2020-2021學(xué)年物理新教材人教版選擇性必修第一冊(cè)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(jī)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(jī)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(shí)波是振動(dòng)的傳播，知道波在傳播振動(dòng)形式的同時(shí)也傳播能量和信息．☆閱讀本節(jié)教材，回答第58頁(yè)“問題”，并梳理必要的知識(shí)點(diǎn)．教材第58頁(yè)問題提示：彩帶上的波浪向前傳播實(shí)際是振動(dòng)在彩帶上傳播，但彩帶上的每個(gè)點(diǎn)并不向前運(yùn)動(dòng)．一、波的形成1．波的形成個(gè)質(zhì)點(diǎn)又帶動(dòng)更遠(yuǎn)一些的質(zhì)點(diǎn)……，繩上的質(zhì)點(diǎn)都很快跟著振動(dòng)起來，只是后面的質(zhì)點(diǎn)總比前面的質(zhì)點(diǎn)遲一些開始振動(dòng)，這樣在整個(gè)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(jī)械振動(dòng)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(diǎn)：組成介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)之間有相互作用，一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)會(huì)引起相鄰質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)．二、橫波和縱波1．橫波與縱波的比較定義標(biāo)識(shí)性物理量實(shí)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(diǎn)分布密質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)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(diǎn)分布稀疏的部分2.聲波發(fā)聲體振動(dòng)時(shí)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(jī)械波1．形成：機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播，形成機(jī)械波．2．產(chǎn)生條件要有波源．要有傳播振動(dòng)的介質(zhì)．3．特點(diǎn)介質(zhì)中有機(jī)械波傳播時(shí)，介質(zhì)本身并不隨波一起傳播，因此說它傳播的只是振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)形式．介質(zhì)中本來靜止的質(zhì)點(diǎn)，隨著波的傳來而發(fā)生振動(dòng)，可見波是傳遞能量的一種方式．我們能用語(yǔ)言進(jìn)行交流，說明波可以傳遞信息．1．思考判斷正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)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(diǎn)的運(yùn)動(dòng)是近似的勻速直線運(yùn)動(dòng)．×)×)如果波源停止振動(dòng)，介質(zhì)中的波也會(huì)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(shí)波剛傳到B點(diǎn)，由圖可判斷波源A點(diǎn)開始的振動(dòng)方向是________．解析]由于波剛剛傳到B點(diǎn)，所以B點(diǎn)此時(shí)的振動(dòng)方向就是波源的起振方向，由圖根據(jù)波的傳播與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的關(guān)系可以知道，B質(zhì)點(diǎn)此時(shí)正向上振動(dòng)，所以波源A質(zhì)點(diǎn)剛開始的振動(dòng)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(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向垂直的波叫作橫波B．質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)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(yè)“演示”答案提示：紅色標(biāo)記在其位置上下振動(dòng)，并不隨波向繩的另一端移動(dòng)．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(dòng)旁邊的同學(xué)重復(fù)他的動(dòng)作，只是后邊的一位總比前邊的一位稍遲一點(diǎn)點(diǎn)．這樣就會(huì)看到凹凸相間的波沿著隊(duì)伍傳播開來，而每個(gè)學(xué)生的位置并沒有移動(dòng)．運(yùn)動(dòng)會(huì)上的團(tuán)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(dòng)．1．機(jī)械波的形成2．波的特點(diǎn)(1)振幅：像繩波這種一維(只在某個(gè)方向上傳播)機(jī)械波，若不計(jì)能量損失，各質(zhì)點(diǎn)的振幅相同．周期：各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期均與波源的振動(dòng)周期相同．步調(diào)：離波源越遠(yuǎn)，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)越滯后．立場(chǎng)：各質(zhì)點(diǎn)只在各自的平衡位置附近振動(dòng)，并不隨波遷移，且起振方向與振源的起振方向相同．機(jī)械波向前傳播的是振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)形式，同時(shí)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)其余質(zhì)點(diǎn)依次上下振動(dòng)，把振動(dòng)從繩的左端傳到右T＝01開始向上運(yùn)動(dòng)，＝時(shí)，1到達(dá)最上方，54Tt＝時(shí)，質(zhì)點(diǎn)8、、16的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(是否運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)方向如何？23Tt＝時(shí)，質(zhì)點(diǎn)8、、16的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何？4解析]各質(zhì)點(diǎn)在各時(shí)刻的情況，如圖所示．甲乙T由甲圖可知＝時(shí)質(zhì)點(diǎn)8未到達(dá)波峰正在向上振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)16未23T4振動(dòng)．由乙圖可知，t＝時(shí)，質(zhì)點(diǎn)8正在向下振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)12向上振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)16未振動(dòng)．答案]見解析機(jī)械波的形成和傳播特點(diǎn)(1)機(jī)械波的形成過程及特點(diǎn)可以概括為“帶動(dòng)、重復(fù)、落后”，即前一質(zhì)點(diǎn)“帶動(dòng)”后一質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，后一質(zhì)點(diǎn)“重復(fù)”前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)形式，并且后一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)“落后”于前一質(zhì)點(diǎn)．(2)就整個(gè)物體來說，呈現(xiàn)的現(xiàn)象是波動(dòng)，而就構(gòu)成物體的單個(gè)質(zhì)點(diǎn)來說，所呈現(xiàn)的現(xiàn)象是振動(dòng)．(3)要畫另一時(shí)刻的波形圖，應(yīng)先確定特殊點(diǎn)的位置，即此時(shí)刻在平衡位置或最大位移處的點(diǎn)如波源1和質(zhì)點(diǎn)13這些點(diǎn)的位置確定后其他點(diǎn)可順勢(shì)找出．[跟進(jìn)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(dòng)時(shí)(設(shè)繩無限長(zhǎng)，且波傳播過程無能量損失)()．繩上各質(zhì)點(diǎn)同時(shí)停止振動(dòng)，波同時(shí)消失B．離波源較近的質(zhì)點(diǎn)先停止振動(dòng)，直到所有質(zhì)點(diǎn)全部停止振動(dòng)．離波源較遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)先停止振動(dòng)，直到所有質(zhì)點(diǎn)全部停止振動(dòng)．前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)帶動(dòng)相鄰后一質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，這種振動(dòng)將由近及遠(yuǎn)向前傳播，不會(huì)停止D[當(dāng)波源振動(dòng)時(shí)，通過介質(zhì)將波源的振動(dòng)形式傳遞出去的同時(shí)，將能量也傳遞出去了．當(dāng)波源停止振動(dòng)后，傳出去的能量不會(huì)消失，當(dāng)沒有其他阻力時(shí)，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(cuò)誤故答案為D.]訓(xùn)練角度2波的傳播2．如圖所示為一簡(jiǎn)諧橫波在某一時(shí)刻的波形圖，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)A正向上運(yùn)動(dòng)，如圖中箭頭所示．由此可斷定此橫波()．向右傳播，且此時(shí)質(zhì)點(diǎn)B正向上運(yùn)動(dòng)B．向右傳播，且此時(shí)質(zhì)點(diǎn)C正向下運(yùn)動(dòng)．向左傳播，且此時(shí)質(zhì)點(diǎn)D正向上運(yùn)動(dòng)．向左傳播，且此時(shí)質(zhì)點(diǎn)E正向下運(yùn)動(dòng)C根據(jù)質(zhì)點(diǎn)A正向上運(yùn)動(dòng)可判定此列波向左傳播后一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)總是落后于前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)根據(jù)同一原則可斷定質(zhì)點(diǎn)D和質(zhì)點(diǎn)E都正向上運(yùn)動(dòng)故選項(xiàng)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(dòng)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(dòng)，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(dòng)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(dòng)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(dòng)中，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的播介質(zhì)只能在固體介質(zhì)中傳播在波動(dòng)中交替、間隔出現(xiàn)波峰和波谷部名師點(diǎn)睛：在現(xiàn)實(shí)生活中，繩上波為橫波，聲波為縱波，有些機(jī)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(dòng)與波動(dòng)的聯(lián)系和區(qū)別波動(dòng)是介質(zhì)中大量的質(zhì)點(diǎn)受到周而復(fù)始的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)受到相鄰質(zhì)點(diǎn)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(dòng)是波的起因，波是振動(dòng)的傳播有波動(dòng)一定有振動(dòng)，有振動(dòng)不一定有波動(dòng)牢記波動(dòng)的周期等于質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)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(shí)刻繩子形成如圖所示的凹凸形狀．對(duì)此時(shí)繩上ABCEF六個(gè)質(zhì)點(diǎn)，下列說法正確的是()．它們的振幅相同B．質(zhì)點(diǎn)D和F的速度方向相同．從此時(shí)算起，質(zhì)點(diǎn)B比C先回到平衡位置．從此時(shí)算起，質(zhì)點(diǎn)E比F先到達(dá)波峰思路點(diǎn)撥：分析質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向的方法可用“帶動(dòng)看齊”的思路分析：在波的傳播中，靠近波源的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)后面的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，離波源遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)追隨離波源近的質(zhì)點(diǎn)．ACD波源振動(dòng)時(shí)繩上各質(zhì)點(diǎn)通過相互間的彈力作用跟著做受迫振動(dòng)不考慮傳播中的能量損耗時(shí)，各質(zhì)點(diǎn)的振幅均相同，選項(xiàng)A正確；波傳播時(shí)，離波源遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)落后于離波源近的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，并跟隨著離波源近的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)由題圖可知波源在左端因此質(zhì)點(diǎn)D跟隨離波源近的質(zhì)點(diǎn)C正向上運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)F跟隨離波源近的質(zhì)點(diǎn)E正向下運(yùn)動(dòng)兩者速度方向相反選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由于此時(shí)、C兩質(zhì)點(diǎn)都向上運(yùn)動(dòng)，B比C先到最大位移處，故B比C先回到平衡位置，選項(xiàng)C正確，同理知選項(xiàng)D正確．]解答波動(dòng)問題的兩個(gè)關(guān)鍵波在傳播過程中，質(zhì)點(diǎn)只在其平衡位置附近做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，并不隨波遷移．根據(jù)質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)確定質(zhì)點(diǎn)的位置和速度方向．[跟進(jìn)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(duì)于縱波，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向有時(shí)相同，有時(shí)相反B．對(duì)于橫波，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向與波的傳播方向一定垂直．形成縱波的質(zhì)點(diǎn)隨波一起遷移．空氣介質(zhì)只能傳播縱波ABD質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直的波是橫波質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向平行的波是縱波；縱波質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向與波的傳播方向有時(shí)相同，有時(shí)相反B質(zhì)點(diǎn)都不隨波遷移C錯(cuò)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(dòng)方向的判斷4多選如圖所示為一列機(jī)械波在某一時(shí)刻的形狀，此時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)F的振動(dòng)方向如圖所示．則()．該波向左傳播B．質(zhì)點(diǎn)C比質(zhì)點(diǎn)B先回到平衡位置．質(zhì)點(diǎn)E此時(shí)刻向下振動(dòng)．質(zhì)點(diǎn)C此時(shí)刻的加速度為零ABC由波形圖和質(zhì)點(diǎn)F的振動(dòng)方向根據(jù)帶動(dòng)法可知波源在右側(cè)故該波向左傳播，選項(xiàng)A正確；由于該波向左傳播，根據(jù)帶動(dòng)法可知質(zhì)點(diǎn)E此時(shí)刻向下振動(dòng)選項(xiàng)C正確；此時(shí)質(zhì)點(diǎn)B向上振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)C在最大位移處將向下振動(dòng)故質(zhì)點(diǎn)C比質(zhì)點(diǎn)B先回到平衡位置選項(xiàng)B正確；因質(zhì)點(diǎn)C在最大位移處其加速度最大，選項(xiàng)D錯(cuò)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(jī)械波的形成，下列說法正確的是(．物體做機(jī)械振動(dòng)，一定產(chǎn)生機(jī)械波)B．后振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)總是跟著先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)重復(fù)振動(dòng)，只是時(shí)間上落后一步．參與振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率都相同．機(jī)械波可以傳遞能量和信息BCD若只有物體振動(dòng)而周圍沒有傳播這種振動(dòng)的介質(zhì)振動(dòng)不可能由近及遠(yuǎn)傳播出去形成機(jī)械波，A錯(cuò)；機(jī)械波中各振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)都在重復(fù)波源的振動(dòng)，振動(dòng)頻率都等于波源的頻率只是離波源越遠(yuǎn)振動(dòng)步調(diào)越落后C正確；機(jī)械波中介質(zhì)各質(zhì)點(diǎn)只在自己平衡位置附近振動(dòng)，不隨波遷移，離波源較遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的能量是通過離波源近的各質(zhì)點(diǎn)的傳遞從波源獲得的，D對(duì)．]2．多選一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸傳播，某時(shí)刻的波形如圖所示，已知此時(shí)質(zhì)點(diǎn)F的運(yùn)動(dòng)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(diǎn)C此時(shí)向y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)．質(zhì)點(diǎn)C將比質(zhì)點(diǎn)B先回到平衡位置．各質(zhì)點(diǎn)的振幅相同ACD因?yàn)闄C(jī)械波在傳播過程中靠近波源的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)帶動(dòng)相鄰的后邊質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，而后面質(zhì)點(diǎn)要“模仿”前面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，所以本題中，已知質(zhì)點(diǎn)F的運(yùn)動(dòng)方向向y軸負(fù)方向，即F質(zhì)點(diǎn)正在“模仿”右邊質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，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(xiàng)A正確；質(zhì)點(diǎn)C此時(shí)剛到達(dá)最大位移處，速度為0，此后才向y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；質(zhì)點(diǎn)B要先向y軸正方向運(yùn)動(dòng)到達(dá)波峰位置再回到平衡位置，而質(zhì)點(diǎn)C直接從波峰位置回到平衡位置，所以選項(xiàng)C正確；振幅指的是質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的最大距離，各質(zhì)點(diǎn)的振幅相同，選項(xiàng)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(diǎn)振動(dòng)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(dòng)這種運(yùn)動(dòng)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(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直的波為橫波質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)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(yùn)動(dòng)形式，、、C正確．]4．多選一根張緊的水平彈性繩，繩上的S點(diǎn)在外界驅(qū)動(dòng)力的作用下沿豎直方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，在繩上形成穩(wěn)定的橫波，在S點(diǎn)的左、右兩側(cè)分別有AB、D四點(diǎn)，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(diǎn)的位移與S點(diǎn)的位移始終相同，則A點(diǎn)的位移一定與S的位移始終相同B．若B點(diǎn)的位移與S點(diǎn)的位移始終相反，則A點(diǎn)的位移一定與S點(diǎn)的位移始終相反．若C點(diǎn)的位移與S點(diǎn)的位移始終相同，則D點(diǎn)的位移一定與C點(diǎn)的位移始終相同．若C點(diǎn)的位移與S點(diǎn)的位移始終相反，則D點(diǎn)的位移一定與C點(diǎn)的位移始終相同ACD選項(xiàng)A中由于B點(diǎn)和S點(diǎn)位移始終相同又因?yàn)锳B＝BS故A點(diǎn)與S點(diǎn)位移也相同．選項(xiàng)B中，B點(diǎn)和S點(diǎn)位移始終相反，那么再隔同樣距離時(shí)，A點(diǎn)和S點(diǎn)的位移就應(yīng)始終相同了．位移始終相同的點(diǎn)和始終相反的點(diǎn)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(jiǎn)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(dòng)，求：?jiǎn)栴}：觀測(cè)中心首先觀察到的是上下振動(dòng)還是左右振動(dòng)？震源到該地震觀測(cè)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(shí)縱波先到達(dá)觀察中心即先覺察到的是上下振動(dòng)．設(shè)震源到觀測(cè)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(diǎn)振動(dòng)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(dòng)這種運(yùn)動(dòng)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(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直的波為橫波質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)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(yùn)動(dòng)形式，、、C正確．]4．多選一根張緊的水平彈性繩，繩上的S點(diǎn)在外界驅(qū)動(dòng)力的作用下沿豎直方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，在繩上形成