魯科版選修34 波的形成和描述 第1課時 教案.docx

第1節(jié)波的形成和描述教學(xué)目標(biāo)：1.理解機械波的產(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，能區(qū)分波動圖象和振動圖象，會應(yīng)用它們解題.4.掌握波的特征，理解波長、頻率和波速的物理意義及其定量關(guān)系重點：機械波的形成過程及傳播規(guī)律波的圖象認(rèn)識及畫波形圖難點：理解波長、頻率和波速，并能應(yīng)用vf進行計算利用波的圖象解決問題教學(xué)過程：1.基本知識(1)機械波的形成條件振源：做機械振動的物體介質(zhì)：能傳播波的物質(zhì)(2)波的形成原因介質(zhì)中各質(zhì)點間存在相互作用，前一質(zhì)點的振動帶動后一質(zhì)點振動，依次帶動下去，振動由發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處傳播，從而形成了波(3)機械波定義：機械振動在介質(zhì)中傳播，形成了機械波特點：a介質(zhì)中有機械波傳播時，質(zhì)點并不隨波遷移b傳播的只是機械振動這種運動形式同時也傳遞能量和信息c介質(zhì)中各質(zhì)點均做受迫振動各質(zhì)點振動的周期與波源振動周期相同d介質(zhì)中質(zhì)點開始振動的方向均與波源開始振動的方向相同e離波源越遠(yuǎn)，質(zhì)點振動越滯后2思考判斷(1)機械波傳播的是介質(zhì)中的質(zhì)點()(2)機械波傳播的是質(zhì)點的運動形式()(3)機械波傳播的是能量()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展出去，于是樹葉運動起來請問樹葉會隨水波往外移動嗎？【提示】不會因為小石子激起的水波是振動的傳播，水并不向外移動，水的質(zhì)點只是上下振動，所以樹葉不會隨水波往外移動1.基本知識機械波分為橫波和縱波兩類定義標(biāo)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)點分布最密的地方(2)疏部：質(zhì)點分布最疏的地方2.思考判斷(1)橫波中質(zhì)點的振動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(1)波的圖象描述波形：在繩子波動的某個時刻拍下照片，就能得到該時刻的波形圖象：在波形上添加一個坐標(biāo)系，就可以得到該時刻這個波的圖象用橫坐標(biāo)x表示在波的傳播方向上各質(zhì)點的平衡位置，縱坐標(biāo)y表示某時刻各質(zhì)點偏離平衡位置的位移簡諧波：介質(zhì)中各質(zhì)點做簡諧運動，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刻各個質(zhì)點對平衡位置的位移(2)波的特征波的周期和頻率：質(zhì)點完成一次全振動的時間叫做周期，用t表示介質(zhì)中的質(zhì)點每秒完成全振動的次數(shù)叫做波的頻率，用f表示兩者的關(guān)系：t波長：在波動中，沿著波的傳播方向，兩個相鄰的、相對平衡位置的位移和振動方向總是相同的質(zhì)點間的距離，叫波長，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)點的運動軌跡()(2)在一個周期內(nèi)，振動在介質(zhì)中傳播的距離等于一個波長()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)點某時刻的分布相似，縱波的波形是不是也和介質(zhì)中各質(zhì)點某時刻的分布相似？【提示】不一樣，波的圖象描述的是某一時刻各質(zhì)點的位移分布情況，縱波的波形也是正弦圖線，而不是縱波各質(zhì)點的疏密分布機械波的形成、傳播和特點【問題導(dǎo)思】1機械波是如何形成的？2波的特點是什么？3如何區(qū)分簡諧振動與簡諧波動？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(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(yuǎn)，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，并不隨波逐流(5)起振方向介質(zhì)中各質(zhì)點的起振方向均與波源開始振動的方向相同3簡諧振動與簡諧波動的比較 名稱比較項目簡諧振動簡諧波動區(qū)別研究對象不同振動是單個質(zhì)點以平衡位置為中心所做的往復(fù)運動波動是介質(zhì)中大量質(zhì)點依次發(fā)生振動而形成的“集體運動”產(chǎn)生原因不同振動是由于質(zhì)點所受回復(fù)力作用的結(jié)果波動是由于介質(zhì)中相鄰質(zhì)點的帶動作用而形成的能量變化情況不同振動過程中動能和勢能不斷地相互轉(zhuǎn)化，總機械能守恒振源將機械能傳遞給它的相鄰質(zhì)點，這個質(zhì)點再將能量傳遞給下一質(zhì)點，每個質(zhì)點在不斷地吸收和放出能量，從而把波源的能量傳播出去，是一個能量的傳遞過程聯(lián)系(1)振動是波動的成因，波動是振動在介質(zhì)中的傳播. (2)波動的周期等于質(zhì)點振動的周期. (3)有振動不一定有波動，因為波的形成還需要有傳播振動的介質(zhì)但有波動一定有振動. (4)波源停振后，介質(zhì)中的波動并不立即停止，而是繼續(xù)向遠(yuǎn)處傳播，直到振動能量完全損失.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，每相鄰兩質(zhì)點間距離相等，其中o為波源設(shè)波源的振動周期為t，自波源通過平衡位置豎直向下振動時開始計時，經(jīng)過，質(zhì)點1開始起振，則下列關(guān)于各質(zhì)點的振動和波的說法中正確的是()a介質(zhì)中所有質(zhì)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振動時，通過平衡位置或最大位移的時間總是比質(zhì)點7通過相同位置時落后t/4d只要圖中所有質(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，但如果質(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【審題指導(dǎo)】(1)機械振動在介質(zhì)中傳播形成機械波(2)波傳播時，質(zhì)點發(fā)生振動，但質(zhì)點并不隨波遷移，傳播的只是機械振動這種形式【解析】根據(jù)波的傳播特點知，波傳播過程中各質(zhì)點的振動總是重復(fù)波源的振動，所以起振方向相同，都是豎直向下，但從時間上來說，起振依次落后的時間，所以選項a、c正確，b錯誤；由題意知，質(zhì)點9比質(zhì)點1應(yīng)晚起振兩個周期，所以當(dāng)所有質(zhì)點都起振后，質(zhì)點1與質(zhì)點9步調(diào)完全一致，所以選項d正確【答案】acd波動過程介質(zhì)中各質(zhì)點的運動特點波動過程介質(zhì)中各質(zhì)點的振動周期都與波源的振動周期相同，其運動特點可用三句話來描述，即1先振動的質(zhì)點帶動后振動的質(zhì)點2后振動的質(zhì)點重復(fù)前面質(zhì)點的振動3后振動質(zhì)點的振動狀態(tài)落后于先振動的質(zhì)點概括起來就是“帶動、重復(fù)、落后”1如圖，t0時刻，波源在坐標(biāo)原點從平衡位置沿y軸正向開始振動，振動周期為0.4 s，在同一均勻介質(zhì)中形成沿x軸正、負(fù)兩方向傳播的簡諧橫波下圖中能夠正確表示t0.6 s時波形的圖是()【解析】根據(jù)波動與振動的關(guān)系分析波的圖像根據(jù)波的傳播的周期性，t0.6 s時的波形是波源振動1個周期形成的，此時波源在坐標(biāo)原點從平衡位置向y軸負(fù)方向振動，由波的傳播方向與質(zhì)點的振動方向的關(guān)系知選項c正確【答案】c怎樣正確認(rèn)識波的圖形【問題導(dǎo)思】1從波的圖象上可獲取哪些信息？2波的圖象與振動圖象有哪些區(qū)別？3如何確定質(zhì)點的振動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和振幅(2)可確定任一質(zhì)點在該時刻的位移(3)因加速度方向和位移方向相反，可確定任一質(zhì)點在該時刻的加速度方向(4)若已知波的傳播方向，可確定各質(zhì)點在該時刻的振動方向，并判斷位移、加速度、速度、動能的變化2波的圖象與振動圖象的比較兩種圖象異同比較簡諧運動的圖象簡諧波的圖象不同點研究的內(nèi)容一個質(zhì)點的位移隨時間的變化規(guī)律某時刻參與波動的所有質(zhì)點的空間分布規(guī)律不同點圖象圖象變化圖象隨時間延伸，原有部分圖形不變整個波形沿波的傳播方向平移，不同時刻波形不同一個完整圖象所占橫坐標(biāo)的距離表示一個周期t表示一個波長物理意義一個質(zhì)點相對于平衡位置的位移x隨時間t的變化關(guān)系x軸上所有質(zhì)點在某一時刻相對于平衡位置的位移運動情況質(zhì)點做簡諧運動，屬非勻變速運動波在同一均勻介質(zhì)中是勻速傳播，介質(zhì)中每個質(zhì)點都做簡諧運動比喻單人舞的錄像抓拍的集體舞照片相同點圖象形狀正(余)弦曲線正(余)弦曲線縱坐標(biāo)不同時刻某一質(zhì)點的位移某一時刻介質(zhì)中所有質(zhì)點的位移縱坐標(biāo)最大l值振幅振幅3.判斷質(zhì)點振動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)點在該時刻的振動方向，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”的點向下運動，“下坡”的點向上運動，簡稱“上坡下，下坡上”如圖212.圖212帶動法原理：先振動的質(zhì)點帶動鄰近的后振動的質(zhì)點方法：在質(zhì)點p靠近波源一方附近的圖象上另找一點p，若p在p上方，則p向上運動，若p在p下方，則p向下運動如圖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)微小時間t(t)后的波形，就知道了各質(zhì)點經(jīng)過t時間到達(dá)的位置，此刻質(zhì)點振動方向也就知道了如圖214.圖214同側(cè)法若在波動圖象上標(biāo)出質(zhì)點的振動方向，并在同一點上標(biāo)出波的傳播方向，這兩個表示方向的箭頭位于波動圖象的同一側(cè)，如圖215.圖215(2)由質(zhì)點振動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波動圖象和振動圖象外形上很相似，辨別時要看清圖象的橫軸表示的是時間還是位移2在波動圖象中，每個質(zhì)點的振動規(guī)律是完全相同的，求解單個質(zhì)點的振動問題時，可以利用振動規(guī)律進行分析求解3每隔整數(shù)倍的周期，各質(zhì)點一定回到原來的位置，波動圖象復(fù)原一次介質(zhì)中坐標(biāo)原點o處的波源在t0時刻開始振動，產(chǎn)生的簡諧波沿x軸正向傳播，t0時刻傳到l處，波形如圖216所示下列能描述x0處質(zhì)點振動的圖象是()圖216【審題指導(dǎo)】解答本題時可按以下思路分析：【解析】從波形圖上看出，x0處的質(zhì)點下一時刻的振動方向是向y軸負(fù)方向運動，所以振動圖線是a或c，考慮到波傳播到l處，l處質(zhì)點的起振方向向下，所以振動圖線必是c.【答案】c1關(guān)于振動和波的關(guān)系，下列說法正確的是()a有機械波必有振動b有機械振動必有波c離波源遠(yuǎn)的質(zhì)點振動周期長d波源停振時，介質(zhì)中的波動立即停止【解析】一個質(zhì)點的振動會帶動鄰近質(zhì)點的振動，使振動這種運動形式向外傳播出去而形成機械波，但在缺少介質(zhì)的情況下，波動現(xiàn)象就無法發(fā)生，故a對，b錯波動形成以后，各質(zhì)點的振動都先后重復(fù)波源的振動，故各質(zhì)點的振動周期是一樣的，c錯大量質(zhì)點的振動所形成的波動不會因波源的停振而立即消失，因為能量不會無緣無故地消失，故d錯【答案】a2(多選)機械波在傳播過程中，下列說法中正確的是()a各質(zhì)點都在各自的平衡位置附近振動b相鄰質(zhì)點間必有相互作用力c前一質(zhì)點的振動帶動相鄰的后一質(zhì)點振動，后一質(zhì)點的振動必定落后于前一質(zhì)點d各質(zhì)點在振動的同時還要隨波一起向前遷移【解析】根據(jù)波向前傳播的特點，前面的質(zhì)點帶動后面的質(zhì)點振動，但質(zhì)點只在各自的平衡位置附近振動，并不隨波遷移【答案】abc圖21123一列沿x軸正方向傳播的簡諧機械橫波，波速為4 m/s.某時刻波形如圖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x4 m處質(zhì)點沿y軸負(fù)方向運動d此時x4 m處質(zhì)點的加速度為0【解析】讀懂波形圖，明確波動與振動的關(guān)系由題圖可得，這列波的振幅為2 cm，選項a錯誤；由題圖得，波長8 m，由t得t2 s，選項b錯誤；由波動與振動的關(guān)系得，此時x4 m處質(zhì)點沿y軸正方向運動，且此質(zhì)點正處在平衡位置，故加速度a0，選項c錯誤，選項d正確【答案】d4如圖2113所示為一簡諧橫波在某一時刻的波形，已知此時質(zhì)點a正向上運動，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c向左傳播，且此時質(zhì)點d正向上運動d向左傳播，且此時質(zhì)點e正向下運動【解析】先根據(jù)a點向上運動，可判定波向左傳播(后一質(zhì)點總是落后于前一質(zhì)點的振動)，然后依據(jù)同一原則可判斷d點應(yīng)向上運動，選項c正確【答案】c5(多選)取向上為質(zhì)點振