人教版(新教材)高中物理选择性必修1学案3：3 1 波的形成

人教版（新教材）高中物理选择性必修第一册PAGEPAGE23.1波的形成〖学习目标〗1.知道什么是机械波？能区分横波和纵波，知道什么是波峰和波谷、密部和疏部．2.知道机械波的形成条件及过程．3.通过观察和分析，认识波是振动的传播，知道波在传播振动形式的同时也传播能量和信息．〖知识梳理〗一、波的形成1．波的形成如图所示，当手握绳端上下振动时，绳端带动相邻质点，使它也上下振动．这个质点又带动更远一些的质点……，绳上的质点都很快跟着振动起来，只是后面的质点总比前面的质点迟一些开始振动，这样在整个绳子上就形成了凸凹相间的波．沿绳传播的波说明：介质是能够传播机械振动的物质，其状态可以是固、液、气三态中的任意一种．2．介质(1)定义：波借以传播的物质．(2)特点：组成介质的质点之间有相互作用，一个质点的振动会引起相邻质点的振动．二、横波和纵波1．横波与纵波的比较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相互垂直的波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：质点分布密集的部分②疏部：质点分布稀疏的部分2.声波发声体振动时在空气中产生的声波是纵波，声波不仅能在空气中传播，也能在固体、液体中传播．三、机械波1．形成：机械振动在介质中传播，形成机械波．2．产生条件(1)要有波源．(2)要有传播振动的介质．3．特点(1)介质中有机械波传播时，介质本身并不随波一起传播，因此说它传播的只是振动这种运动形式．(2)介质中本来静止的质点，随着波的传来而发生振动，可见波是传递能量的一种方式．(3)我们能用语言进行交流，说明波可以传递信息．〖要点剖析〗一、波的形成情景1：一组学生手挽手排成一行，从左边第一位同学开始，周期性地下蹲、起立，依次带动旁边的同学重复他的动作，只是后边的一位总比前边的一位稍迟一点点．这样就会看到凹凸相间的波沿着队伍传播开来，而每个学生的位置并没有移动．运动会上的团体操表演常常用这种办法来表现波浪，如图所示．情景设问：(1)形成“人浪”要具备哪些条件？(2)同学为什么要手肩互搭？(3)后一同学与前一同学相比，他们的运动有何异同？(4)“人浪”沿水平方向传播，人随“人浪”迁移了吗？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附近振动，并不随波迁移，且起振方向与振源的起振方向相同．(5)机械波向前传播的是振动这种运动形式，同时也传递能量和信息．例1如图所示是某绳波形成过程的示意图，质点1在外力作用下沿垂直直线方向做简谐运动，带动其余质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端．已知t＝0时，质点1开始向上运动，t＝eq\f(T,4)时，1到达最上方，5开始向上运动．问：(1)t＝eq\f(T,2)时，质点8、12、16的运动状态(是否运动、运动方向)如何？(2)t＝eq\f(3T,4)时，质点8、12、16的运动状态如何？规律方法机械波的形成和传播特点(1)机械波的形成过程及特点可以概括为“带动、重复、落后”，即前一质点“带动”后一质点振动，后一质点“重复”前一质点的振动形式，并且后一质点的振动“落后”于前一质点．(2)就整个物体来说，呈现的现象是波动，而就构成物体的单个质点来说，所呈现的现象是振动．(3)要画另一时刻的波形图，应先确定特殊点的位置，即此时刻在平衡位置或最大位移处的点，如波源1和质点5、9、13这些点的位置确定后，其他点可顺势找出．二、横波与纵波情景2：手握轻弹簧的一端，另一端固定，上下抖动弹簧，弹簧形成凹凸相间的形状，如图1所示．手握轻弹簧一端左右有规律的振动，弹簧便形成疏密相间的形状，如图2所示．情景设问：(1)图1弹簧振动方向与其形成的波传播方向有什么关系？该种波叫什么波？(2)图2弹簧振动方向与其形成的波传播方向有什么关系？该种波叫什么波？1．横波和纵波的比较横波纵波概念在波动中，质点的振动方向和波的传播方向相互垂直在波动中，质点的振动方向和波的传播方向在一条直线上介质只能在固体介质中传播在固体、液体和气体介质中均能传播特征在波动中交替、间隔出现波峰和波谷在波动中交替、间隔出现密部和疏部名师『点石成金』：在现实生活中，绳上波为横波，声波为纵波，有些机械波既有横波，也有纵波．例如：地震波既有横波成分，又有纵波成分．2．振动与波动的联系和区别振动波动运动现象振动是单个物体所表现出的周而复始的运动现象波动是介质中大量的质点受到扰动时，从扰动中心传播开来的周而复始的运动现象运动的成因物体由于某种原因离开平衡位置，同时受到指向平衡位置的力——回复力作用介质中的质点受到相邻质点的扰动而随着运动，并由近及远传播开去，且各部分都受到指向原位置的力的作用联系(1)振动是波的起因，波是振动的传播(2)有波动一定有振动，有振动不一定有波动(3)牢记波动的周期等于质点振动的周期例2(多选)一列横波沿绳子向右传播，传播过程无能量损失，某时刻绳子形成如图所示的凹凸形状．对此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点，下列说法正确的是()A．它们的振幅相同B．质点D和F的速度方向相同C．从此时算起，质点B比C先回到平衡位置D．从此时算起，质点E比F先到达波峰规律方法解答波动问题的两个关键(1)波在传播过程中，质点只在其平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移．(2)根据质点做简谐运动的特点确定质点的位置和速度方向．〖课堂达标〗1．(多选)关于机械波的形成，下列说法正确的是()A．物体做机械振动，一定产生机械波B．后振动的质点总是跟着先振动的质点重复振动，只是时间上落后一步C．参与振动的质点的振动频率都相同D．机械波可以传递能量和信息2．(多选)一列简谐横波沿x轴传播，某时刻的波形如图所示，已知此时质点F的运动方向向y轴负方向，则()A．此波向x轴负方向传播 B．质点C此时向y轴负方向运动C．质点C将比质点B先回到平衡位置 D．各质点的振幅相同3．(多选)下列关于横波、纵波的说法正确的是()A．凸凹相间的波叫横波，凸起的最高处叫波峰，凹下的最低处叫波谷B．质点振动方向和波的传播方向在同一直线上的波叫纵波C．横波和纵波传播的都只是振动这种运动形式D．沿横向传播的波叫横波，沿纵向传播的波叫纵波4．(多选)一根张紧的水平弹性绳，绳上的S点在外界驱动力的作用下沿竖直方向做简谐运动，在绳上形成稳定的横波，在S点的左、右两侧分别有A、B、C、D四点，如图所示，已知AB、BS和SC的距离相等，CD的距离为SC的2倍，下面的说法中正确的是()A．若B点的位移与S点的位移始终相同，则A点的位移一定与S的位移始终相同B．若B点的位移与S点的位移始终相反，则A点的位移一定与S点的位移始终相反C．若C点的位移与S点的位移始终相同，则D点的位移一定与C点的位移始终相同D．若C点的位移与S点的位移始终相反，则D点的位移一定与C点的位移始终相同5．某地区地震波中的横波和纵波传播速率分别约为4km/s和9km/s.一种简易地震仪由竖直弹簧振子P和水平弹簧振子H组成(如图所示)．在一次地震中，震源在地震仪下方，观察到两振子相差5s开始振动，求：问题：(1)观测中心首先观察到的是上下振动还是左右振动？(2)震源到该地震观测中心的距离为多少？

▁▃▅▇█参*考*答*案█▇▅▃▁情景1：(1)要有一个人先振动起来．(2)有前一同学带动后一同学的作用．(3)都同样振动，但节奏稍迟．(4)没有，人只是上下振动．例1〖解析〗各质点在各时刻的情况，如图所示．甲乙(1)由甲图可知，t＝eq\f(T,2)时，质点8未到达波峰，正在向上振动，质点12、16未振动．(2)由乙图可知，t＝eq\f(3T,4)时，质点8正在向下振动，质点12向上振动，质点16未振动．情景2：(1)垂直、横波．(2)在同一直线上、纵波．例2〖答案〗ACD〖解析〗波源振动时，绳上各质点通过相互间的弹力作用跟着做受迫振动，不考虑传播中的能量损耗时，各质点的振幅均相同，选项A正确；波传播时，离波源远的质点的振动落后于离波源近的质点的振动，并跟随着离波源近的质点振动．由题图可知，波源在左端，因此，质点D跟随离波源近的质点C正向上运动，质点F跟随离波源近的质点E正向下运动，两者速度方向相反，选项B错误；由于此时B、C两质点都向上运动，B比C先到最大位移处，故B比C先回到平衡位置，选项C正确，同理知选项D正确．〖课堂达标〗1．〖答案〗BCD〖解析〗若只有物体振动，而周围没有传播这种振动的介质，振动不可能由近及远传播出去形成机械波，A错；机械波中各振动质点都在重复波源的振动，振动频率都等于波源的频率，只是离波源越远，振动步调越落后，B、C正确；机械波中介质各质点只在自己平衡位置附近振动，不随波迁移，离波源较远的质点振动的能量是通过离波源近的各质点的传递从波源获得的，D对．2．〖答案〗ACD〖解析〗因为机械波在传播过程中，靠近波源的质点的振动带动相邻的后边质点的振动，而后面质点要“模仿”前面质点的振动，所以本题中，已知质点F的运动方向向y轴负方向，即F质点正在“模仿”右边质点的振动，这说明波源在右边，波从右向左传播，即此波向x轴负方向传播，选项A正确；质点C此时刚到达最大位移处，速度为0，此后才向y轴负方向运动，选项B错误；质点B要先向y轴正方向运动到达波峰位置再回到平衡位置，而质点C直接从波峰位置回到平衡位置，所以选项C正确；振幅指的是质点离开平衡位置的最大距离，各质点的振幅相同，选项D正确．3．〖答案〗ABC〖解析〗质点的振动方向与波的传播方向垂直的波为横波,质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波为纵波;横波具有波峰和波谷,两种波传播的都是运动形式,A、B、C正确．4．〖答案〗ACD〖解析〗选项A中，由于B点和S点位移始终相同，又因为Aeq\x\to(B)＝Beq\x\to(S)，故A点与S点位移也相同．选项B中，B点和S点位移始终相反，那么再隔同样距离时，A点和S点的位移就应始终相同了．位移始终相同的点和始终相反的点是相互隔开的．5．〖解析〗(1)由于纵波传播的快，故地震发生时纵波先到达观察中心，即先觉察到的是上下振动．(2)设震源到观测中心的距离为x，则有eq\f(x,4km/s)－eq\f(x,9km/s)＝5s所以x＝36km.3.1波的形成〖学习目标〗1.知道什么是机械波？能区分横波和纵波，知道什么是波峰和波谷、密部和疏部．2.知道机械波的形成条件及过程．3.通过观察和分析，认识波是振动的传播，知道波在传播振动形式的同时也传播能量和信息．〖知识梳理〗一、波的形成1．波的形成如图所示，当手握绳端上下振动时，绳端带动相邻质点，使它也上下振动．这个质点又带动更远一些的质点……，绳上的质点都很快跟着振动起来，只是后面的质点总比前面的质点迟一些开始振动，这样在整个绳子上就形成了凸凹相间的波．沿绳传播的波说明：介质是能够传播机械振动的物质，其状态可以是固、液、气三态中的任意一种．2．介质(1)定义：波借以传播的物质．(2)特点：组成介质的质点之间有相互作用，一个质点的振动会引起相邻质点的振动．二、横波和纵波1．横波与纵波的比较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相互垂直的波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：质点分布密集的部分②疏部：质点分布稀疏的部分2.声波发声体振动时在空气中产生的声波是纵波，声波不仅能在空气中传播，也能在固体、液体中传播．三、机械波1．形成：机械振动在介质中传播，形成机械波．2．产生条件(1)要有波源．(2)要有传播振动的介质．3．特点(1)介质中有机械波传播时，介质本身并不随波一起传播，因此说它传播的只是振动这种运动形式．(2)介质中本来静止的质点，随着波的传来而发生振动，可见波是传递能量的一种方式．(3)我们能用语言进行交流，说明波可以传递信息．〖要点剖析〗一、波的形成情景1：一组学生手挽手排成一行，从左边第一位同学开始，周期性地下蹲、起立，依次带动旁边的同学重复他的动作，只是后边的一位总比前边的一位稍迟一点点．这样就会看到凹凸相间的波沿着队伍传播开来，而每个学生的位置并没有移动．运动会上的团体操表演常常用这种办法来表现波浪，如图所示．情景设问：(1)形成“人浪”要具备哪些条件？(2)同学为什么要手肩互搭？(3)后一同学与前一同学相比，他们的运动有何异同？(4)“人浪”沿水平方向传播，人随“人浪”迁移了吗？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附近振动，并不随波迁移，且起振方向与振源的起振方向相同．(5)机械波向前传播的是振动这种运动形式，同时也传递能量和信息．例1如图所示是某绳波形成过程的示意图，质点1在外力作用下沿垂直直线方向做简谐运动，带动其余质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端．已知t＝0时，质点1开始向上运动，t＝eq\f(T,4)时，1到达最上方，5开始向上运动．问：(1)t＝eq\f(T,2)时，质点8、12、16的运动状态(是否运动、运动方向)如何？(2)t＝eq\f(3T,4)时，质点8、12、16的运动状态如何？规律方法机械波的形成和传播特点(1)机械波的形成过程及特点可以概括为“带动、重复、落后”，即前一质点“带动”后一质点振动，后一质点“重复”前一质点的振动形式，并且后一质点的振动“落后”于前一质点．(2)就整个物体来说，呈现的现象是波动，而就构成物体的单个质点来说，所呈现的现象是振动．(3)要画另一时刻的波形图，应先确定特殊点的位置，即此时刻在平衡位置或最大位移处的点，如波源1和质点5、9、13这些点的位置确定后，其他点可顺势找出．二、横波与纵波情景2：手握轻弹簧的一端，另一端固定，上下抖动弹簧，弹簧形成凹凸相间的形状，如图1所示．手握轻弹簧一端左右有规律的振动，弹簧便形成疏密相间的形状，如图2所示．情景设问：(1)图1弹簧振动方向与其形成的波传播方向有什么关系？该种波叫什么波？(2)图2弹簧振动方向与其形成的波传播方向有什么关系？该种波叫什么波？1．横波和纵波的比较横波纵波概念在波动中，质点的振动方向和波的传播方向相互垂直在波动中，质点的振动方向和波的传播方向在一条直线上介质只能在固体介质中传播在固体、液体和气体介质中均能传播特征在波动中交替、间隔出现波峰和波谷在波动中交替、间隔出现密部和疏部名师『点石成金』：在现实生活中，绳上波为横波，声波为纵波，有些机械波既有横波，也有纵波．例如：地震波既有横波成分，又有纵波成分．2．振动与波动的联系和区别振动波动运动现象振动是单个物体所表现出的周而复始的运动现象波动是介质中大量的质点受到扰动时，从扰动中心传播开来的周而复始的运动现象运动的成因物体由于某种原因离开平衡位置，同时受到指向平衡位置的力——回复力作用介质中的质点受到相邻质点的扰动而随着运动，并由近及远传播开去，且各部分都受到指向原位置的力的作用联系(1)振动是波的起因，波是振动的传播(2)有波动一定有振动，有振动不一定有波动(3)牢记波动的周期等于质点振动的周期例2(多选)一列横波沿绳子向右传播，传播过程无能量损失，某时刻绳子形成如图所示的凹凸形状．对此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点，下列说法正确的是()A．它们的振幅相同B．质点D和F的速度方向相同C．从此时算起，质点B比C先回到平衡位置D．从此时算起，质点E比F先到达波峰规律方法解答波动问题的两个关键(1)波在传播过程中，质点只在其平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移．(2)根据质点做简谐运动的特点确定质点的位置和速度方向．〖课堂达标〗1．(多选)关于机械波的形成，下列说法正确的是()A．物体做机械振动，一定产生机械波B．后振动的质点总是跟着先振动的质点重复振动，只是时间上落后一步C．参与振动的质点的振动频率都相同D．机械波可以传递能量和信息2．(多选)一列简谐横波沿x轴传播，某时刻的波形如图所示，已知此时质点F的运动方向向y轴负方向，则()A．此波向x轴负方向传播 B．质点C此时向y轴负方向运动C．质点C将比质点B先回到平衡位置 D．各质点的振幅相同3．(多选)下列关于横波、纵波的说法正确的是()A．凸凹相间的波叫横波，凸起的最高处叫波峰，凹下的最低处叫波谷B．质点振动方向和波的传播方向在同一直线上的波叫纵波C．横波和纵波传播的都只是振动这种运动形式D．沿横向传播的波叫横波，沿纵向传播的波叫纵波4．(多选)一根张紧的水平弹性绳，绳上的S点在外界驱动力的作用下沿竖直方向做简谐运动，在绳上形成稳定的横波，在S点的左、右两侧分别有A、B、C、D四点，如图所示，已知AB、BS和SC的距离相等，CD的距离为SC的2倍，下面的说法中正确的是()A．若B点的位移与S点的位移始终相同，则A点的位移一定与S的位移始终相同B．若B点的位移与S点的位移始终相反，则A点的位移一定与S点的位移始终相反C．若C点的位移与S点的位移始终相同，则D点的位移一定与C点的位移始终相同D．若C点的位移与S点的位移始终相反，则D点的位移一定与C点的位移始终相同5．某地区地震波中的横波和纵波传播速率分别约为4km/s和9km/s.一种简易地震仪由竖直弹簧振子P和水平弹簧振子H组成(如图所示)．在一次地震中，震源在地震仪下方，观察到两振子相差5s开始振动，求：问题：(1)观测中心首先观察到的是上下振动还是左右振动？(2)震源到该地震观测中心的距离为多少？

▁▃▅▇█参*考*答*案█▇▅▃▁情景1：(1)要有一个人先振动起来．(2)有前一同学带动后一同学的作用．(3)都同样振动，但节奏稍迟．(4)没有，人只是上下振动．例1〖解析〗各质点在各时刻的情况，如图所示．甲乙(1)由甲图可知，t＝eq\f(T,2)时，质点8未到达波峰，正在向上振动，质点12、16未振动．(2)由乙图可知，t＝eq\f(3T,4)时，质点8正在向下振动，质点12向上振动，质点16未振动．情景2：(1)垂直、横波．(2)在同一直线上、纵波．例2〖答案〗ACD〖解析〗波源振动时，绳上各质点通过相互间的弹力作用跟着做受迫振动，不考虑传播中的能量损耗时，各质点的振幅均相同，选项A正确；波传播时，离波源远的质点的振动落后于离波源近的质点的振动，并跟随着离波源近的质点振动．由题图可知，波源在左端，因此，质点D跟随离波源近的质点C正向上运动，质点F跟随离波