高三物理：第十二章《机械波》教案（1）（新人教版选修3-4）

用心 爱心 专心 机械波习题课机械波习题课 第第 1 1 课时课时 一 教学目标一 教学目标 1 通过本节习题课的复习 进一步熟悉全章的基本内容 提高解决问题的能力 2 本章要求同学们 理解机械波的产生 知道机械波传播的物理实质 理解波的图象的物理意义 能够利用波的图象解决实际问题 知道什么是波的波长 周期 频率 和频率 以及波长 周期 频率 和波速的关系 理解它们的决定因素 知道什么是波的衍射和干涉 知道产生衍射和干涉的条件 知道什么是多普勒效应 并能利用多普勒效应解释简单的生活现象 二 复习重点 二 复习重点 波的三大关系的综合应用 波的图象 质点振动方向和波的传播方向之间的关系 波长 周期 频率 和波速的关系 v T 或 v f 空间距离和时间的关系 s vt 三 教学方法 三 教学方法 复习提问 讲练结合 课件演示 四 教具四 教具 学案 计算机 大屏幕 课件 五 教学过程五 教学过程 一 知识回顾 一 知识回顾 机械波的形成 机械振动在介质中的传播叫机械波 形成机械波要有机械振动做为波源 还要有传播机 械波的介质 机械波是通过介质将振动的形式和能量传播出去 波源和介质是形成机械波的 必要条件 机械波传播的是波源的运动形式和波源提供的能量 介质中的各个质点并没有随波迁移 从局部看 介质中的各个质点都在各自的平衡位置附近振动 从整体看 介质中距波源较近 的质点先振动 并且带动距波源较远的质点随之振动 向外传播波源的运动形式和波源提供 用心 爱心 专心 的能量 介质中的各质点都做受迫振动 所以介质中各质点振动的周期和频率都与波源的振 动周期和频率相同 这个周期和频率就叫做机械波的周期和频率 波的传播是需要时间的 在波传播过程中 介质中各个质点振动的周期和频率是相同的 但它们振动的步调不同 在 波传播方向上后面的质点总是追随前面质点的振动 其步调总比前面质点滞后一些 机械波分横波和纵波两种 介质中各质点振动方向与波的传播方向垂直的波叫横波 介 质中各质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波叫纵波 描述波的物理量 波长 周期 频率 和波速 波长的意义可从两个角度去理解 反映了研究波的两种方法 从振动的角度来讲 两个 相邻的 在振动过程中对平衡位置的位移总是相等的质点间的距离叫波长 如相邻的两个波 峰或波谷间的距离就是一个波长 从波传播的角度来讲 振动在一个周期里在介质中传播的 距离等于一个波长 波的周期和频率就是介质中各个点振动的周期和频率 它等于波源的周期和频率 波的 周期和频率与波传播的介质无关并在波传播过程中保持不变 波传播振动这种运动形式 某一时刻 介质中的 A 点处在波峰 或振动的某一位置 随着波的传播 可以看到波峰沿着波的传播方向移动 经过一段时间介质 B 点达到波峰 即 振动由 A 传到 B 点 波传播的距离和所有时间的比叫波速 由波长意义可以得出波的公式 它是表示波传播规律的一个基本公式 在机械波中 波的周期和频率由波源的周期和频率决定 在波传播过程中是不变的 波速是 由介质的性质决定的 不同介质波速不同 波从一种介质进入另一种介质时 周期和频率不 变 波长与波在介质中的波速成正比 波的图象 波在介质中传播时 介质中不同质点的位移随时间变化的情况是不同的 介质中某一点 的振动位移既跟时间有关 又跟它距波源的距离有关 为了表示波在介质中的传播情况 通 常选定某一时刻 用纵坐标表示该时刻各个质点离开平衡位置的位移 横坐标表示介质中各 个质点的平衡位置 用平滑的曲线连接此时刻各质点位移矢量的末端 这就是该时刻波的图 象 波的图象是一条正弦或余弦曲线 从波的图象中可以看出 在波的传播方向上的介质中 各点在某时刻离开平衡位置的位移 波的波长 介质中各质点振动的振幅 若知道波的传播 速度 则可由波的公式 求出波的周期和频率 波的传播具有时间的周期性和空间的周期性 时间的周期性是指每隔一个周期或一个周 期整数倍的时间 波形总是重复出现的 这是因为每隔一个周期整数倍的时间 介质中各个 用心 爱心 专心 质点振动情况总是重复的 空间的周期性是指沿波的传播方向上每隔一个波长整数倍的距离 的质点振动情况总是相同的 因此如果将波的图象沿着波的传播方向平行移动一个波长的整 数倍距离 波形也是相同的 波的干涉和衍射 波的干涉和衍射是波特有的现象 波的干涉是频率相同的两列波叠加 使介质中某些区域的振动加强 某些区域的振动减 弱 并且振动加强的减弱的区域互相间隔 形成稳定分布的现象 波的衍射是波绕过障碍物偏离直线传播的现象 障碍物或孔的尺寸比波长小 或跟波长 差不多时 才有比较明显的衍射现象 多普勒效应 由于波源或观察者相对于介质有相对运动时 观察者所接收到的波频率有所变化的现象 就叫做多普勒效应 多普勒效应是波动过程所具有的共同特性 不仅声波 机械波 有多普 勒效应 光波也具有多普勒效应 二 例题精讲 二 例题精讲 例 1 如图 1 所示 一列沿 x 轴正方向传播的机械横波在某一时刻的图象 从图中可 看出这列横波的振幅是 米 波长是 米 P 点处的质点在此时刻的运动方向是 分析解答 从波 的图象可直接读出振 幅 0 04m 波长2m 判断 P 处质点此时刻 的运动方向有两种方法 其一是前质点带动后质点振动法 离波源较远的后质点总要追随 模仿离波源较近的前质点的振动 只是其振动步调比前质点滞后一些 从图 1 中看出 波沿 x 轴正方向传播 介质中的 A 点与 P 点相比 A 是前质点 P 是后质点 相差 4 距离 P 质点经过 T 4 时间将到达 A 质点现在的位置处 由此判断出 P 质点是向 y 轴正方向运动的 其二是波形平移法 如图 1 所示 将原波形 实线 沿波的传播方向推进一段很小距离得到 推进后的波形 虚线 比较质点在原波形上的位置 P 和在推后波形上的位置 P 显然原 在 P 处的质点到达了 P 处 同样得出此时刻在 P 处的质点是沿正方向运动的 点评 根据波的图象可直接读出该时刻介质中各质点对平衡位置的位移 质点振动的振 幅和波长 要熟练掌握根据波传播方向 判断质点振动方向可有两种基本方法 即前质点带 0 04 0 04 图 1 用心 爱心 专心 动后质点振动法和波形平移法 根据质点的振动方向判断波传播方向 可采取上述相反的方 法判断 例 2 如图 2 所示 a b 是水平绳上的两点 相距 42 厘米 一列正弦波沿绳传播 方向从 a 到 b 每当 a 点经过平衡位置向上运动时 b 点正好到达上方最大位移处 则此波 的波长可能是 A 168 厘米 B 184 厘米 C 56 厘米 D 24 厘米 分析解答 题中给出 每当 a 点经过平衡位置向上运动时 b 点正好到达上方最大位移 处 则 ab 间距离为 3 4 或或 如图 2 所示 写出通式 k 0 1 2 由此可得到波长的可能值 当 k 0 时 42 56 厘米 此为波长最 大值 k 1 时 24 厘米 故本题选项 C D 都正确 图 2 点评 由质点振动的周期性和波速 波长 频率的关系 v lf 将导致求解波的问题中 波速 波长 频率 周期 的多解问题 本题是在已知波传播方向的情况下讨论波长的多解 问题 若不知传播方向 还要讨论波沿反方向传播时波长的可能值 将两个方向传播时 波 长的可能值含在一起才是完整的 否则 将漏解 例 3 如图 3 所示 实线是一列简谐波在某一时刻的波形图 虚线是 0 2S 后它的波形 图 这列波可能的传播速度是 分析解答 从图中先读出 4m 由于本题没有给出波传播方向 所以波向 x 轴正方向 和波向 x 轴反方向传播两种情况都要考虑 设波沿 x 轴正方向传播 则由图可知 在 t 0 2S 时间内 图中实线波形向右移动 可得到虚线波形图 则波传播的距离可能值为 用心 爱心 专心 n 0 1 2 波传播速度的可能值为 n 0 1 2 本题还可以通过分析介质中各质点振动情况 求出波的可能周期或频率 利用波长 波 速 频率 周期 的关系得到波的传播速度 图中实线波形变成虚线波形需经过 n T 时 间 则 n T t 0 2S 可能的周期值为 T t n 可能的波速值为 v T n t 20 n m S n 0 1 2 设波沿 x 轴负方向传播 图中实线波形向左移动 可得到虚线波 形 则波传播距离可能值为 S n n 0 1 2 波传播速度的可能值为 n 0 1 2 图中实线波形变成虚线波形 可能的周期值为 T t n 可能波速值为 v T n t 20 n m S n 0 1 2 点评 从本题分析解答可以看出 在波传播过程中 如果没有条件限制 其波速有 多解性 解题时一定要认真分析 不要发生漏解 第第 2 2 课时课时 例 4 如图 4 所示 是一列简谐横波在 t 0 时刻的波形图 并且此时波沿 x 轴正方向 传播到 x 2 5cm 处 已知从 t 0 到 t 1 1s 时间内 P 点第三次出现在波峰位置 则 P 点的振 动周期是 S 经过 S 另一质点 Q 第一次到达波峰 图 4 用心 爱心 专心 分析解答 由于波沿 x 轴正方向传播 媒质中前质点带动后面质点振动 质点 P 将 在 T 4 后到达零位置质点现在的位置 所以质点 P 运动方向向下 经过 3T 4 将出现在第一 次波峰处 故 P 质点第三次到达波峰经历时间为 2 T 1 1S 所以 T 0 4S 波速 v l T 2 0 4 5 m s 由图可知此时位置 1 的质点在波峰 它要传到位置 6 的 Q 质点所经历 的时间 t S v 6 1 5 1S 所以经过 1S 质点 Q 第一次到达波峰 例 5 如图 5 所示 S1 S2是两个相干波源 它们振动同步且振幅相同 实线和虚线 分别表示在某一时刻它们所发出的波的波峰和波谷 关于图中所标的a b c d四点 下 列说法中正确的有 图 5 A 该时刻a质点振动最弱 b c质点振动最强 d质点振动既不是最强也不是最弱 B 该时刻a质点振动最弱 b c d质点振动都最强 C a质点的振动始终是最弱的 b c d质点的振动始终是最强的 D 再过T 4 后的时刻a b c三个质点都将处于各自的平衡位置 因此振动最弱 解 该时刻a质点振动最弱 b c质点振动最强 这不难理解 但是d既不是波峰和波 峰叠加 又不是波谷和波谷叠加 如何判定其振动强弱 这就要用到充要条件 到两波源 的路程之差是波长的整数倍 时振动最强 从图中可以看出 d是S1 S2连线的中垂线上的 一点 到S1 S2的距离相等 所以必然为振动最强点 描述振动强弱的物理量是振幅 而振幅不是位移 每个质点在振动过程中的位移是 在不断改变的 但振幅是保持不变的 所以振动最强的点无论处于波峰还是波谷 振动始终 是最强的 本题答案应选 B C 例 6 如图 6 两个正弦波沿同一条直线向相反方向传播 在 相遇阶段 波形将怎样变化 解 根据波的独立传播原理和叠加原理可作出如右图形 点评 点评 图 6 用心 爱心 专心 独立传播原理 几列波相遇时 能够保持各自的运动状态继续传播 不互相影响 叠加原理 介质质点的位移 速度 加速度都等于几列波单独转播时引起的位移 速度 加速度的矢量和 三 同步练习 三 同步练习 1 关于机械波和机械振动的关系 下列说法中正确的是 A 有机械振动就有机械波 B 有机械波就一定有机械振动 C 机械波中各质点的振动频率相同 D 机械波在传播过程中介质中的各质点是同时开始振动的 2 声波在钢轨中传播的速度大于在空气中传播的速度 则当声音由空气传到钢轨中时 A 频率变小 波长变大 B 波长变小 频率变大 C 频率不变 波长变大 D 频率不变 波长变小 3 一列简谐波在 x 轴上传播 在某时刻波形图如图 7 所示 已知此时质点 E 的运动方 向向下 则 A 此波沿 x 轴正方向传播 B 质点 C 此时向下运动 C 质点 A 将比质点 B 先回到平衡位置 D 质点 D 的振幅为零 均匀介质中沿波的传播方向上 A B 两点相距 L 振动 从 A 传到 B 所用时间小于两个周期 某时刻 A 处于负的最大位移处 而 B 恰在平衡位置向正 方向运动 则这列波的波长是 四 能力训练 四 能力训练 5 在图 8 所示的坐标中 有一列横波沿 x 轴的负方向传播速度为 6m s 当位于 x1 3cm 的 A 质点恰在平衡位置 且振动方向向上 位于 x2 6cm 的质点B 正处 于 x 轴下方最大位移处 求 1 这列波的最小频率 画出最小频率所对应的波形 2 若不受最小频率的限制写出波长的表达式 6 一列简谐横波 在波传播方向上有相距为 S 1m 的两个质点 a 和 b 当质点 a 在正