的傳遞解析：機械波的形成必需具備的兩個條件：振源和介質(zhì)，只有物體做機械振動，而其四周沒有傳播這種振動的介質(zhì)，遠處的質(zhì)點不行能振動起來形成機械波，故A選項錯誤；形成機械波的各個質(zhì)點，只在平衡位置旁邊往復(fù)運動，并沒有隨波遷移，離振源遠的質(zhì)點振動的能量，是通過各質(zhì)點的傳遞從振源獲得，故D選項錯誤．【例4】如圖所示是以質(zhì)點P為振源的機械波沿著一條固定的輕繩傳播到質(zhì)點Q的波形圖，則質(zhì)點P剛起先振動時的方向為()A．向上B．向下C．向左D．向右【審題指導(dǎo)】1．由題中條件可知波向哪個方向傳播？2．傳到Q點時，Q點向哪個方向運動？【解析】由于是波源帶動了后面的質(zhì)點依次振動，且后面的質(zhì)點總是重復(fù)前面質(zhì)點的振動狀態(tài)，所以介質(zhì)中各質(zhì)點起先振動時的方向都與波源起先振動時的方向相同．此時波剛傳播至Q點，Q點此時的振動狀態(tài)即與波源P起先振動時的狀態(tài)相同．由波的傳播特點可知Q點此時是向上運動的，所以波源P點剛起先振動時的方向也向上．正確選項為A.理解波的形成過程可以解決質(zhì)點振動方向、傳播特點等問題．【答案】A下圖是一列向右傳播的橫波，請標(biāo)出這列波中a、b、c、d…h(huán)等質(zhì)點在這一時刻的速度方向．答案：a、b兩質(zhì)點速度方向向上，d、e、f質(zhì)點速度方向向下，h質(zhì)點速度方向向上，c、g兩質(zhì)點速度為零，如圖所示．學(xué)科素養(yǎng)提升振動和波動的區(qū)分與聯(lián)系振動波動區(qū)分探討對象單個質(zhì)點在平衡位置旁邊的往復(fù)運動，探討的是單個質(zhì)點的“個體行為”振動在介質(zhì)中的傳播，探討的是大量質(zhì)點將波源振動傳播的“群體行為”力的來源可以由作用在物體上的各種性質(zhì)力供應(yīng)聯(lián)系介質(zhì)中各質(zhì)點的彈力運動性質(zhì)質(zhì)點做變加速運動在勻稱介質(zhì)中是勻速直線運動(續(xù)表)振動波動聯(lián)系(1)振動是波動的緣由，波動是振動的結(jié)果；有波動必定有振動，但有振動不肯定有波動(2)波動的性質(zhì)、頻率和振幅都與振源相同【典例】(多選)下列有關(guān)機械振動與機械波的說法中正確的是()A．有機械振動就肯定有機械波B．機械波中各質(zhì)點振幅肯定相同C．機械波中各質(zhì)點均做受迫振動D．機械波中各質(zhì)點振動周期相同【思路分析】依據(jù)振動與波動的關(guān)系以及質(zhì)點振動的特點分析問題．【解析】有機械振動不肯定有機械波，故選項A錯誤；機械波傳播中要消耗能量，所以振動幅度漸漸減小，各質(zhì)點的振幅不肯定相等，選項B錯誤；機械波傳播中各質(zhì)點都要受到它前面質(zhì)點的作用，每個質(zhì)點都在做受迫振動，各質(zhì)點振動的周期相同，故選項C、D正確．【答案】CD波動與振動是兩個不同的概念，有些同學(xué)會錯誤地認為振動就是波動．我們知道在波的傳播過程中，肯定有質(zhì)點的振動，但質(zhì)點振動，不肯定能夠形成波動，波動是很多質(zhì)點振動而形成的，振動則是單個質(zhì)點的運動．1．(多選)關(guān)于機械波的以下說法中，正確的是(AC)A．發(fā)生波動須要兩個條件：波源和介質(zhì)B．波動過程是介質(zhì)質(zhì)點由近及遠移動的過程C．波動過程是能量由近及遠傳遞的過程D．波源與介質(zhì)質(zhì)點的振動都是自由振動解析：波源(即振源)振動時，依靠介質(zhì)中的相互作用力帶動四周各部分質(zhì)點振動起來，形成機械波．各質(zhì)點只在平衡位置旁邊做振動，并不隨波向外遷移，僅把振源的振動和能量傳播開來．波源和介質(zhì)質(zhì)點之間的相互作用力阻礙波源的振動，是一種阻力，所以波源的振動不行能是自由振動．相鄰的介質(zhì)質(zhì)點間存在相互作用，故介質(zhì)質(zhì)點也不是自由振動．2．(多選)把一根長而軟的螺旋彈簧豎直提起來，手有規(guī)律地上下振動，則(AD)A．在彈簧上形成一列機械波B．在彈簧上形成波峰和波谷C．彈簧上的質(zhì)點自上而下振動D．彈簧上的機械波自上而下傳播解析：彈簧上的質(zhì)點均在各自平衡位置旁邊振動，形成一列自上而下傳播的機械波，A、D正確；彈簧上形成的機械波是縱波，有疏部和密部，無波峰和波谷，B錯誤；彈簧上的質(zhì)點均在各自的平衡位置旁邊振動，有時向上振動，有時向下振動，C錯誤．3．(多選)關(guān)于機械波的說法正確的是(ACD)A．相鄰的質(zhì)點要相互做功B．縱波的質(zhì)點可以隨波遷移，而橫波的質(zhì)點不能C．振源起先時怎樣振動，其他質(zhì)點起先時就怎樣振動D．除振源外，波中各質(zhì)點都做受迫振動解析：機械波是由于介質(zhì)中前面的質(zhì)點帶動后面的質(zhì)點，使振源的振動形式與振源的能量向遠處傳播而形成的，前、后質(zhì)點間存在相互作用力，因而相互做功，故A正確；無論是橫波還是縱波，波傳播過程中，各質(zhì)點只能在各自的平衡位置旁邊振動，質(zhì)點不隨波遷移，因此B錯；振源依次帶動后面的質(zhì)點，每個質(zhì)點都做受迫振動，每個質(zhì)點的頻率都與振