鲁科版选修34 波的形成和描述 第1课时 教案.docx

第1节波的形成和描述教学目标：1.理解机械波的产生条件和形成过程.2.知道什么是横波和纵波.3.理解波的图象的意义和特点，能区分波动图象和振动图象，会应用它们解题.4.掌握波的特征，理解波长、频率和波速的物理意义及其定量关系重点：机械波的形成过程及传播规律波的图象认识及画波形图难点：理解波长、频率和波速，并能应用vf进行计算利用波的图象解决问题教学过程：1.基本知识(1)机械波的形成条件振源：做机械振动的物体介质：能传播波的物质(2)波的形成原因介质中各质点间存在相互作用，前一质点的振动带动后一质点振动，依次带动下去，振动由发生区域向远处传播，从而形成了波(3)机械波定义：机械振动在介质中传播，形成了机械波特点：a介质中有机械波传播时，质点并不随波迁移b传播的只是机械振动这种运动形式同时也传递能量和信息c介质中各质点均做受迫振动各质点振动的周期与波源振动周期相同d介质中质点开始振动的方向均与波源开始振动的方向相同e离波源越远，质点振动越滞后2思考判断(1)机械波传播的是介质中的质点()(2)机械波传播的是质点的运动形式()(3)机械波传播的是能量()3探究交流在平静的湖面上，漂浮着一片树叶，如果你往树叶附近扔下一块小石子，湖面立即兴起水波，水波一圈一圈往外扩展出去，于是树叶运动起来请问树叶会随水波往外移动吗？【提示】不会因为小石子激起的水波是振动的传播，水并不向外移动，水的质点只是上下振动，所以树叶不会随水波往外移动1.基本知识机械波分为横波和纵波两类定义标识性物理量实物波形横波质点的振动方向与波的传播方向垂直的波(1)波峰：凸起的最高处(2)波谷：凹下的最低处纵波质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波(1)密部：质点分布最密的地方(2)疏部：质点分布最疏的地方2.思考判断(1)横波中质点的振动方向与波的传播方向垂直()(2)纵波中有密部、疏部之分()3探究交流声波是横波还是纵波？声波能在固体、液体中传播吗？能在真空中传播吗？【提示】发声物体的振动在空气中传播，形成声波，声波是纵波，它不仅能在空气中传播，也能在固体、液体中传播，但由于真空中没有传播振动的介质，所以声波不能在真空中传播波的描述1.基本知识(1)波的图象描述波形：在绳子波动的某个时刻拍下照片，就能得到该时刻的波形图象：在波形上添加一个坐标系，就可以得到该时刻这个波的图象用横坐标x表示在波的传播方向上各质点的平衡位置，纵坐标y表示某时刻各质点偏离平衡位置的位移简谐波：介质中各质点做简谐运动，波形曲线是正弦(或余弦)曲线波的图象的物理意义：波的图象描述的是某一时刻各个质点对平衡位置的位移(2)波的特征波的周期和频率：质点完成一次全振动的时间叫做周期，用t表示介质中的质点每秒完成全振动的次数叫做波的频率，用f表示两者的关系：t波长：在波动中，沿着波的传播方向，两个相邻的、相对平衡位置的位移和振动方向总是相同的质点间的距离，叫波长，用表示波速：反映波传播快慢的物理量，波在介质中的传播是匀速传播，波速公式为v/t或vf2思考判断(1)波的图象表示介质中质点的运动轨迹()(2)在一个周期内，振动在介质中传播的距离等于一个波长()3探究交流横波的波形与波在传播过程中介质中各质点某时刻的分布相似，纵波的波形是不是也和介质中各质点某时刻的分布相似？【提示】不一样，波的图象描述的是某一时刻各质点的位移分布情况，纵波的波形也是正弦图线，而不是纵波各质点的疏密分布机械波的形成、传播和特点【问题导思】1机械波是如何形成的？2波的特点是什么？3如何区分简谐振动与简谐波动？1机械波的形成2波的特点(1)振幅像绳波这种一维(只在某个方向上传播)机械波，若不计能量损失，各质点的振幅相同(2)周期各质点振动的周期均与波源的振动周期相同(3)步调离波源越远，质点振动越滞后(4)立场各质点只在各自的平衡位置振动，并不随波逐流(5)起振方向介质中各质点的起振方向均与波源开始振动的方向相同3简谐振动与简谐波动的比较 名称比较项目简谐振动简谐波动区别研究对象不同振动是单个质点以平衡位置为中心所做的往复运动波动是介质中大量质点依次发生振动而形成的“集体运动”产生原因不同振动是由于质点所受回复力作用的结果波动是由于介质中相邻质点的带动作用而形成的能量变化情况不同振动过程中动能和势能不断地相互转化，总机械能守恒振源将机械能传递给它的相邻质点，这个质点再将能量传递给下一质点，每个质点在不断地吸收和放出能量，从而把波源的能量传播出去，是一个能量的传递过程联系(1)振动是波动的成因，波动是振动在介质中的传播. (2)波动的周期等于质点振动的周期. (3)有振动不一定有波动，因为波的形成还需要有传播振动的介质但有波动一定有振动. (4)波源停振后，介质中的波动并不立即停止，而是继续向远处传播，直到振动能量完全损失.211(多选)如图211所示为沿水平方向的介质中的部分质点，每相邻两质点间距离相等，其中o为波源设波源的振动周期为t，自波源通过平衡位置竖直向下振动时开始计时，经过，质点1开始起振，则下列关于各质点的振动和波的说法中正确的是()a介质中所有质点的起振方向都是竖直向下的，但图中质点9起振最晚b图中所画的质点起振时间都是相同的，起振的位置和起振的方向是不同的c图中质点8的振动完全重复质点7的振动，只是质点8振动时，通过平衡位置或最大位移的时间总是比质点7通过相同位置时落后t/4d只要图中所有质点都已振动了，质点1与质点9的振动步调就完全一致，但如果质点1发生的是第100次振动，则质点9发生的就是第98次振动【审题指导】(1)机械振动在介质中传播形成机械波(2)波传播时，质点发生振动，但质点并不随波迁移，传播的只是机械振动这种形式【解析】根据波的传播特点知，波传播过程中各质点的振动总是重复波源的振动，所以起振方向相同，都是竖直向下，但从时间上来说，起振依次落后的时间，所以选项a、c正确，b错误；由题意知，质点9比质点1应晚起振两个周期，所以当所有质点都起振后，质点1与质点9步调完全一致，所以选项d正确【答案】acd波动过程介质中各质点的运动特点波动过程介质中各质点的振动周期都与波源的振动周期相同，其运动特点可用三句话来描述，即1先振动的质点带动后振动的质点2后振动的质点重复前面质点的振动3后振动质点的振动状态落后于先振动的质点概括起来就是“带动、重复、落后”1如图，t0时刻，波源在坐标原点从平衡位置沿y轴正向开始振动，振动周期为0.4 s，在同一均匀介质中形成沿x轴正、负两方向传播的简谐横波下图中能够正确表示t0.6 s时波形的图是()【解析】根据波动与振动的关系分析波的图像根据波的传播的周期性，t0.6 s时的波形是波源振动1个周期形成的，此时波源在坐标原点从平衡位置向y轴负方向振动，由波的传播方向与质点的振动方向的关系知选项c正确【答案】c怎样正确认识波的图形【问题导思】1从波的图象上可获取哪些信息？2波的图象与振动图象有哪些区别？3如何确定质点的振动方向或波的传播方向？1由波的图象能获取的信息(1)从图象上可直接读出波长和振幅(2)可确定任一质点在该时刻的位移(3)因加速度方向和位移方向相反，可确定任一质点在该时刻的加速度方向(4)若已知波的传播方向，可确定各质点在该时刻的振动方向，并判断位移、加速度、速度、动能的变化2波的图象与振动图象的比较两种图象异同比较简谐运动的图象简谐波的图象不同点研究的内容一个质点的位移随时间的变化规律某时刻参与波动的所有质点的空间分布规律不同点图象图象变化图象随时间延伸，原有部分图形不变整个波形沿波的传播方向平移，不同时刻波形不同一个完整图象所占横坐标的距离表示一个周期t表示一个波长物理意义一个质点相对于平衡位置的位移x随时间t的变化关系x轴上所有质点在某一时刻相对于平衡位置的位移运动情况质点做简谐运动，属非匀变速运动波在同一均匀介质中是匀速传播，介质中每个质点都做简谐运动比喻单人舞的录像抓拍的集体舞照片相同点图象形状正(余)弦曲线正(余)弦曲线纵坐标不同时刻某一质点的位移某一时刻介质中所有质点的位移纵坐标最大l值振幅振幅3.判断质点振动方向与波传播方向的方法(1)若已知波的传播方向，可确定各质点在该时刻的振动方向，常用方法有：上下坡法不妨将波形图视为连绵起伏的山峰和山谷，由波谷到波峰的部分称上坡路，由波峰到波谷的部分为下坡路沿波的传播方向看，“上坡”的点向下运动，“下坡”的点向上运动，简称“上坡下，下坡上”如图212.图212带动法原理：先振动的质点带动邻近的后振动的质点方法：在质点p靠近波源一方附近的图象上另找一点p，若p在p上方，则p向上运动，若p在p下方，则p向下运动如图213.图213微平移法原理：波向前传播，波形也向前平移方法：作出经微小时间t(t)后的波形，就知道了各质点经过t时间到达的位置，此刻质点振动方向也就知道了如图214.图214同侧法若在波动图象上标出质点的振动方向，并在同一点上标出波的传播方向，这两个表示方向的箭头位于波动图象的同一侧，如图215.图215(2)由质点振动方向确定波的传播方向仍是上述几种方法，只需将判定的程序倒过来，“反其道而行之”即可1波动图象和振动图象外形上很相似，辨别时要看清图象的横轴表示的是时间还是位移2在波动图象中，每个质点的振动规律是完全相同的，求解单个质点的振动问题时，可以利用振动规律进行分析求解3每隔整数倍的周期，各质点一定回到原来的位置，波动图象复原一次介质中坐标原点o处的波源在t0时刻开始振动，产生的简谐波沿x轴正向传播，t0时刻传到l处，波形如图216所示下列能描述x0处质点振动的图象是()图216【审题指导】解答本题时可按以下思路分析：【解析】从波形图上看出，x0处的质点下一时刻的振动方向是向y轴负方向运动，所以振动图线是a或c，考虑到波传播到l处，l处质点的起振方向向下，所以振动图线必是c.【答案】c1关于振动和波的关系，下列说法正确的是()a有机械波必有振动b有机械振动必有波c离波源远的质点振动周期长d波源停振时，介质中的波动立即停止【解析】一个质点的振动会带动邻近质点的振动，使振动这种运动形式向外传播出去而形成机械波，但在缺少介质的情况下，波动现象就无法发生，故a对，b错波动形成以后，各质点的振动都先后重复波源的振动，故各质点的振动周期是一样的，c错大量质点的振动所形成的波动不会因波源的停振而立即消失，因为能量不会无缘无故地消失，故d错【答案】a2(多选)机械波在传播过程中，下列说法中正确的是()a各质点都在各自的平衡位置附近振动b相邻质点间必有相互作用力c前一质点的振动带动相邻的后一质点振动，后一质点的振动必定落后于前一质点d各质点在振动的同时还要随波一起向前迁移【解析】根据波向前传播的特点，前面的质点带动后面的质点振动，但质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波迁移【答案】abc图21123一列沿x轴正方向传播的简谐机械横波，波速为4 m/s.某时刻波形如图2112所示，下列说法正确的是()a这列波的振幅为4 cmb这列波的周期为1 sc此时x4 m处质点沿y轴负方向运动d此时x4 m处质点的加速度为0【解析】读懂波形图，明确波动与振动的关系由题图可得，这列波的振幅为2 cm，选项a错误；由题图得，波长8 m，由t得t2 s，选项b错误；由波动与振动的关系得，此时x4 m处质点沿y轴正方向运动，且此质点正处在平衡位置，故加速度a0，选项c错误，选项d正确【答案】d4如图2113所示为一简谐横波在某一时刻的波形，已知此时质点a正向上运动，如图2113中箭头所示由此可判定此横波()图2113a向右传播，且此时质点b正向上运动b向右传播，且此时质点c正向下运动c向左传播，且此时质点d正向上运动d向左传播，且此时质点e正向下运动【解析】先根据a点向上运动，可判定波向左传播(后一质点总是落后于前一质点的振动)，然后依据同一原则可判断d点应向上运动，选项c正确【答案】c5(多选)取向上为质点振