高三物理 第二轮复习(波动规律)教案八

用心 爱心 专心1 波动规律波动规律 教学目标教学目标 1 通过观察横波的形成和传播重现波的物理图景 理解波长 周期 波速概念 理解波动规律 理解波的图像 掌握波的传播跟波上质点的振动的关系 2 熟练应用波的图像分析波动问题和波上质点的振动问题 培养学生分析问题的 能力 教学重点 难点分析教学重点 难点分析 1 重点 掌握波的传播方向跟波上质点振动方向的关系 掌握波的传播距离 质 点的振动 波的图像随时间变化的关系 2 难点 通过波的图像分析波动问题和波上质点的振动问题 教学过程设计教学过程设计 教师活动教师活动 一 引入一 引入 前面我们研究和复习了匀速运动 匀变速直线运动 平抛物体的运动 匀速圆周运动 简谐 运动 在本单元中我们研究和复习机械波 提问 1 什么是机械波 它与前面研究的运动在研究对象上有什么不同 学生活动学生活动 引导学生回忆并解答提问 1 机械波定义 见教材 研究对象的不同 前面研究的运动是一个物体 通常可视为质点 的运动 而机械波是有相 互作用的质点对振动的传播 波的运动是传播振动的质点共同运动的表现 提问 2 波的运动是传播振动的质点共同运动的表现 而传播振动的质点是大 量的 因此对波动规律的表示是比较复杂的 我们在学习机械波时用什么方法表示波 的运动规律呢 怎样表示呢 回答提问 2 用波的图像表示波的运动规律 如果能作出任意时刻波的图像 就知道了波的运动规律 二 教学过程二 教学过程 用心 爱心 专心2 1 演示横波形成过程和传播 引导学生再观察波的运动特征 观后引导学生回 答 观后回答 在波的传播过程中同时有两个运动 一个是每个质点都在各自的平衡位置附近做 简谐运动 另一个是质点对振动的传播 后一个运动在横波中表现为波峰 波谷沿传播方向的运动 但质点并不随波迁移 在波动过程中 质点的运动和波形具有周期性重复特点 2 复习波长 周期 波速概念 再演示横波形成过程 引导学生观察 观察后引导学生回答波长 周期 波速的定义及对它 们的理解 观察 1 振动从质点 1 传到质点 13 时 质点 1 恰好完成一次全振动 波继续传 播 观察质点 1 和 13 2 和 14 3 和 15 的运动情况 观察 2 在振动的传播过程中 质点每完成一次全振动 波传播的距离等于一 个波长 观察后回答 观察后回答 1 在波动过程中 波上的质点 1 和 13 2 和 14 3 和 15 在振动中的任意时 刻 对平衡位置的位移总是相等的 引导学生进一步回答 回答 波继续传播到后面的质点 则质点1 和 13 25 37 质点 2 和 14 26 38 在振动中的任意时刻对平衡位置的位移总是相等的 为了描述这种 性质引入了波长 回答波长定义 符号和单位 见教材 引导学生进一步回答 波上的两个质点 如果它们的平衡位置间的距离是波长的整数倍 这 两点在振动中的任意时刻对平衡位置的位移一定相等 速度和加速度也一定相等 2 波传播一个波长的时间叫波的周期 波的周期等于波上质点振动的周期 回答 回答 周期的符号和单位 频率 频率的符号和单位 3 波的速率 用心 爱心 专心3 由教师明确指出 波的速率由传播介质的性质决定 而与周期无关 3 复习波动规律 1 波动规律 演示横波的传播 引导学生观察 观察后总结波动规律 观察 使波水平向右传播 观察波上质点运动方向 使波水平向左传播 观察波上质点运动方向 引导学生总结 波上质点的运动方向跟波的传播方向的关系 画出图1 7 1 观察 使波水平向右 或向左 传播 观察波传播的距离 波上质点的振动 波形随时间 的变化 观察后引导学生总结变化关系 观察后回答 1 波动规律 波上质点的运动方向跟波的传播方向的关系 图1 7 1 波的传播距离 波上质点的振动 波形随时间的变化 用心 爱心 专心4 设波在时间t 内传播的距离为 s 则 s vt 由此可得结论 波的传播时间是几个周期 波在这段时间内传播的距离就是几个波长 波上 的质点就完成几次全振动 波的形状就完成几次周期性变化 2 波的图像 给题 图1 7 2 是一列横波某时刻的图像 从图像可得出哪些结论 回答 回答 从图像可得出波沿 x 轴反方向传播 波长2 4m 引导学生扼要回答 细节问题可视学生回答情况再具体提问 各质点的平衡位置 x 坐标值 各质点振动的振幅10cm 各质点在图示时刻的位移 y 坐标值 各质点在图示时刻的运动方向 根据各质点该时刻的位移 还可以间接得出各质点在图示时刻的加速度方向 定性比较各质点在图示时刻的速度大小 加速度大小 4 通过例题分析 引导学生掌握应用波动规律分析问题的思路 方法 提高分析 问题 解决问题的能力 用心 爱心 专心5 给题 例 1 一列横波沿 x 轴传播 波速 10 m s 已知 t 0 时刻的波形图像如图 1 7 3 所示 图中 M 处的质点此时正经过平衡位置沿 y 轴正方向运动 在图中画出 t 1 5s 时的波形图像 设题目的 使学生掌握波形随时间变化的规律 学会分析任意时刻波形图像的方法 分析与解答 已知t 0 时刻的波形图像 要画出 t 1 5s 时的图像 有两种方法 方法1 移动质点法 这种方法是取波上的质点为研究对象 如果能知道波上的质点在t 1 5s 时的位移 就可 以画出波形图像 在本题中已知波长 4m 波上质点的振幅 A 10cm 只要知道一个 振动质点在 t 1 5s 时的位移和运动方向 就可以知道其它质点的位移 取质点 M 来分 析 质点 M 在 t 0 时正经过平衡位置沿 y 轴正方向运动 每经过一个周期 质点 M 的 运动情况都与 t 0 时相同 只要求出时间 t 与周期 T 之比 就可以知道 t 时刻 M 的运 动情况 用心 爱心 专心6 出处 位于波谷 画出t 1 5s 时的波形如图 1 7 4 中的虚线所示 方法2 移动波峰法 这种方法取波峰 或波谷 为研究对象 如果能求出t 1 5s 时波峰的位置 就可以画出 波形图像 根据波动规律 波每经过一个周期的时间传播的距离为一个波长 波峰的 位置都与 t 0 时相同 要知道 t 时刻波峰的位置 也要求出 t 与周期 T 之比 时刻的波形与图1 7 4 中虚线所示相同 给题 例 2 一列横波沿 x 轴正方向传播 频率 5Hz 波速 20m s P Q 是波上的两个 质点 图 1 7 5 它们在 x 轴上的距离是 5m 当波传到 Q 点时 使 Q 从平衡位置沿 y 轴反方向运动 则此时 P 点 A 恰好经过平衡位置沿 y 轴反方向运动 B 位移为正最大 C 位移为负最大 D 加速度为负最大 设题目的 通过波的图像分析波上质点的振动情况 用心 爱心 专心7 引导学生 画出PQ 之间波形示意图 根据 P 点在该时刻的位移判定哪个选项答案正 确 分析与解答 先画出波传到Q 点时 PQ 之间的波形示意图 已知 已知波沿x 轴正方向传播 波传到 Q 点时 使 Q 从平衡位置沿 y 轴反方向运动 根 据波动规律可画出该时刻 PQ 之间波形示意图如图 1 7 6 由图1 7 6 可看出该时刻 P 点位移为负最大 所以选项 A B 错误 选项 C 正确 根据简谐运动规律 振动质点的加速度跟位移反方向 所以质点P 该时刻的加速度为正最 大 选项 D 答案错误 给题 例 3 一列横波沿 x 轴传播 t1与 t2时刻的波形分别如图 1 7 7 中的实线和虚线 所示 已知 t2 t1 0 1s 那么这列波的速度可能是 A 10 m s B 30 m s 用心 爱心 专心8 C 40 m s D 50 m s 设题目的 根据波的图像提供的条件结合波动规律分析波动问题 对多种可能解的全面考虑 培养学生全面考虑问题的能力 引导学生分析 题目给出的已知条件 未知条件和所求 对未知条件要做多种可能情况的考 虑 本题给出的分析是用公式 1 求解 可以再引导学生用公式 2 分析求解 分析与解答 求波速可以根据公式 求出 本题从图像可得波长 4m 从 t1到 t2经过的时间 t t2 t1 0 1s 要通过 1 式求需要先求出波的周期 通过 2 式求需要先求出波在时间 t 内传播的距离 s 本题用两式都可求得 下面通过 1 式求解 取x 0 的质点的振动求周期 从图像可以看出 t1时刻该质点位移为零 t2时刻 位移为正最大 这里有两个不知道 t1时刻该质点的运动方向 t2 t1是大于一个周期 还是小于一个周期 不知道就要考虑多种可能性 设波沿x 轴正方向传播 则 t1时刻 x 0 的质点正经过平衡位置沿 y 轴反方向运动 设周期为 T1 则 周期的可能值 用心 爱心 专心9 m 0 1 2 当m 0 时 v 30m s 即选项 B 答案 m 为其它任何正整数都不能得出选项 A C D 答案 当波沿x 轴反方向传播时 则 t1时刻 x 0 的质点正经过平衡位置沿 y 轴正方向运 动 设周期为 T2 则 周期的可能值 n 0 1 2 当n 0 时 v 10m s 即选项 A 答案 n 1 时 v 50m s 即选项 D 答案 n 为任何 其它正整数时都不能得出选项 C 答案 综上所述 选项A B D 答案正确 同步练习同步练习 一 选择题一 选择题 1 如图 1 7 8 所示的水平放置的弹性长绳上有一列均匀分布的质点 1 2 3 先使质点 1 沿竖直方向做简谐运动 振动将沿绳向右传播 从质点 1 经 过平衡位置向上运动的时刻开始计时 当振动传播到质点 13 时 质点 1 恰好完成一次 全振动 此时质点 10 的加速度 用心 爱心 专心10 A 为零 B 最大 C 方向向上 D 方向向下 2 一列横波沿 x 轴传播 某时刻的波形如图 1 7 9 所示 经过 0 25s x 3cm 处 的 P 点第一次到达波峰位置 此后再经过 0 75s P 点的位移和速度可能是 A 位移是 2cm 速度为零 B 位移是 2cm 速度为零 C 位移是零 速度方向向上 D 位移是零 速度方向向下 3 一列横波沿 x 轴正方向传播 波速 50m s S 为上下振动的振源 频率 40Hz 在波上有一质点 P P 与 S 在 x 轴上的距离为 6 5m 当 S 刚好通过平衡位置向上运动 时 图 1 7 10 质点 P 的运动情况是 A 刚好到达 x 轴上方最大位移处 B 刚好经过平衡位置 C 经过 x 轴上方某位置 运动方向向下 用心 爱心 专心11 D 经过 x 轴下方某位置 运动方向向上 4 一根张紧的水平弹性长绳上的 a b 两点相距 12m b 点在 a 点的右方 图 1 7 11 一列简谐横波沿此长绳向右传播 若 a 点的位移达到正极大时 b 点的位移恰 为零 且向下运动 经过 1 0s 后 a 点的位移为零 且向下运动 而 b 点的位移恰达 到负极大 则这列简谐波 A 波长最大为 16m B 频率最小为 4Hz C 波速可能为 12m s D 波速可能为 4m s 二 非选择题二 非选择题 5 一列简谐横波沿直线传播 频率 2 5Hz 在传播方向上有 A B 两点 图 1 7 12 波从 B 点传播到 A 点经过的时间是 0 5s 从波刚好到达 B 点时开始计时 此时 B 位置的质点正处于平衡位置 开始垂直于直线沿纸面向下运动 试画出 3s 末 A B 之 间的波形示意图 6 一列横波在某时刻的波形图像如图 1 7 13 所示 波速 v 20m s 从该时刻起再 经过 1 5s x 4m 的质点 A 的位移为 m 在这 1 5s 内质点 A 通过的路程为 m 7 一列简谐横波沿 x 轴正方向传播 各质点的振幅为 2