《波的形成和描述》導(dǎo)學(xué)案

7/8第二章第1節(jié)波的形成和描述【目標(biāo)導(dǎo)學(xué)】：學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道直線上機(jī)械波的形成過程；2．知道什么是橫波的波峰和波谷；什么是縱波的密部和疏部；3.知道波在傳播運(yùn)動(dòng)形式的同時(shí)也傳遞了能量。學(xué)習(xí)重點(diǎn)：機(jī)械波的形成過程及傳播規(guī)律。學(xué)習(xí)難點(diǎn)：機(jī)械波的形成過程及傳播規(guī)律?！菊n前預(yù)習(xí)】1．觀察水波是怎樣形成的？波傳播時(shí)水面上漂浮物是否隨波傳播？2．舉出幾個(gè)有關(guān)波的例子？3．看書完成下列問題（1）叫波，形成波的條件是、。（2）叫橫波，叫波峰，叫波谷叫縱波，叫蔬部，叫密部；橫波和縱波的區(qū)別是（你能理解“振動(dòng)方向”和“波的傳播方向”嗎？）4．你能看出波傳播中質(zhì)點(diǎn)作什么運(yùn)動(dòng)？相鄰質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)有什么區(qū)別？【新課教學(xué)】一、波的形成和傳播演示：將絲帶一端用手指按在桌面上，手持另一端沿水平桌面抖動(dòng)，在絲帶上產(chǎn)生一列凹凸相間的波向另一端傳播。撥動(dòng)水平懸掛的柔軟長彈簧一端，產(chǎn)生一列疏密相間的波沿彈簧傳播。請(qǐng)用手敲擊桌面，聽到聲音，這是聲波在空氣中傳播（雖然看不到波形，但它客觀存在）。思考波產(chǎn)生的條件：①、②。波是怎樣形成的呢？為什么會(huì)有不同的波形？波傳播的是什么呢？二、演示實(shí)驗(yàn)：觀察波動(dòng)演示器上凹凸相間的波演示屏上的質(zhì)點(diǎn)排成一條水平線（表示各質(zhì)點(diǎn)都處在平衡位置）觀察思考以下問題：1、各個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的先后順序后面的質(zhì)點(diǎn)總比前面的質(zhì)點(diǎn)開始振動(dòng)的時(shí)刻_______。2、各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)沿________方向，波的傳播沿_______方向，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向_______。3、質(zhì)點(diǎn)是否沿波的傳播方向遷移？_______。4、波是形成的。5、這種波振動(dòng)方向與波的傳播方向叫做橫波，在橫波中凸起的最高處叫做波峰，凹下的最低處叫做波谷。觀察彈簧上產(chǎn)生的疏密相間的波。撥動(dòng)水平懸掛的柔軟長彈簧（在某一位置系一根紅布條一端），產(chǎn)生一列波沿彈簧傳播。觀察思考以下問題1、紅布條是否隨波遷移？________說明了什么？_____________。2、彈簧上疏密相間的波形是怎樣產(chǎn)生的？_________________。3、各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)沿________方向，波的傳播沿_______方向，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向_______4、這種波振動(dòng)方向與波的傳播方向叫做縱波，在縱波中最密處叫做密部，最疏處叫做疏部。學(xué)生反思后完成以下填空1、不論橫波還是縱波，介質(zhì)中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)發(fā)生振動(dòng)并不隨波遷移。因此，波傳播的是_________________，而不是介質(zhì)本身。2、波傳來前，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)是靜止的，波傳來后開始振動(dòng)，說明他們獲得了能量。這個(gè)能量是從波源通過前面的質(zhì)點(diǎn)傳來的。因此：波是傳遞_________的一種方式。3、波是形成的。4、各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)相同點(diǎn)是；不同點(diǎn)是5、各質(zhì)點(diǎn)作運(yùn)動(dòng)，波作運(yùn)動(dòng)6．波的圖象有時(shí)也稱為，簡稱波形。它是用橫坐標(biāo)表示在波的傳播方向上各質(zhì)點(diǎn)的縱坐標(biāo)表示某一時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)。7．這樣的波叫做正弦波，也叫。介質(zhì)中有正弦波傳播時(shí)，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)在做。8．波的圖象表示的位移，振動(dòng)圖象則表示的位移。五、知識(shí)應(yīng)用：1．波的圖象（以簡諧波為例）用橫坐標(biāo)x表示在波的傳播方向上各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的平衡位置，縱坐標(biāo)y表示某一時(shí)刻各個(gè)質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移，并規(guī)定在橫波中，位移向上時(shí)y取正值，向下時(shí)y取負(fù)值。在x-y平面上，畫出各個(gè)質(zhì)點(diǎn)平衡位置x與各質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移y的各點(diǎn)(x，y)，用平滑的曲線把各點(diǎn)連接起來就得到了橫波的波形圖象，如圖5-2-1所示。OOxy5-2-1⑴形狀：波的圖象的形狀是如圖5-2-1所示的正弦曲線。注意y=cosx的圖象也是一條正弦曲線，因?yàn)樗梢詫懗蓎=sin(x+)。⑵物理意義：表示介質(zhì)中沿波傳播方向上各個(gè)質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻相對(duì)平衡位置的位移。⑶應(yīng)用：利用波的圖象通常可以解決如下問題：①從圖象中可以看出波長；波長：波源振動(dòng)一個(gè)周期，波向前傳播的距離為一個(gè)波長，即：；②從圖象中可以看出各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅A；③從圖象中可以看出該時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移；④從圖象中可以看出各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的速度方向；⑤從圖象中可以看出各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的加速度方向；⑥從圖象中可以看出各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的回復(fù)力方向；⑦從圖象中可以間接地比較各質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的振動(dòng)速度、動(dòng)能、勢能、回復(fù)力、加速度等量的大小；例1圖5-2-2為一列沿x軸正方向傳播的簡諧波在某個(gè)時(shí)刻的波形圖，下列關(guān)于該列波的說法中正確的是（）1120x/my/cm5-2-24-4P3A．該簡諧波的振幅是4cmB．質(zhì)點(diǎn)P此時(shí)受到的回復(fù)力的方向向上C．該簡諧波的波長是3mD．質(zhì)點(diǎn)P此時(shí)的加速度方向沿y軸的負(fù)方向解答：本題主要考查波的圖象的直接應(yīng)用由圖象不難發(fā)現(xiàn)，該簡諧波的振幅、波長分別為4cm和2m，所以選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)C錯(cuò)。質(zhì)點(diǎn)在做簡諧振動(dòng)時(shí)，受到的回復(fù)力始終指向平衡位置，即x軸,而加速度的方向與回復(fù)力方向一致,所以加速度的方向也指向平衡位置,因此選項(xiàng)D正確,選項(xiàng)B錯(cuò)。本題正確答案選AD。例2振源A帶動(dòng)細(xì)繩振動(dòng)，某時(shí)刻形成的橫波波形如圖5-2-3甲所示，則在波傳播到細(xì)繩上一點(diǎn)P時(shí)，開始計(jì)時(shí)，下列四個(gè)圖形中能表示P點(diǎn)振動(dòng)圖象的是：()5-2-35-2-3解答：由圖象甲可知，質(zhì)點(diǎn)P從平衡位置開始向下振動(dòng)，所以P點(diǎn)的振動(dòng)圖象選C。例3如圖5-2-4是一列簡諧波的圖象，那么這列波的波長為_________，各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅為________，x=1.0m處的質(zhì)點(diǎn)此時(shí)刻的位移是___________。5-2-45-2-4解答：由波的圖象的物理意義及根據(jù)正弦曲線的數(shù)學(xué)特征，認(rèn)真分析圖象，可以求解。由圖象可以直接讀出其波長為，各質(zhì)點(diǎn)的振幅都一樣，均為10.0cm。至于x=1.0m上的質(zhì)點(diǎn)此刻的位移，根據(jù)圖象的幾何特征，可以寫出它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為當(dāng)x=1.0m時(shí)，，即此時(shí)刻x=1.0m處的質(zhì)點(diǎn)的位移為。故本題正確答案為：6.0m,10.0cm,。2．在解決關(guān)于波的圖象問題時(shí)，應(yīng)注意：①波的傳播方向的雙向性：在題目末給出傳播方向時(shí)，要考慮到波沿x軸的正方向或沿x軸的負(fù)向傳播的兩種可能性。5-2-5②波的圖象的重復(fù)性（周期性）：相隔時(shí)間為周期整數(shù)倍的兩個(gè)時(shí)刻的波形相同，也就是說，每經(jīng)過一個(gè)周期波形重復(fù)出現(xiàn)一次。從而使題目的解答出現(xiàn)多解的可能，即存在系列解。5-2-53．根據(jù)波的傳播方向確定各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向波的傳播方向是波峰（或波谷）的推進(jìn)方向。因此波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)推進(jìn)速度方向有密切關(guān)系。如圖5-2-5所示，實(shí)線表示時(shí)刻波的圖象，波向左傳播，虛線表示時(shí)刻的圖象（），則一段時(shí)間波傳播的距離，就是波峰向左推進(jìn)的距離。由此可判斷在時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)P振動(dòng)速度方向向上，質(zhì)點(diǎn)Q振動(dòng)速度方向向下。因此，下一個(gè)時(shí)刻P將會(huì)處于波峰位置，Q將會(huì)處于波谷位置。由此可知，波峰（或波谷）兩邊的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度方向正好相反，所以知道波速方向，可根據(jù)圖象確定質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度方向。反過來，知道某質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度方向，可根據(jù)圖象確定波的傳播方向的其他質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度方向。常用的方法有：[方法一]比較法：在質(zhì)點(diǎn)P靠近波源一方附近圖象上找另一點(diǎn)，若在下方，則P向下運(yùn)動(dòng)；若在上方，則P向上運(yùn)動(dòng)，則由逆著波傳播方向看前一質(zhì)點(diǎn)位置來確定。[方法二]微平移法：根據(jù)波的傳播方向，作出經(jīng)微小時(shí)間后的波形，由此可知，后質(zhì)點(diǎn)的位置，根據(jù)其位置可判斷出質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向。[方法三]上下坡法：沿著坡的傳播方向走；上坡所有質(zhì)點(diǎn)向下；下坡所有質(zhì)點(diǎn)向上。[方法四]逆向復(fù)描波形法:逆著波的傳播方向,用筆復(fù)描波形,上坡所有質(zhì)點(diǎn)向上；下坡所有質(zhì)點(diǎn)向下。注意：①峰、谷處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為零，不能畫表示振動(dòng)方向的箭頭；②用假設(shè)法，反過來已知質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向，則可判斷波傳播方向。例4簡諧橫波某時(shí)刻的波形圖線如圖5-2-6所示．由此圖可知：5-2-6A.若質(zhì)點(diǎn)a向下運(yùn)動(dòng)，則波是從左向右傳播的5-2-6B.若質(zhì)點(diǎn)b向上運(yùn)動(dòng)，則波是從左向右傳播的C.若波從右向左傳播，則質(zhì)點(diǎn)c向下運(yùn)動(dòng)D.若波從右向左傳播，則質(zhì)點(diǎn)d向上運(yùn)動(dòng)解答：利用“上下坡法”判斷若質(zhì)點(diǎn)a向下運(yùn)動(dòng)，由上下坡法，a點(diǎn)必位于上坡段，只有由右向左看，a才處于上坡段，故波應(yīng)向左傳，選項(xiàng)A錯(cuò)．同理分析B選項(xiàng)對(duì)．若波從右向左傳，由上下坡法，知d、c點(diǎn)位于下坡段，都應(yīng)向上運(yùn)動(dòng)，故選項(xiàng)C錯(cuò)，D對(duì)．正確選項(xiàng)為BD．例5、如圖5-2-7甲所示，一列沿x軸正方向傳播的機(jī)械橫波在某一時(shí)刻的圖象，從圖中可看出這列橫波的振幅是多少米？波長是多少米？P點(diǎn)處的質(zhì)點(diǎn)在此時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)方向如何。-0.04-0.04ｙ／ｍＯｘ／ｍＰ0.041234v圖甲圖乙ｘ／ｍＰＰ’ｙ／ｍＡＯv5-2-7解答：從波的圖象(圖甲)可直接讀出振幅0.04m，波長2m，判斷P處質(zhì)點(diǎn)此時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)方向有兩種方法：其一是前質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)后質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)法，離波源較遠(yuǎn)的后質(zhì)點(diǎn)總要追隨，模仿離波源較近的前質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，只是其振動(dòng)步調(diào)比前質(zhì)點(diǎn)滯后一些，從圖2中看出，波沿x軸正方向傳播，介質(zhì)中的A點(diǎn)與P點(diǎn)相比，A是前質(zhì)點(diǎn)，P是后質(zhì)點(diǎn)，相差λ/4距離，P質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過T/4時(shí)間將到達(dá)A質(zhì)點(diǎn)現(xiàn)在的位置處，由此判斷出P質(zhì)點(diǎn)是向y軸正方向運(yùn)動(dòng)的。其二是波形平移法，如圖1所示，將原波形（實(shí)線）沿波的傳播方向推進(jìn)一段很小距離得到推進(jìn)后的波形（虛線），比較質(zhì)點(diǎn)在原波形上的位置P和在推后波形上的位置P’，顯然原在P處的質(zhì)點(diǎn)到達(dá)了P’處，同樣得出此時(shí)刻在P處的質(zhì)點(diǎn)是沿正方向運(yùn)動(dòng)的。4．根據(jù)某個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向確定波的傳播方向[方法一]微平移法：根據(jù)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向，作出經(jīng)微小時(shí)間后的波形，就知道了波的傳播方向[方法二]成因法：由于波的形成是由于前面的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)后面的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，后面的質(zhì)點(diǎn)重復(fù)著前面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，并且總滯后于前面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)。由此可確定出已知振動(dòng)方向質(zhì)點(diǎn)的前面的質(zhì)點(diǎn)，從而確定出波的傳播方向。5．根據(jù)某個(gè)時(shí)刻的波形圖畫出另一個(gè)時(shí)刻的波形圖的方法5-2-8[方法一]特殊點(diǎn)法：取正弦波上五個(gè)特殊點(diǎn)(一個(gè)波峰點(diǎn)、三個(gè)平衡位置點(diǎn)和一個(gè)波谷點(diǎn))，先根據(jù)波傳播的方向確定它們的振動(dòng)方向，再判斷經(jīng)Δt后各質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到什么位置，最后連成曲線，即為另一時(shí)刻的波形圖，適用于情形。5-2-8[方法二]平移法：由，先計(jì)算出經(jīng)Δt時(shí)間波傳播的距離，再將原波形圖沿波的傳傳播方向平移Δx即可