高中物理第2章机械波1机械波的形成和传播教师用书教科版选修3-4.pdf

精品教案可编辑机械波的形成和传播学 习 目 标知 识 脉 络1.知道直线上波的形成过程2理解什么是机械波，确认波是传播振动形式和传递能量的一种方式(难点)3知道什么是横波、波峰和波谷(重点、难点)4知道什么是纵波、密部和疏部(重点、难点)机 械 波 的 形成 和 传 播先填空 1机械波形成原因以绳波为例(如图 2-1-1)图 2-1-1(1)可以将绳分成许多小段，每一段都可以看做质点(2)如果手不抖动，各个质点排列在同一直线上，各个质点所在的位置称为各自的平衡位置(3)手连续上下抖动，引起的振动就会沿绳向另一端传去，振动状态在绳上的传播就形成了机械波(4)手是引起绳上初始振动的装置，叫波源精品教案可编辑2介质(1)定义：能够传播振动的物质(2)质点运动特点：介质中的各质点只是在各自的平衡位置附近做往复运动，并没有随波的传播而向前迁移3机械波(1)定义：机械振动在介质中传播，形成了机械波(2)机械波的产生条件波源：引起初始振动的装置介质：能够传播振动的物质(3)机械波的特点介质中有机械波传播时，介质本身并不随波一起迁移，传播的只是机械振动这种运动形式波是传递能量的一种方式再判断 1机械波传播的是介质中的质点()2质点的振动位置不断转换即形成波()3在绳波的形成和传播中，所有质点同时运动，同时停止运动()4在绳波的形成和传播中，所有质点的运动是近似的匀速直线运动()后思考 1振动和波的关系是什么？有振动是否一定有机械波？【提示】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2机械波形成后，若波源停止振动，机械波会立即消失吗？【提示】不会波源停止振动后，机械波传递的能量并没有立即消失，因此机械波不会立即消失精品教案可编辑1机械波的形成(1)实质：介质各质点间存在相互作用力，前面质点的振动带动后面质点的振动(2)各质点的振动：每一个质点均做相同的受迫振动(3)各质点间的作用：相邻质点间有弹力作用，相互做功，将振动形式和振动能量同时向外传播2机械波的特点(1)振幅：若不计能量损失，各质点振幅相同(2)周期：波的周期、各质点的振动周期均和波源的振动周期相同(3)质点振动时刻：离波源越远，质点开始振动越晚(4)各质点的运动：各质点都在各自的平衡位置附近振动，并不随波迁移(5)作用：机械波向外传播振动形式和能量1如图 2-1-2是一条软绳，绳上选有18 个质点，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()图 2-1-2A质点 1 带动质点 2 是利用绳上质点间的弹力实现的，因此每个质点均做受迫振动B每个质点开始运动后，在水平方向做匀速运动，在竖直方向做简谐运动C绳子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绳子上波的传播过程，也是能量的传播过程，虽然每个质点均做等幅振动，但每个精品教案可编辑质点的机械能并不守恒E波的形成过程中，质点沿着波的传播方向移动【解析】质点 1 带动质点2 是利用绳上质点间的弹力实现的，因此每个质点都做受迫振动，A 正确；每个质点开始振动后，只在竖直方向做简谐运动，水平方向不随波迁移，B 和 E 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，也是能量的传播过程，虽然每个质点均做等幅振动，但每个质点的机械能并不守恒，D 正确【答案】ACD2将一个小石子投向平静的湖面中心，会激起一圈圈向外传播的波纹，如果此时水面上有一片树叶，那么树叶运动情况是怎样的？【解析】波在传播过程中，只传递振动能量和波源所发出的信息，而各质点不随波迁移，只在各自的平衡位置附近振动【答案】在原位置上下振动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，其他点可顺势找出横 波 和 纵 波精品教案可编辑先填空 机械波可分为横波和纵波两类定义标识性物理量实例横波质点的振动方向和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绳上形成的波纵波质点的振动方向和波的传播方向平行的波密部：纵波中质点分布密集的位置疏部：纵波中质点分布稀疏的位置声波、弹簧上的波再判断 1横波中质点的振动方向与波的传播方向垂直()2质点的振动方向与波的传播方向垂直的波都是横波()3如果波源停止振动，介质中的波也会立即停止()4横波在固体、液体、气体中都能传播，纵波只能在气体中传播()后思考 1在平静的湖面上，漂浮着一片树叶，如果你往树叶附近扔下一块小石子，湖面立即兴起水波，水波一圈一圈往外扩展出去，于是树叶运动起来这里的水波是横波还是纵波？图 2-1-3【提示】横波2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【提示】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破坏的主要原因1横波和纵波的比较精品教案可编辑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3关于横波和纵波，下列说法正确的是()A对于纵波，质点的振动方向和波的传播方向有时相同，有时相反B对于横波，质点的运动方向与波的传播方向一定垂直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E空气介质只能传播横波【解析】质点的振动方向与波的传播方向垂直的波是横波，质点的振动方向与波的传精品教案可编辑播方向平行的波是纵波；纵波质点的运动方向与波的传播方向有时相同，有时相反，A、B正确；无论横波还是纵波，质点都不随波迁移，C 错误；横波不能在空气中传播，空气只能传播纵波，D 正确，E错误【答案】ABD4.一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2-1-4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()【导学号：18640013】图 2-1-4A它们的振幅相同B质点D和F的速度方向相同C质点A和C的速度方向相同D从此时算起，质点B比C先回到平衡位置E从此时算起，质点E比F先到达波峰【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；同理，此时质点A正向下运动，质点C正向上运动，两者速度方向也相反，选项C 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D 正确同理知选项E正确【答案】ADE5.某地区地震波中的横波和纵波传播速率分别约为4 km/s和 9 km/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 2-1-5所示)在一次地震中，震源在地震仪下方，观察到两振子相差5 s 开始振动，求：精品教案可编辑图 2-1-5(1)先振动的是哪个振子？(2)震源距地震仪的距离是多少？【解析】横波速度小于纵波速度，所以P先开始振动由x9 km/s5 sx4 km/s，可得x36 km.【答案】(1)P(2)36 km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