高三物理第十二章《機械波》教案(新人教版選修34)

機械波習(xí)題課第1課時一、教課目的1．經(jīng)過本節(jié)習(xí)題課的復(fù)習(xí)，進一步熟習(xí)全章的基本內(nèi)容，提高解決問題的能力。2．本章要求同學(xué)們：①理解機械波的產(chǎn)生，知道機械波流傳的物理實質(zhì)。②理解波的圖象的物理意義，能夠利用波的圖象解決實質(zhì)問題。③知道什么是波的波長、周期（頻次）和頻次，以及波長、周期（頻次）和波速的關(guān)系，理解它們的決定要素。④知道什么是波的衍射和干預(yù)，知道產(chǎn)生衍射和干預(yù)的條件。⑤知道什么是多普勒效應(yīng)，并能利用多普勒效應(yīng)解說簡單的生活現(xiàn)象。二、復(fù)習(xí)要點：波的三大關(guān)系的綜合應(yīng)用:①波的圖象、質(zhì)點振動方向和波的流傳方向之間的關(guān)系；②波長、周期（頻次）和波速的關(guān)系v=λ/T或v=λf；③空間距離和時間的關(guān)系s=vt.三、教課方法：復(fù)習(xí)發(fā)問，講練聯(lián)合，課件演示四、教具教案，計算機，大屏幕，課件五、教課過程（一）知識回首Ⅰ機械波的形成機械振動在介質(zhì)中的流傳叫機械波，形成機械波要有機械振動做為波源，還要有流傳機械波的介質(zhì)，機械波是經(jīng)過介質(zhì)將振動的形式和能量流傳出去，波源和介質(zhì)是形成機械波的必需條件。機械波流傳的是波源的運動形式和波源供給的能量，介質(zhì)中的各個質(zhì)點并無隨波遷徙。從局部看，介質(zhì)中的各個質(zhì)點都在各自的均衡地點鄰近振動，從整體看，介質(zhì)中距波源較近的質(zhì)點先振動，而且?guī)泳嗖ㄔ摧^遠的質(zhì)點隨之振動，向外流傳波源的運動形式和波源供給的能量。介質(zhì)中的各質(zhì)點都做受迫振動，所以介質(zhì)中各質(zhì)點振動的周期和頻次都與波源的振動周期和頻次相同，這個周期和頻次就叫做機械波的周期和頻次，波的流傳是需要時間的，在波傳播過程中，介質(zhì)中各個質(zhì)點振動的周期和頻次是相同的，但它們振動的步伐不一樣，在波流傳方向上后邊的質(zhì)點老是追隨前面質(zhì)點的振動，其步伐總比前面質(zhì)點滯后一些。機械波分橫波和縱波兩種，介質(zhì)中各質(zhì)點振動方向與波的流傳方向垂直的波叫橫波，介質(zhì)中各質(zhì)點的振動方向與波的流傳方向在同向來線上的波叫縱波。Ⅱ描繪波的物理量──波長，周期（頻次）和波速波長的意義可從兩個角度去理解，反應(yīng)了研究波的兩種方法，從振動的角度來講，兩個相鄰的，在振動過程中對均衡地點的位移老是相等的質(zhì)點間的距離叫波長，如相鄰的兩個波峰或波谷間的距離就是一個波長，從波流傳的角度來講，振動在一個周期里在介質(zhì)中流傳的距離等于一個波長。波的周期和頻次就是介質(zhì)中各個點振動的周期和頻次，它等于波源的周期和頻次，波的周期和頻次與波流傳的介質(zhì)沒關(guān)并在波流傳過程中保持不變。波流傳振動這類運動形式，某一時刻，介質(zhì)中的A點處在波峰（或振動的某一地點），跟著波的流傳，能夠看到波峰沿著波的傳播方向挪動，經(jīng)過一段時間介質(zhì)B點達到波峰，即振動由A傳到B點，波流傳的距離和全部時間的比叫波速。由波長意義能夠得出波的公式：，它是表示波流傳規(guī)律的一個基本公式，在機械波中，波的周期和頻次由波源的周期和頻次決定，在波流傳過程中是不變的，波速是由介質(zhì)的性質(zhì)決定的，不一樣介質(zhì)波速不一樣。波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，周期和頻次不變，波長與波在介質(zhì)中的波速成正比。Ⅲ波的圖象波在介質(zhì)中流傳時，介質(zhì)中不一樣質(zhì)點的位移隨時間變化的狀況是不一樣的，介質(zhì)中某一點的振動位移既跟時間相關(guān)，又跟它距波源的距離相關(guān)，為了表示波在介質(zhì)中的流傳狀況，往常選定某一時刻，用縱坐標(biāo)表示該時刻各個質(zhì)點走開均衡地點的位移，橫坐標(biāo)表示介質(zhì)中各個質(zhì)點的均衡地點，用光滑的曲線連結(jié)此時刻各質(zhì)點位移矢量的尾端，這就是該時刻波的圖象。波的圖象是一條正弦或余弦曲線，從波的圖象中能夠看出：在波的流傳方向上的介質(zhì)中各點在某時刻走開均衡地點的位移；波的波長；介質(zhì)中各質(zhì)點振動的振幅，若知道波的流傳速度，則可由波的公式，求出波的周期和頻次。波的流傳擁有時間的周期性和空間的周期性，時間的周期性是指每隔一個周期或一個周期整數(shù)倍的時間，波形老是重復(fù)出現(xiàn)的，這是因為每隔一個周期整數(shù)倍的時間，介質(zhì)中各個質(zhì)點振動狀況總是重復(fù)的；空間的周期性是指沿波的流傳方向上每隔一個波長整數(shù)倍的距離的質(zhì)點振動狀況老是相同的，所以假如將波的圖象沿著波的流傳方向平行挪動一個波長的整數(shù)倍距離，波形也是相同的。Ⅳ波的干預(yù)和衍射，波的干預(yù)和衍射是波獨有的現(xiàn)象波的干預(yù)是頻次相同的兩列波疊加，使介質(zhì)中某些地區(qū)的振動增強，某些地區(qū)的振動減弱，而且振動增強的減弱的地區(qū)相互間隔，形成穩(wěn)固散布的現(xiàn)象。波的衍射是波繞過阻礙物偏離直線流傳的現(xiàn)象，阻礙物或孔的尺寸比波長小，或跟波長差不多時，才有比較明顯的衍射現(xiàn)象。Ⅴ多普勒效應(yīng)因為波源或察看者相對于介質(zhì)有相對運動時，察看者所接收到的波頻次有所變化的現(xiàn)象就叫做多普勒效應(yīng)．多普勒效應(yīng)是顛簸過程所擁有的共同特征，不單聲波（機械波）有多普勒效應(yīng)，光波也擁有多普勒效應(yīng)。（二）例題精講【例1】如圖1所示，一列沿x軸正方向流傳的機械橫波在某一時刻的圖象，從圖中可看出這列橫波的振幅是______米，波長是_______米，P點處的質(zhì)點在此時刻的運動方向是________。剖析解答：從波的圖象可直接讀出振幅

0.04-0.04圖10.04m，波長2m，判斷P處質(zhì)點此時刻的運動方向有兩種方法：其一是前質(zhì)點帶動后質(zhì)點振動法，離波源較遠的后質(zhì)點總要追隨，模仿離波源較近的前質(zhì)點的振動，不過其振動步伐比前質(zhì)點滯后一些，從圖1中看出，波沿x軸正方向流傳，介質(zhì)中的A點與P點對比，A是前質(zhì)點，P是后質(zhì)點，相差λ/4距離，P質(zhì)點經(jīng)過T/4時間將抵達A質(zhì)點此刻的地點處，由此判斷出P質(zhì)點是向y軸正方向運動的。其二是波形平移法，如圖1所示，將原波形（實線）沿波的流傳方向推動一段很小距離獲得推動后的波形（虛線），比較質(zhì)點在原波形上的地點P和在推后波形上的地點P’，明顯原在P處的質(zhì)點抵達了P’處，相同得出此時刻在P處的質(zhì)點是沿正方向運動的。評論：依據(jù)波的圖象可直接讀出該時刻介質(zhì)中各質(zhì)點對均衡位置的位移，質(zhì)點振動的振幅和波長，要嫻熟掌握依據(jù)波流傳方向，判斷質(zhì)點振動方向可有兩種基本方法、即前質(zhì)點帶動后質(zhì)點振動法和波形平移法，依據(jù)質(zhì)點的振動方向判斷波流傳方向，可采納上述相反的方法判斷?！纠?】如圖2所示，a、b是水平繩上的兩點，相距42厘米，一列正弦波沿繩流傳，方向從a到b，每當(dāng)a點經(jīng)過均衡地點向上運動時，b

點正好抵達上方最大位移處，

則此波的波長可能是（

）A.168

厘米

B.184

厘米

C.56

厘米

D.24

厘米剖析解答：題中給出，每當(dāng)a點經(jīng)過均衡地點向上運動時，b點正好抵達上方最大位移處，則ab間距離為3λ/4或或，如圖2所示，寫出通式，(k=0,1,2)，由此可獲得波長的可能值：當(dāng)長最大值，k=1時，λ=24

k=0時，42=厘米，故此題選項

，λ=56厘米，此為波C、D都正確。圖

2評論：由質(zhì)點振動的周期性和波速、波長、頻次的關(guān)系v=lf，將致使求解波的問題中，波速、波長、頻次（周期）的多解問題，此題是在已知波流傳方向的狀況下議論波長的多解問題，若不知傳播方向，還要議論波沿反方向流傳時波長的可能值，將兩個方向傳播時，波長的可能值含在一同才是完好的，不然，將漏解。【例3】如圖3所示，實線是一列簡諧波在某一時刻的波形圖，虛線是0.2S后它的波形圖，這列波可能的流傳速度是_________。剖析解答：從圖中先讀出λ=4m，因為此題沒有給出波流傳方向，所以波向x軸正方向和波向x軸反方向流傳兩種狀況都要考慮。⑴設(shè)波沿x軸正方向流傳，則由圖可知，在t=0.2S時間內(nèi)，圖中實線波形向右挪動,,，可獲得虛線波形圖，則波流傳的距離可能值為，（n=0,1,2），波流傳速度的可能值為，n=0,1,2。此題還能夠經(jīng)過剖析介質(zhì)中各質(zhì)點振動狀況，求出波的可能周期或頻次，利用波長、波速、頻次（周期）的關(guān)系獲得波的流傳速度，圖中實線波形變?yōu)樘摼€波形需經(jīng)過(n+)T時間，則(n+)T=t=0.2S，可能的周期值為T=t/(n+)，可能的波速值為v=λ/T=λ(n+)/t=20(n+)(m/S)，n=0,1,2。⑵設(shè)波沿x軸負方向流傳，圖中實線波形向左挪動,,可獲得虛線波形，則波流傳距離可能值為S=(n+)λ，(n=0,1,2)，波流傳速度的可能值為n=0,1,2。圖中實線波形變?yōu)樘摼€波形，可能的周期值為T=t/(n+)，可能波速值為v=λ/T=λ(n+)/t=20(n+)(m/S)，n=0,1,2。評論：從此題剖析解答能夠看出，在波流傳過程中，假如沒有條件限制，其波速有多解性，解題時必定要仔細剖析，不要發(fā)生漏解。第2課時【例4】如圖4所示，是一列簡諧橫波在t=0時刻的波形圖，而且此時波沿x軸正方向流傳到x=2.5cm處，已知從t=0到t=1.1s時間內(nèi)，P點第三次出此刻波峰地點，則P點的振動周期是_____S，經(jīng)過______S另一質(zhì)點Q第一次抵達波峰。圖4剖析解答：因為波沿x軸正方向流傳，媒質(zhì)中前質(zhì)點帶動后邊質(zhì)點振動，質(zhì)點P將在T/4后抵達零地點質(zhì)點此刻的地點，所以質(zhì)點P運動方向向下，經(jīng)過3T/4將出此刻第一次波峰處，故P質(zhì)點第三次抵達波峰經(jīng)歷時間為(2+)T=1.1S，所以T=0.4S，波速v=l/T=2/0.4=5(m/s)，由圖可知此時地點1的質(zhì)點在波峰，它要傳到地點6的Q質(zhì)點所經(jīng)歷的時間t=S/v=6－1/5=1S，所以經(jīng)過1S質(zhì)點

Q第一次抵達波峰?！纠?】如圖5所示，S1、S2是兩個相關(guān)波源，它們振動同步且振幅相同。實線和虛線分別表示在某一時刻它們所發(fā)出的波的波峰和波谷。對于圖中所標(biāo)的a、b、c、d四點，以下說法中正確的有圖5該時刻a質(zhì)點振動最弱，b、c質(zhì)點振動最強，d質(zhì)點振動既不是最強也不是最弱該時刻a質(zhì)點振動最弱，b、c、d質(zhì)點振動都最強C.a質(zhì)點的振動一直是最弱的，b、c、d質(zhì)點的振動一直是最強的D.再過T/4后的時刻a、b、c三個質(zhì)點都將處于各自的均衡位置，所以振動最弱解：該時刻a質(zhì)點振動最弱，b、c質(zhì)點振動最強，這不難理解?？墒莇既不是波峰和波峰疊加，又不是波谷和波谷疊加，如何判斷其振動強弱？這就要用到充要條件：“到兩波源的行程之差是波長的整數(shù)倍”時振動最強，從圖中能夠看出，d是S1、S2連線的中垂線上的一點，到S1、S2的距離相等，所以必定為振動最強點。描繪振動強弱的物理量是振幅，而振幅不是位移。每個質(zhì)點在振動過程中的位移是在不停改變的，但振幅是保持不變的，所以振動最強的點不論處于波峰仍是波谷，振動一直是最強的。此題答案應(yīng)選B、C【例6】如圖6兩個正弦波沿同一條直線向相反方向流傳，在相遇階段，波形將如何變化？解：依據(jù)波的獨立流傳原理和疊加原理可作出如右圖形。評論：獨立流傳原理：幾列波相遇時，能夠保持各圖6自的運動狀態(tài)持續(xù)流傳，不相互影響。疊加原理：介質(zhì)質(zhì)點的位移、速度、加快度都等于幾列波獨自轉(zhuǎn)播時惹起的位移、速度、加快度的矢量和。（三）同步練習(xí)1．對于機械波和機械振動的關(guān)系，以下說法中正確的選項是（）有機械振動就有機械波有機械波就必定有機械振動機械波中各質(zhì)點的振動頻次相同機械波在流傳過程中介質(zhì)中的各質(zhì)點是同時開始振動的2．聲波在鋼軌中流傳的速度大于在空氣中流傳的速度，則當(dāng)聲音由空氣傳到鋼軌中時（）A．頻次變小，波長變大B．波長變小，頻次變大C．頻次不變，波長變大D．頻次不變，波長變小3．一列簡諧波在x軸上流傳，在某時刻波形圖如圖7所示，已知此時質(zhì)點E的運動方向向下，則（）A．此波沿x軸正方向流傳B．質(zhì)點C此時向下運動C．質(zhì)點A將比質(zhì)點B先回到均衡地點D．質(zhì)點D的振幅為零

圖7．平均介質(zhì)中沿波的流傳方向上A、B兩點相距L，振動從A傳到B所用時間小于兩個周期，某時刻A處于負的最大位移處，而B恰在均衡地點向正方向運動，則這列波的波長是_____。（四）能力訓(xùn)練5．在圖8所示的坐標(biāo)中，有一列橫波沿x軸的負方向流傳速度為6m/s，當(dāng)位于x=3cm的A質(zhì)點恰在均衡位置，1且振動方向向上，位于x2=6cm的質(zhì)點B正處于x軸下方最大位移處，求：圖81）這列波的最小頻次。畫出最小頻次所對應(yīng)的波形。2）若不受最小頻次的限制寫出波長的表達式。6．一列簡諧橫波，在波流傳方向上有相距為S=1m的兩個質(zhì)點a和b，當(dāng)質(zhì)點a在正的最大位移處時，b質(zhì)點恰好經(jīng)