《2017－2018学年高中物理 第2章 机械波 第1节 波的形成和描述教学案 鲁科版选修3-4》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017－2018学年高中物理 第2章 机械波 第1节 波的形成和描述教学案 鲁科版选修3-4（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第1节 波的形成和描述 1机械振动在介质中的传播形成机械波，机械波分 为横波和纵波两种，横波上有波峰和波谷，纵波 上有疏部和密部。2机械波传播的是振动形式和能量，质点本身只在平衡位置附近做与波源相同形式的振动，并不随波迁移。3描述波的特征量有波长、周期、频率、波速，其关系为v或 vf。4波的图像能形象描述某一时刻各质点相对平衡位置的位移，并可直接读出波长和振幅。波的形成与传播自读教材抓基础1波的形成：机械振动在介质中传播，形成机械波。2波的传播：(1)要有波源，即能够引起其他质点振动的质点。(2)要有传播振动的介质。跟随名师解疑难1机械波的形成2机械波的特点(1)振幅：像绳波这种一维(只在某个
2、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，但各质点的起振方向与波源相同。(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。(5)实质：机械波向前传播机械振动这种运动形式的同时，也传递能量和信息。3机械振动与机械波的比较机械振动机械波区别研究对象单个质点以平衡位置为中心所做的往复运动介质中大量质点依次发生振动而形成的“集体运动”产生原因质点受到回复力的作用介质中相邻质点的带动作用能量变化振动过程中动能和势能不断地相互转化，总机械能守桓振源将机械能传递给它的相邻质点，这个质点再将能量传
3、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。学后自检(小试身手)关于机械波的以下说法中，不正确的是()A波动发生需要两个条件：波源和介质B波动过程是介质质点由近及远移动的过程C波动过程是能量由近及远传递的过程D波源与介质质点的振动都是受迫振动解析：选B波源(即振源)振动时，依靠介质中的相互作用
4、力带动周围各部分质点振动起来，形成机械波。作为介质的各质点，只在平衡位置附近做振动，并不随波向外迁移，仅把振源的振动形式和能量传递出去。波源和介质中的质点之间的相互作用力阻碍波源的振动。是一种阻力，所以波源的振动不可能是自由振动。相邻的介质中的质点之间存在相互作用，故介质中的质点做受迫运动，不是自由振动。波的分类1.机械波可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波峰：横波中凸起的最高处波谷：横波中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密部：纵波中质点分布最密的位置疏部：纵波中质点分布最疏的位置2声波是纵波，它不仅能在空气中传播，
5、也能在固体、液体中传播。学后自检(小试身手)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形成纵波的质点，随波一起迁移D空气介质只能传播纵波解析：选D形成横波的质点振动的方向只能与传播方向垂直，形成纵波的质点的振动方向总是与波传播方向平行，有时相同，有时相反，故A、B都错误；无论是横波还是纵波，质点都是在平衡位置附近做往复运动，不会随波定向移动，故C错误；因为空气介质只能通过压缩而产生相互作用力，故空气中的机械波只能是纵波，故D正确。波的描述自读教材抓基础1波的图像波的图像描述的是某一时刻各个质
6、点的位移。如果介质中各个质点做简谐运动，它所形成的波就叫简谐波，它的波形曲线是正弦(或余弦)曲线。2波的特征(1)周期(T)定义：波上各质点完成一次全振动经历的时间。决定因素：波在介质中传播时，各质点的振动周期相同，都等于波源的振动周期。(2)频率(f)定义：介质中的质点每秒完成全振动的次数。(3)波长()定义：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，用表示。特征：在横波中，两个相邻波峰(或波谷)之间的距离等于波长。在纵波中，两个相邻密部(或疏部)之间的距离等于波长。时空关系：在一个周期内，振动在介质中传播的距离等于一个波长。(4)波速(v)定义：波在
7、介质中的传播速度，即振动在介质中的传播速度。公式：v、vf或v，以上公式适用于波在均匀介质中传播。决定因素：机械波在介质中的传播速度由介质本身的性质决定，不同频率同种类的机械波在相同介质中的传播速度相同。跟随名师解疑难1波动图像的信息(1)从图像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、动量、动能的变化。2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：上下坡法不妨可以
8、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211。图211同侧法若在波动图像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像的同一侧，如图212。图212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213。图213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像上另找一点P，若P在P
9、上方，则P向上运动，若P在P下方，则P向下运动。如图214。图214(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。特别提醒(1)在某一时刻各质点的位移不同，但各质点的振幅是相同的。(2)每一质点的振动规律相同，只是后一质点比前一质点振动得晚。学后自检(小试身手)一简谐横波沿x轴正方向传播，某时刻其波形如图215所示。下列说法正确的是()图215A由波形图可知该波的波长和波速B由波形图可知该波的周期C经1/4周期后质点P运动到Q点D经1/4周期后质点P的速度变为零解析：选D由图像的基本知识可知，该波的波长4 cm，但无法确定周期和波速，故A、
10、B错误；质点只能在平衡位置附近振动，而不会随波传播，故C错误；因波沿x轴正向传播，此时刻质点P正向y轴正方向运动，经1/4周期后运动到最高点，速度变为零，故D正确。机械波的形成及特点典题例析1如图216所示，是某绳波形成过程的示意图。质点1在外力作用下沿直线方向做简谐运动，带动2,3,4，各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端。已知t0时，质点1开始向上运动，t时，1到达最上方，5开始向上运动。问：图216(1)t时，质点8、12、16的运动状态(是否运动、运动方向)如何？(2)t时，质点8、12、16的运动状态如何？思路点拨解析：各质点在各时刻的情况。如图所示。(1)由甲图可知，t时
11、，质点8未达到波峰，正在向上振动，质点12、16未振动。(2)由乙图可知，t时，质点8正在向下振动，质点12向上振动，质点16未振动。答案：见解析探规寻律(1)“带动”“重复”“滞后”可以描述机械波的形成过程及特点。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，并且其振动总要“滞后”前一质点一段时间。(2)介质中质点开始振动的方向均与振源开始振动的方向相同。(3)振动是波的起因，波是振动的传播，有波一定有振动，有振动不一定有波动。跟踪演练如图217所示，沿水平方向的介质中的部分质点，每相邻两质点的距离相等，其中O为波源，设波源的振动周期为T，从波源通过平衡位置竖直向下振动
12、开始计时，经质点1开始振动，则下列关于质点的振动和介质中的波的说法中不正确的是()图217A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图中所画出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处的时间总是比质点7通过相同的位置时落后D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，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次振动解析：选B从题中可知，质点9是图中距波源最远的点，尽管与振源起振方向相同，但起振时刻最晚，故A正确，B错误；质点7与质点8比较，质点7是
13、质点8的前质点，7、8质点间的振动步调相差，故C正确；质点9比质点1晚2T开始起振，一旦质点9起振后，质点1、9的振动步调就完全一致，故D正确。认识波的图像典题例析2一列简谐横波在t0时的波形图如图218所示。介质中x2 m 处的质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式为y10 sin(5t)cm。关于这列简谐波，下列说法正确的是()图218A周期为4.0 sB振幅为20 cmC传播方向沿x轴负向 D传播速度为10 m/s思路点拨解析：由P点振动方程可求周期T s0.4 s，故A错误。由题图可知振幅为10 cm，故B错误。由P点振动方程可知t0时刻质点P振动方向沿y轴正方向，根据波形图可以判断波沿x
14、轴正方向传播，故C错误。由波速公式得v m/s10 m/s，故D正确。答案：D探规寻律(1)波动周期等于质点振动周期。(2)由质点P振动方程y10 sin(5t)可知0时刻质点P沿y轴正向振动。跟踪演练一列简谐横波沿x轴传播，周期为T，t0时刻的波形如图219所示。此时位于x3 m处的质点正在通过平衡位置向上运动，若a、b两质点平衡位置的坐标分别为xa2.5 m，xb5.5 m，则()图219A当a质点处在波峰时，b质点恰在波谷Bt时，a质点正在向y轴负方向运动Ct时，b质点正在向y轴负方向运动D在某一时刻，a、b两质点的位移和速度可能相同解析：选C由题中波的图像可知，因x3 m处的质点正在通过平衡位置向上运动，故波向x轴负方向传播，a、b两质点沿x轴方向相距3 m，为；则当a质点处在波峰时，b质点恰好在平衡位置，则A错；波形曲线向左平移1 m，即可得时刻波的图像，a点处
