《波的形成》课件

第三章机械波①物理观念：

知道波的特征，横波和纵波的概念；能用图像描述横波．理解波速、波长和频率的关系．②科学思维：通过观察，认识波的特征．能区别横波和纵波．知道波的反射和折射现象．能解释多普勒效应产生的原因．能列举多普勒效应的应用实例．③科学探究：通过实验，了解波的干涉和衍射现象．通过实验，认识多普勒效应．④科学态度与责任：用波动演示器显示波的叠加．观察音叉双臂振动激发的水波干涉现象．学生们手拉手站成一排，依次下蹲、起立，模拟机械波．查阅资料，了解多普勒效应的实际应用．查阅资料，举办关于机械波的讨论会．本章是力学的最后一章，整体难度并不大，属于高考的重点．本章引导学生通过研究机械波现象，拓展对物理世界的认识和理解；通过创设学生感兴趣的问题情境，引导学生运用已有的概念和规律分析常见的机械波现象．本章重点①知道波的产生和传播，横波和纵波的异同点；②知道波的反射、折射、衍射、干涉等现象，能解释多普勒效应产生的原因；③理解波速、波长和频率的关系．本章难点①能分析波的图像问题，能用图像描述横波；②理解波速、波长和频率的关系，并能进行相关计算；③能分析波的多解问题．1波的形成学习目标学法指导1．理解机械波的形成过程和传播条件2．知道机械波的分类——横波和纵波．明确机械波传播的特点3．通过对波的认识和理解，逐步提高空间想象能力1．通过实验和观察，认识机械波的特征、性质和类别2．通过对公式和概念的分析理解，深入掌握机械波的变化及应用知识导图课前·自主预习1．波的形成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________更远一些的质点……绳上的质点都____________起来，只是后面的质点总比前面的质点迟一些开始________，这样在整个绳子上就形成了凸凹相间的波形．波的形成和传播带动跟着振动振动

2．介质(1)定义：波借以________的物质．(2)特点：组成介质的质点之间有______________，一个质点的振动会引起相邻质点的振动．传播

相互作用

3．机械波(1)形成：__________在介质中传播，形成机械波．(2)产生条件：①要有______；②要有传播振动的______．(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________这种运动形式．②介质中本来静止的质点，随着波的传播而发生振动，可见波是传递________的一种方式．③我们能用语言进行交流，说明波可以__________．机械振动

波源

介质

振动

能量

传递信息

振动和波的关系是什么？有振动是否一定有机械波？【答案】波源和介质是形成机械波的必要条件，二者缺一不可，有振动不一定有机械波，有机械波一定有振动．

如图所示是一列沿着绳向右传播的波形图，此时波刚传到B点，由图可判断波源A点开始的振动方向是________．【答案】向上

【解析】由于波刚刚传到B点，所以B点此时的振动方向就是波源的起振方向，由图根据波的传播与质点振动的关系可以知道，B质点此时正向上振动，所以波源A质点刚开始的振动方向向上．1．对比横波和纵波项目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________的波波峰：凸起的________波谷：凹下的________

纵波质点的振动方向与波的传播方向__________的波密部：质点分布______的位置疏部：质点分布______的位置

相互垂直最高处最低处在同一直线上最密最疏

2．说明发声体振动时在空气中产生的声波是______，声波不仅能在空气中传播，也能在固体、液体中传播．纵波

地震波既有横波也有纵波，试分析哪一种波对地面建筑物的破坏力大．【答案】横波振动方向与波前进方向垂直，而纵波振动方向与传播方向一致．在震中区，地震波直接入射地面，横波表现为左右摇晃，纵波表现为上下跳动．另外，横波振幅比纵波大，破坏力大，所以横波的水平晃动力是造成建筑物损坏的主要原因． (多选)关于横波和纵波，下列说法正确的是 (

)A．质点的振动方向和波的传播方向垂直的波叫作横波B．质点的振动方向跟波的传播方向在同一直线上的波叫作纵波C．横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部D．地震波是纵波【答案】ABC

【解析】本题考查纵波和横波的概念．由定义知，A、B、C正确．地震波中既有横波，又有纵波，故D错误．课堂·重难探究1．机械波的形成机械波的形成及特点2．机械波的特点(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(频率)：各质点都在做受迫振动，所以各质点振动的周期(频率)均与波源的振动周期(频率)相同．(3)不同质点的振动步调：离波源越远，质点振动越滞后．(4)运动：各质点只在各自的平衡位置附近做往复振动，并不随波迁移．各质点的起振方向都与波源开始振动的方向相同．(5)实质：机械波向前传播的是振动这种运动形式，同时也可以传递能量和信息．3．波动过程中各质点的运动规律(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)后振动的质点的振动状态落后于先振动的质点．(4)概括起来就是“带动、重复、落后”．机械波的形成和传播特点【答案】见解析

【解析】各质点在各时刻的情况，如图所示．变式1在一条软绳上选18个等间距的质点，质点1在外力作用下首先向上振动，其余质点在相互作用力的带动下依次振动，从而形成简谐波，由波的形成及图示可知，下列说法中正确的是(

)A．每个质点均在其平衡位置附近自由振动B．每个质点开始运动后，均在水平方向做匀速运动，在竖直方向做简谐运动C．绳上的每一个质点开始振动时，方向都向上，振动周期都相同D．绳上波的传播过程也是能量的传递过程，每个质点均做等幅振动，故每个质点的机械能守恒【答案】C【解析】质点1带动质点2是利用绳子上质点间的弹力实现的，因此每个质点均做受迫振动，A错误；每个质点开始振动后，只在竖直方向做简谐运动，水平方向上不随波迁移，B错误；绳子上每一个质点的起振方向都相同，振动周期等于波源振动周期，C正确；波的传播过程也是能量的传递过程，所受合力不为零，虽然每个质点均做等幅振动，但是每个质点的机械能并不守恒，D错误．机械波的传播图像问题例2如图为波沿着一条右端固定的绳子传播到B点的波形示意图，由图可判断出A开始振动的方向是

(

)A．向左

B．向右C．向上

D．向下【答案】C【解析】由同侧法从图中可知B点将开始向上振动，波的传播过程中各质点的振动是在波源的带动下依次进行的，每个质点开始的振动方向一定和波源的起振方向相同．所以A开始振动的方向向上．C正确，A、B、D错误．变式2

一列沿x轴正方向传播的简谐横波，某时刻的波形如图所示．P为介质中的—个质点，从该时刻开始的一段极短时间内，P的速度v和加速度a的大小变化情况是v变______，a变______．【答案】大小

【解析】由题图知波传播方向沿x轴正方向，根据质点振动方向与波的传播方向的关系可知质点P的速度方向在该时刻开始的一段极短时间内沿y轴正方向，即向该质点的平衡位置运动，因此P质点速度增大；质点P做简谐运动，向平衡位置运动，相对于平衡位置的位移减小，所受回复力减小，因此加速度a减小，即v变大，a变小．

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．1．横波与纵波的比较横波与纵波名称横波纵波概念质点的振动方向和波的传播方向相互垂直的波质点的振动方向和波的传播方向在同一直线上的波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2．由“带动法”确定质点的振动方向(1)原理：先振动的质点带动邻近的后振动的质点．(2)方法：在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点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．如图所示．特别提醒：(1)绳波和声波分别是典型的横波和纵波，水波是比较复杂的机械波，不是横波．(2)在纵波中各质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上，而不是方向相同．横波和纵波的区别例3机械波按质点的振动方向与波的传播方向的关系可分为横波和纵波．(1)(多选)关于介质中质点的振动方向和波的传播方向，下列说法正确的是

(

)A．在横波中二者方向有时相同B．在横波中二者方向一定不同C．在纵波中二者方向有时相同D．在纵波中二者方向一定不同(2)如图所示，若一列横波在x轴上传播，a点是波传播方向上的某一质点，则质点a的振动方向一定上下振动吗？【答案】(1)BC

(2)不一定

【解析】(1)在横波中质点振动方向和波的传播方向相互垂直，所以二者方向一定不同，故A错误，B正确；在纵波中二者方向在同一直线上，既可以相同，也可以相反，故C正确，D错误．(2)不一定．因为此波为横波，可知质点的振动方向与波的传播方向相互垂直，此波在x轴上传播，可知质点a的振动方向应在过a点且垂直于x轴的平面内，即质点a的振动方向可沿此平面的任意方向，不一定是上下方向的振动．变式3

(多选)(上海期中)地壳深处的岩层活动产生强烈震动而引发地震．地震波的纵波传播速度较快，约为6km/s；横波传播速度较慢，约为4km/s.2022年3月26日在青海某无人区发生6.0级地震，震源深度10km.地震发生后距震源163km的嘉峪关市震感强烈．则以下说法正确的是

(

)A．震源的正上方，地震波的纵波会引起地面物体上下跳动，横波会引起地面上物体水平晃动B．地震波的横波在介质中传播时，介质中的质点会沿波的传播方向运动，从而导致房屋倒塌C．嘉峪关市的防震减灾机构有约13.6秒的时间提前预警更具破坏性的横波何时到达D．建筑物的固有周期与地震波的振动周期越接近，建筑物受到的损伤就越小【答案】AC对机械波的理解例4如图为以质点P为波源的机械波在绳上传到质点Q时的波形．下列判断正确的是

(

)A．这列机械波为纵波B．质点P从平衡位置开始振动时，其运动方向向上C．质点Q从平衡位置开始振动时，其运动方向向下D．机械波传到Q时，质点P恰好振动了1个周期【答案】B【解析】绳上各质点的位移方向与波的传播方向垂直，即质点的振动方向与波的传播方向垂直，所以这列机械波为横波，A错误；质点Q的起振方向与波源的起振方向一样，波向右传播，质点Q从平衡位置开始振动时，起振方向是向上的，所以质点P从平衡位置开始振动时，其运动方向向上，B正确，C错误；由图可知，机械波传到Q时，质点P恰好振动了1.5个周期，D错误．变式4

(多选)下列关于机械波的说法中正确的是 (

)A．相邻的质点是相互做功B．纵波的质点可以随波迁移，而横波的质点不能C．波源开始时怎样振动，其他质点开始时就怎样振动D．除波源外波中各质点都做受迫振动【答案】ACD

【解析】机械波是由于介质中前面的质点带动后面的质点，使波源的振动形式与波源的能量向远处传播而形成的，前后质点间存在相互作用力，因而相互做功，故A正确；波传播的过程中，各质点只能在各自的平衡位置附近振动，质点不随波迁移，故B错误；每个质点都是由波源依次带动后面的质点，每个质点都做受迫振动，每个质点的频率都与波源的频率相同，并且都“仿照”波源振动，故C、D正确．

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的方向．核心素养应用振动与波动的比较名称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大量质点受到扰动时，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——回复力作用介质中质点受到相邻质点的扰动而随着运动，并由近及远的传播开去，且各部分都受到指向原平衡位置的力的作用名称振动波动运动性质变加速运动在均匀介质中匀速向前传播能量变化动能与势能相互转化，如果是简谐运动，机械能保持不变波的传播过程是能量传递过程，当波源停止振动不再向外传递能量时，各个质点的振动也会相继停下来例5

(多选)关于振动和波的关系，下列说法中正确的是 (

)A．振动是波的成因，波是振动的传播形式B．振动是单个质点呈现的运动现象，波是许多质点联合起来呈现的运动现象C．波的传播速度就是质点振动的速度D．波源停止振动时，波立即停止传播【答案】AB

【解析】机械波的产生条件是有波源和介质，由于介质中的质点依次带动由近及远传播而形成波，A、B正确；波的传播速度是波形由波源向外伸展的速度，在均匀介质中其速度大小不变，而质点振动的速度和方向都随时间周期性地发生变化，C错误；波源一旦将振动传播给了介质，振动就会在介质中向远处传播，而当波源停止振动时，振动在介质中仍然继续传播，不会随波源停止振动而停止传播，D错误．小练·随堂巩固1．关于机械波的下列说法中，正确的是 (

)A．自然界所刮的风就是一种机械波B．波不仅能传递能量，而且参与振动的质点也在随波迁移C．波将波源的运动形式传播出去的同时，也可以传递信息D．能传播机械波的介质一定是可以自由流动的【答案】C

【解析】自然界所刮的风，实质上是由于压强差等因素引起的空气流动，不是机械波，A错误；波是运动形式的传播，是能量传递的一种方式，但各质点均在各自平衡位置附近振动，并不随波迁移，B错误；波不仅能传播运动形式，它也是信息传递的载体，C正确；固体也能传播机械波，D错误．2．以质点P为波源的机械波在绳上传到质点Q时的波形如图所示，下列说法正确的是

(

)A．绳波传播不需要介质B．P点的起振方向朝上C．绳中质点带动右侧相邻的质点振动D．当P点停止振动时，绳波立即消失【答案】B

【解析】绳波是机械波，机械波的传播需要介质，A错误；所有质点的起振方向和波源的起振方向一致，图示Q点在波的传播方向上处于下坡，向上振动，故P的起振方向向上，B正确；绳波向左传播，因此绳中质点带动左侧相邻的质点振动，C错误；机械波传递能量，当波源停止振动，但能量会继续传递，以波的形式继续传播，D错误．3．关于横波和纵波，下列说法正确的是 (

)A．对于横波和纵波，质点的振动方向和波的传播方向有时相同，有时相反B．对于纵波，质点的振动方向与波的传播方向一定相同C．波沿水平方向传播，质点在竖直方向上下振动，这类波是横波D．形成纵波的质点，随波一起迁移【答案】C

【解析】横波质点的振动方向与波的传播方向相互垂直，纵