3.2波的描述（導(dǎo)學(xué)案）（教師版）高二物理（人教版2019選擇性）

第2節(jié)波的描述導(dǎo)學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.能用描點(diǎn)法作橫波的圖像，理解波的圖像的物理意義。2.理解波長，頻率和波速的意義及其關(guān)系。3.能判斷波的傳播方向和質(zhì)點(diǎn)的振動方向?！緦W(xué)習(xí)重難點(diǎn)】1.教學(xué)重點(diǎn)：機(jī)械波在傳播過程中，介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)在各自平衡位置的振動情況以及振動以波的形式在介質(zhì)中傳播的理解。2.教學(xué)難點(diǎn)：機(jī)械波傳播的是振動形式和能量，而質(zhì)點(diǎn)本身并不隨波的傳播方向而遷移?！局R回顧】一、橫波和縱波機(jī)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(biāo)識性物理量實(shí)物波形橫波質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)分布__最密__的位置②疏部：質(zhì)點(diǎn)分布__最疏__的位置二、機(jī)械波1．介質(zhì)(1)定義：繩、彈簧、水、空氣等__波__借以傳播的物質(zhì)。(2)特點(diǎn)：組成介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)之間有__相互作用__，一個質(zhì)點(diǎn)的振動會引起相鄰質(zhì)點(diǎn)的振動。2．形成機(jī)械振動在__介質(zhì)__中傳播，形成機(jī)械波。3．兩個產(chǎn)生條件(1)要有__振源__。(2)要有傳播振動的__介質(zhì)__。4．傳遞的三個特點(diǎn)(1)介質(zhì)中的機(jī)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(yùn)動形式。(2)波是傳遞__能量__的一種方式。(3)波可以傳遞__信息__?！咀灾黝A(yù)習(xí)】一、波的圖像1．波的圖像的畫法(1)建立坐標(biāo)系，描點(diǎn)用橫坐標(biāo)x表示在波的傳播方向上各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置，縱坐標(biāo)y表示某一時刻各質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移．得到一系列坐標(biāo)為(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)，…的點(diǎn)．(2)連線用一條平滑的曲線把各點(diǎn)連接起來就是這一時刻波的圖像，有時也稱波形圖.2．正弦波(簡諧波)(1)如果波的圖像是正弦曲線，這樣的波叫作正弦波，也叫簡諧波．(2)簡諧波中各質(zhì)點(diǎn)的振動是簡諧運(yùn)動．3．波形圖與振動圖像(1)波形圖表示介質(zhì)中的“各個質(zhì)點(diǎn)”在“某一時刻”的位移．(2)振動圖像表示介質(zhì)中“某一質(zhì)點(diǎn)”在“各個時刻”的位移．二、波長、頻率和波速1．波長λ(1)定義：在波的傳播方向上，振動相位總是相同的兩個相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離．(2)特征①在橫波中，兩個相鄰波峰或兩個相鄰波谷之間的距離等于波長．②在縱波中，兩個相鄰密部或兩個相鄰疏部之間的距離等于波長．2．周期T、頻率f(1)周期(頻率)：在波動中，各個質(zhì)點(diǎn)的振動周期(或頻率)也叫波的周期(或頻率)．(2)周期T和頻率f的關(guān)系：f＝eq\f(1,T).(3)波長與周期的關(guān)系：經(jīng)過一個周期T，振動在介質(zhì)中傳播的距離等于一個波長．3．波速(1)定義：機(jī)械波在介質(zhì)中的傳播速度．(2)決定因素：由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定，在不同的介質(zhì)中，波速是不同(選填“相同”或“不同”)的．(3)波長、周期、頻率和波速的關(guān)系：v＝eq\f(λ,T)＝λf.【課堂探究】【新課導(dǎo)入】觀察水波，水波在時間和空間上在做周期性變化，我們?nèi)绾稳ッ枋鏊?？波是不斷變化的，如果知道了某一時刻的水波，又如何判斷上一時刻或下一時刻的水波呢？【新課教學(xué)】任務(wù)一、波的圖像（一）波的圖象表示法我們可以用照象機(jī)把波的形狀攝下來，就是按下快門瞬間各個質(zhì)點(diǎn)離開各自平衡位置時的情形。我們就把這些質(zhì)點(diǎn)連成曲線，就是該時刻的波的圖象。我們怎么準(zhǔn)確描述上述圖形中各個質(zhì)點(diǎn)的位置？可以建立直角坐標(biāo)系：（1）用橫坐標(biāo)表示在波傳播方向上各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置。（2）用縱坐標(biāo)表示某時刻各質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移。波的圖像是在波的傳播方向上介質(zhì)中各振動質(zhì)點(diǎn)的連線在某一時刻的波形．（3）圖像的物理意義：波的圖像表示某一時刻各個質(zhì)點(diǎn)相對平衡位置的位移。（4）波的圖象也稱波形圖或波形曲線．（5）簡諧波：如果波的圖像是正弦曲線，這樣的波叫作正弦波，也叫簡諧波。①簡諧運(yùn)動在介質(zhì)中傳播形成簡諧波.②簡諧波是一種最基本、最簡單的波.我們可以根據(jù)波的圖像得出那些信息？應(yīng)用一：波的傳播方向質(zhì)點(diǎn)的振動方向（1）質(zhì)點(diǎn)帶動法先振動的質(zhì)點(diǎn)帶動鄰近的后振動質(zhì)點(diǎn)，在質(zhì)點(diǎn)P靠近波源一方附近的圖像上另找一點(diǎn)P′，若P′在P點(diǎn)下方，則P向下振動，若P′在上方，則P向上振動。（2）圖象微平移法將波形圖沿傳播方向進(jìn)行微小平移，再由x軸上某一位置的兩波形曲線上的點(diǎn)來判定.從波源沿傳播方向看：上坡下，下坡上上下坡法判斷方法：上坡上的質(zhì)點(diǎn)向下振動，下坡上的質(zhì)點(diǎn)向上振動（4）三角形法三角形頂部表示波峰或波谷（5）同側(cè)法在波的圖像上的某一點(diǎn)，沿豎直方向畫出一個箭頭表示質(zhì)點(diǎn)振動方向，并設(shè)想在同一點(diǎn)沿水平方向畫一個箭頭表示波的傳播方向，那么這兩個箭頭總是在曲線的同側(cè)。應(yīng)用二：求波在任意時刻的波形圖畫出經(jīng)t=T/4后的波形圖（1）描點(diǎn)法：操作：先找出兩點(diǎn)（平衡位置和波峰及波谷特殊點(diǎn)）并確定其運(yùn)動方向；然后確定經(jīng)△t時間內(nèi)這兩點(diǎn)所達(dá)到的位置；最后按正弦規(guī)律畫出新的波形。（2）平移法:操作：經(jīng)過時間?t，波在傳播方向上移動的距離?x,把圖象沿傳播方向平移?x=v?t即得到相對應(yīng)的圖象．任務(wù)二、波長、頻率和波速（一）波長在上節(jié)圖中，從t=0到t=T這段時間里，由質(zhì)點(diǎn)P0發(fā)出的振動傳到質(zhì)點(diǎn)P8，使質(zhì)點(diǎn)P8開始振動。這時質(zhì)點(diǎn)P0恰好結(jié)束了一次全振動而開始下一次全振動，此后質(zhì)點(diǎn)P0和質(zhì)點(diǎn)P8的振動步調(diào)相位是否完全一致？此后質(zhì)點(diǎn)P0和質(zhì)點(diǎn)P8的振動步調(diào)相位完全一致。像這樣的質(zhì)點(diǎn)你還能找到哪些？他們有什么共同點(diǎn)？質(zhì)點(diǎn)P1和P9、P2和P10……他們振動的步調(diào)完全一致，且每兩點(diǎn)的距離相等。閱讀課文，請總結(jié)波長的概念。1.定義:在波動中，對平衡位置的位移總是相等的兩個相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離，叫做波的波長。2.幾點(diǎn)說明：（1）“位移總相等”的含義是“每時每刻都相等”（2）位移總相等的兩個質(zhì)點(diǎn),其速度也總是相等的，相位也相同。（3）在橫波中，兩個相鄰波峰或兩個相鄰波谷之間的距離等于波長。在縱波中，兩個相鄰密部或兩個相鄰疏部之間的距離等于波長。（4）相距λ整數(shù)倍的質(zhì)點(diǎn)振動步調(diào)總是相同的；相距λ/2奇數(shù)倍的質(zhì)點(diǎn)振動步調(diào)總是相反的。（二）周期（T）、頻率（f）在振源P0完成一次全振動的時間里,波是否也完成了一次周期性的波動?提示：波源振動一個周期,其他被波源帶動的質(zhì)點(diǎn)也剛好完成一次全振動。每個質(zhì)點(diǎn)是否都在做受迫振動？如果都在做受迫振動，那么每個質(zhì)點(diǎn)的振動周期與波源振動的關(guān)系是怎樣的？提示：各點(diǎn)都做受迫振動，受迫振動的一個規(guī)律是振動周期等于驅(qū)動力的周期。機(jī)械波的波源提供驅(qū)動力。由振源P0發(fā)出的振動，經(jīng)過一個周期T，振動在介質(zhì)中傳播的距離等于多長一段距離？提示：每經(jīng)過一個周期的時間波就沿傳播方向傳播一個波長的距離。閱讀課文，請總結(jié)波長的概念。1.定義：波源質(zhì)點(diǎn)振動的周期（或頻率）就是波的周期（或頻率）。2.幾點(diǎn)說明：（1）波的周期和頻率的關(guān)系：（2）波的周期（或頻率）應(yīng)由波源決定，與傳播波的介質(zhì)無關(guān)。（3）每經(jīng)過一個周期的時間波就沿傳播方向傳播一個波長的距離。（4）每經(jīng)歷一個周期的時間，當(dāng)前的波形圖與原有的波形圖相同。（三）波速（v）閱讀課文，請總結(jié)波速（v）的概念。1.定義：單位時間內(nèi)振動所傳播的距離叫做波速。2.物理意義：反映振動在介質(zhì)中傳播的快慢程度.3.幾點(diǎn)說明：（1）波速的大小由介質(zhì)的性質(zhì)決定，同一列波在不同介質(zhì)中傳播速度不同。2）一列波在同一均勻介質(zhì)中是勻速傳播的。（3）要區(qū)分波速與質(zhì)點(diǎn)振動速度的含義。任務(wù)三、波的多解性思考與討論思考與討論：圖中實(shí)線為t＝0時刻的波形圖，虛線為t＝0.1s時刻的波形圖。據(jù)此能否判定波的傳播方向？（二）波的多解問題1．造成波動問題多解的主要因素(1)周期性①時間周期性：相隔周期整數(shù)倍時間的兩個時刻的波形圖完全相同，時間間隔Δt與周期T的關(guān)系不明確造成多解．②空間周期性：沿傳播的方向上，相隔波長的整數(shù)倍距離的兩質(zhì)點(diǎn)的振動情況完全相同，質(zhì)點(diǎn)間距離Δx與波長λ的關(guān)系不明確造成多解．(2)雙向性對給定的波形圖，波的傳播方向不同，質(zhì)點(diǎn)的振動方向也不同，反之亦然。①傳播方向雙向性：波的傳播方向不確定．②振動方向雙向性：質(zhì)點(diǎn)振動方向不確定．2．波動問題的幾種可能性(1)質(zhì)點(diǎn)達(dá)到最大位移處，則有正向和負(fù)向最大位移兩種可能。(2)質(zhì)點(diǎn)由平衡位置開始振動，則有起振方向向上、向下(或向左、向右)的兩種可能。(3)只告訴波速不指明波的傳播方向，應(yīng)考慮沿x軸正方向和x軸負(fù)方向兩個方向傳播的可能。(4)只給出兩時刻的波形，則有多次重復(fù)出現(xiàn)的可能等。3．解決波的多解問題的方法(1)解決周期性多解問題時，一般采用從特殊到一般的思維方法，即找出一個周期內(nèi)滿足條件的關(guān)系Δt或Δx，若此關(guān)系為時間，則t＝nT＋Δt(n＝0，1，2，…)；若此關(guān)系為距離，則x＝nλ＋Δx(n＝0，1，2，…)。(2)解決雙向性多解問題時,養(yǎng)成全面思考的習(xí)慣，熟知波有向正、負(fù)(或左、右)兩方向傳播的可能，質(zhì)點(diǎn)有向上、下(或左、右)兩方向振動的可能?，F(xiàn)在你可以回答思考與討論了嗎？提示：只知道兩個時刻的波形,不能判斷波的傳播方向。圖示波形中,若0.1s=(n+)T,可判定波向x方向傳播，若0.1s=(n+)T,可判定波向+x方向傳播?！咀晕覝y評】1.(多選)如圖所示為一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波在某個時刻的波形圖，由圖像可知()A．質(zhì)點(diǎn)b此時位移為零B．質(zhì)點(diǎn)b此時向－y方向運(yùn)動C．質(zhì)點(diǎn)d的振幅是2cmD．質(zhì)點(diǎn)a再經(jīng)過eq\f(T,2)通過的路程是4cm，偏離平衡位置的位移大小是4cm【答案】AC【詳解】由題圖波形圖知，質(zhì)點(diǎn)b在平衡位置，所以此時其位移為零，選項A正確；因波沿x軸正方向傳播，波源在左側(cè)，由“帶動法”可知質(zhì)點(diǎn)b此時向＋y方向運(yùn)動，選項B錯誤；簡諧波在傳播過程中，介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振幅相同，所以質(zhì)點(diǎn)d的振幅是2cm，選項C正確；再經(jīng)過eq\f(T,2)的時間，質(zhì)點(diǎn)a將運(yùn)動到負(fù)的最大位移處，通過的路程是4cm，偏離平衡位置的位移大小是2cm，選項D錯誤．2.(多選)如圖所示為一列簡諧波在某一時刻的波形圖，此時刻質(zhì)點(diǎn)F的振動方向如圖所示．則()A．該波向右傳播B．質(zhì)點(diǎn)B和D的運(yùn)動方向相同C．質(zhì)點(diǎn)C比質(zhì)點(diǎn)B先回到平衡位置D．此時質(zhì)點(diǎn)F和H的加速度相同【答案】CD【詳解】由“同側(cè)法”可知，質(zhì)點(diǎn)F的運(yùn)動方向向下，則波向左傳播，同理，質(zhì)點(diǎn)D的運(yùn)動方向也向下，而質(zhì)點(diǎn)A、B、H的運(yùn)動方向向上，質(zhì)點(diǎn)F、H相對各自平衡位置的位移相同，則兩質(zhì)點(diǎn)的加速度相同，因質(zhì)點(diǎn)C直接從最大位移處回到平衡位置，即tC＝eq\f(T,4)，而質(zhì)點(diǎn)B要先運(yùn)動到最大位移處，再回到平衡位置，故tB＞eq\f(T,4)＝tC，故C、D正確．3.(多選)如圖所示，一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，從波傳到x＝5m的M點(diǎn)時開始計時，已知P點(diǎn)相繼出現(xiàn)兩個波峰的時間間隔為0.4s，下面說法中正確的是()A．這列波的波長是4mB．這列波的傳播速度是10m/sC．質(zhì)點(diǎn)Q(x＝9m)經(jīng)過0.5s才第一次到達(dá)波峰D．M點(diǎn)以后各質(zhì)點(diǎn)開始振動的方向都是向下的【