【精品】2019版高中物理第二章机械波1机械波的形成和传播学案教科版选修3-4.pdf
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1、11 机械波的形成和传播 学习目标 1.知道机械波的产生条件,理解机械波的形成过程.2.知道横波和纵波的概念.3.知道机械波传播的特点.4.掌握波的传播方向与质点振动方向的关系.一、机械波的形成和传播1.机械波的形成和传播(以绳波为例)(1)绳上的各小段可以看做质点.(2)由于绳中各部分之间都有相互作用的弹力联系着,先运动的质点带动后一个质点的运动,依次传递,使振动状态在绳上传播.2.介质能够传播振动的物质.3.机械波(1)定义机械振动在介质中的传播.(2)传播的特点波传播的是振动这种形式,而介质的每个质点只在自己的平衡位置附近振动,并不随波迁移.波在传播“振动”这种运动形式的同时,也在传递能
2、量,而且可以传递信息.4.波源:引起初始振动的装置.二、横波与纵波1.波的分类按介质中质点的振动方向和波的传播方向的关系不同,常将波分为横波和纵波.2.横波(1)定义:介质中质点的振动方向和波的传播方向垂直的波.(2)标识性物理量波峰:凸起来的最高处.波谷:凹下去的最低处.3.纵波(1)定义:介质中质点的振动方向和波的传播方向平行的波.(2)标识性物理量2密部:介质中质点分布密集的部分.疏部:介质中质点分布稀疏的部分.4.简谐波不管横波还是纵波,如果传播的振动是简谐运动,这种波叫做简谐波.即学即用 1.判断下列说法的正误.(1)质点的振动位置不断转换即形成波.()(2)在绳波的形成和传播中,所
3、有质点同时开始运动,同时停止运动.()(3)物体做机械振动,一定产生机械波.()(4)质点沿水平方向振动,波沿水平方向传播,这样的波一定是横波.()2.绳波在某时刻的形状如图1 所示,若O是波源,则此刻A点受到方向 _的作用力;若O是波源,则此刻A点受到方向 _的作用力(均填“向上”或“向下”).图 1 答案向上向下一、机械波的形成、传播及特点 导学探究 如图 2 所示,手拿绳的一端,上下振动一次,使绳上形成一个凸起状态,随后形成一个凹落状态,可以看到,这个凸起状态和凹落状态在绳上从一端向另一端移动.如果在绳子上某处做一红色标记,观察这一红色标记的运动.图 2(1)红色标记有没有随波迁移?(2
4、)当手停止抖动后,绳上的波会立即停止吗?答案(1)没有.红色标记只在竖直方向上下振动.(2)不会.知识深化 波的形成、传播及特点(1)机械波的形成与传播3(2)波的特点振幅: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.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.步调:离波源越远,质点振动越滞后.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.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.例 1如图 3 所示,是某绳波形成过程的示意图
5、.质点 1 在外力作用下沿竖直方向做简谐运动,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,tT4时,1 到达最上方,5 开始向上运动.问:图 3(1)tT2时,质点8、12、16 的运动状态(是否运动、运动方向)如何?(2)t3T4时,质点8、12、16 的运动状态如何?答案见解析解析各质点在各时刻的情况,如图所示:4(1)由甲图可知,tT2时,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,t3T4时,质点8 正在向下振动,质点12 向上振动,质点16 未振动.波动过程中各质点的运动规律可用三句话来描述:(
6、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.概括起来就是“带动、重复、落后”.针对训练(多选)下列关于机械波的说法中,正确的是()A.波传播过程中,质点也随着波移动B.相邻质点间必有相互作用力C.前一质点的振动带动相邻的后一质点的振动,后一质点的振动必定落后于前一质点的振动D.离波源越远,质点的振动频率越小答案BC 二、横波和纵波 导学探究 如图 4 所示,图 4(1)图甲是绳波,其中质点的振动方向与波的传播方向是什么关系?(2)图乙是声波,其中质点的振动方向与波的传播方向是什么关系?答案(1)相互垂直.(2)相互平行
7、.知识深化 横波与纵波的区别(1)质点的振动方向与波的传播方向的关系不同:横波中,质点的振动方向与波的传播方向垂直;纵波中,质点的振动方向与波的传播方向平行.(2)传播介质不同:横波只能在固体介质中传播;纵波在固体、液体和气体中均能传播.(3)特征不同:横波中交替、间隔出现波峰和波谷;纵波中交替、间隔出现密部和疏部.例 2关于横波和纵波,下列说法正确的是()A.振源上下振动形成的波是横波B.振源水平振动形成的波是纵波C.波沿水平方向传播,质点上下振动,这类波是横波5D.质点沿水平方向振动,波沿水平方向传播,这类波是纵波答案C 解析根据横波和纵波的概念,质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波叫
8、做横波,质点的振动方向与波的传播方向平行的波叫做纵波,并不是上下振动与水平振动的问题,所以A、B选项错误,C选项正确;质点沿水平方向振动,波沿水平方向传播,并不能说明二者方向平行,故D选项错误.三、振动与波的关系1.区别(1)研究对象不同振动是单个质点在平衡位置附近的往复运动,是单个质点的“个体行为”;波动是振动在介质中的传播,是介质中彼此相连的大量质点将波源的振动传播的“群体行为”.(2)力的来源不同产生振动的回复力,可以由作用在物体上的各种性质的力提供;而引起波动的力,则总是联系介质中各质点的弹力.2.联系(1)振动是波动的原因,波动是振动的结果;有波动必然有振动,有振动不一定有波动.(2
9、)波动的性质、频率和振幅与振源相同.例 3(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.由于介质中的质点之间存在相互作用,一个质点的振动带动相邻质点的振动由近及远传播而形成波,所以选项A、B正确;波的传播速度是波形由波源向外伸展的速度,而质点振动的速度和方向都随时间周期性地发生变化,选项C错误;波源一旦将振动传给了介质,振动就会在介质中向远处传播,当波源停止振动时,介质仍然继续
10、传播波源振动的运动形式,不会随波源停止振动而立即停止传播,选项D错误.四、由“带动法”确定质点的振动方向带动法原理: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波形图上另找一点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 5 所示.6图 5 例 4一列横波沿绳子向右传播,某时刻绳子形成如图6 所示的形状,对此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点的说法正确的是()图 6 A.质点B向右运动B.质点D和质点F的速度方向相同C.质点A和质点C的速度方向相同D.从此时算起,质点B比质点C先回到平衡位置答案D 解析波传播时,离波源远的质点的振动落后于离波源近的
11、质点的振动,并跟随着离波源近的质点振动,D跟随C向上运动,F跟随E向下运动,同理,A向下运动,C向上运动,由此可知选项B、C错误;由于此时B和C都向上运动,所以B比C先到达最大位移处,并先回到平衡位置,选项A错误,D正确.1.(机械波的形成和传播)(多选)如图 7 所示为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开始计时,经T4质点 1 开始振动,则下列说法中正确的是()图 7 A.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.
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