2019-2020學(xué)年高中物理 第12章 1 波的形成和傳播學(xué)案 新人教版選修3-4

1　波的形成和傳播 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.理解機(jī)械波的形成過(guò)程和產(chǎn)生條件.2.知道機(jī)械波的種類——橫波和縱波的概念.3.明確機(jī)械波傳播的特點(diǎn)．(重點(diǎn))4.通過(guò)對(duì)波的認(rèn)識(shí)和理解，逐步提高空間想象能力． 一、波的形成和傳播 1．波的形成 當(dāng)手握繩端上下振動(dòng)時(shí)，繩端帶動(dòng)相鄰質(zhì)點(diǎn)，使它也上下振動(dòng)．這個(gè)質(zhì)點(diǎn)又帶動(dòng)更遠(yuǎn)一些的質(zhì)點(diǎn)…，繩上的質(zhì)點(diǎn)都很快跟著振動(dòng)起來(lái)，只是后面的質(zhì)點(diǎn)總比前面的質(zhì)點(diǎn)遲一些開(kāi)始振動(dòng)，這樣在整個(gè)繩子上就形成了凸凹相間的波． 2．介質(zhì) (1)定義：波借以傳播的物質(zhì)． (2)特點(diǎn)：組成介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)之間有相互作用，一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)會(huì)引起相鄰質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)． 3．機(jī)械波 (1)形成：機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播，形成機(jī)械波． (2)產(chǎn)生條件 ①要有波源． ②要有傳播振動(dòng)的介質(zhì)． (3)特點(diǎn) ①介質(zhì)中有機(jī)械波傳播時(shí)，介質(zhì)本身并不隨波一起傳播，因此說(shuō)它傳播的只是振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)形式． ②介質(zhì)中本來(lái)靜止的質(zhì)點(diǎn)，隨著波的傳來(lái)而發(fā)生振動(dòng)，可見(jiàn)波是傳遞能量的一種方式． ③我們能用語(yǔ)言進(jìn)行交流，說(shuō)明波可以傳播信息． 二、橫波和縱波 1．對(duì)比 定　義 標(biāo)識(shí)性物理量 實(shí)物波形 橫 波 質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向垂直的波 ①波峰：凸起的最高處 ②波谷：凹下的最低處 縱 波 質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向平行的波 ①密部：質(zhì)點(diǎn)分布密集的部分 ②疏部：質(zhì)點(diǎn)分布稀疏的部分 2.說(shuō)明 (1)發(fā)聲體振動(dòng)時(shí)在空氣中產(chǎn)生的聲波是縱波，聲波不僅能在空氣中傳播，也能在固體、液體中傳播． (2)不管是橫波還是縱波，如果傳播的振動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，這種波就叫簡(jiǎn)諧波． 1．思考判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”) (1)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位置不斷轉(zhuǎn)換即形成波． (×) (2)在繩波的形成和傳播中，所有質(zhì)點(diǎn)同時(shí)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)停止運(yùn)動(dòng)． (×) (3)在繩波的形成和傳播中，所有質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)是近似的勻速直線運(yùn)動(dòng)． (×) (4)如果波源停止振動(dòng)，介質(zhì)中的波也會(huì)立即停止． (×) (5)橫波在固體、液體、氣體中都能傳播，縱波只能在氣體中傳播． (×) 2.如圖所示是一列沿著繩向右傳播的繩波波形，此時(shí)波剛傳到B點(diǎn)，由圖可判斷波源A點(diǎn)開(kāi)始的振動(dòng)方向是________． [解析]　由于波剛剛傳到B點(diǎn)，所以B點(diǎn)此時(shí)的振動(dòng)方向就是波源的起振方向，由圖根據(jù)波的傳播與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的關(guān)系可以知道，B質(zhì)點(diǎn)此時(shí)正向上振動(dòng)，所以波源A質(zhì)點(diǎn)剛開(kāi)始的振動(dòng)方向向上． [答案]　向上 3．關(guān)于橫波和縱波，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向垂直的波叫做橫波 B．質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向跟波的傳播方向在同一直線上的波叫做縱波 C．橫波有波峰和波谷，縱波有密部和疏部 D．地震波是縱波 E．聲波是橫波 ABC　[本題考查縱波和橫波的概念．由定義知，ABC正確；聲波是縱波，但地震波中既有橫波，又有縱波，故D、E不正確．] 波的形成和傳播 1．機(jī)械波的形成 2．波的特點(diǎn) (1)振幅：像繩波這種一維(只在某個(gè)方向上傳播)機(jī)械波，若不計(jì)能量損失，各質(zhì)點(diǎn)的振幅相同． (2)周期：各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期均與波源的振動(dòng)周期相同． (3)步調(diào)：離波源越遠(yuǎn)，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)越滯后． (4)立場(chǎng)：各質(zhì)點(diǎn)只在各自的平衡位置振動(dòng)，并不隨波遷移，且起振方向與振源的起振方向相同． (5)機(jī)械波向前傳播的是振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)形式，同時(shí)也傳遞能量和信息． 【例1】　如圖所示是某繩波形成過(guò)程的示意圖，質(zhì)點(diǎn)1在外力作用下沿直線方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)2、3、4…，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)依次上下振動(dòng)，把振動(dòng)從繩的左端傳到右端．已知t＝0時(shí)，質(zhì)點(diǎn)1開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)，t＝時(shí)，1到達(dá)最上方，5開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)．問(wèn)： (1)t＝時(shí)，質(zhì)點(diǎn)8、12、16的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(是否運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)方向)如何？ (2)t＝時(shí)，質(zhì)點(diǎn)8、12、16的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何？ [解析]　各質(zhì)點(diǎn)在各時(shí)刻的情況，如圖所示． 甲 乙 (1)由甲圖可知，t＝時(shí)，質(zhì)點(diǎn)8未到達(dá)波峰，正在向上振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)12,16未振動(dòng)．(2)由乙圖可知，t＝時(shí)，質(zhì)點(diǎn)8正在向下振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)12向上振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)16未振動(dòng)． [答案]　見(jiàn)解析 機(jī)械波的形成和傳播特點(diǎn) (1)機(jī)械波的形成過(guò)程及特點(diǎn)可以概括為“帶動(dòng)、重復(fù)、落后”，即前一質(zhì)點(diǎn)“帶動(dòng)”后一質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，后一質(zhì)點(diǎn)“重復(fù)”前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)形式，并且后一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)“落后”于前一質(zhì)點(diǎn)． (2)就整個(gè)物體來(lái)說(shuō)，呈現(xiàn)的現(xiàn)象是波動(dòng)，而就構(gòu)成物體的單個(gè)質(zhì)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，所呈現(xiàn)的現(xiàn)象是振動(dòng)． (3)要畫另一時(shí)刻的波形圖，應(yīng)先確定特殊點(diǎn)的位置，即此時(shí)刻在平衡位置或最大位移處的點(diǎn)，如波源1和質(zhì)點(diǎn)5、9、13這些點(diǎn)的位置確定后，其他點(diǎn)可順勢(shì)找出． 1．關(guān)于機(jī)械波的說(shuō)法中，正確的是(　　) A．各質(zhì)點(diǎn)都在各自的平衡位置附近振動(dòng) B．相鄰質(zhì)點(diǎn)間必有相互作用力 C．前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)帶動(dòng)相鄰的后一質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，后一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)必定落后于前一質(zhì)點(diǎn) D．各質(zhì)點(diǎn)也隨波的傳播而遷移 E．物體做機(jī)械振動(dòng)，一定產(chǎn)生機(jī)械波 ABC　[振源的振動(dòng)使其周圍質(zhì)點(diǎn)依次投入振動(dòng)，之所以能依次振動(dòng)下去，就是依靠了相鄰質(zhì)點(diǎn)間的相互作用力；沿波的傳播方向，后一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)必滯后于前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)；質(zhì)點(diǎn)只在平衡位置附近振動(dòng)，并不隨波遷移，若只有物體做機(jī)械振動(dòng)，而其周圍沒(méi)有傳播這種振動(dòng)的介質(zhì)，則不可能形成機(jī)械波．故選ABC.] 橫波和縱波 1．橫波和縱波的比較 橫波 縱波 概念 在波動(dòng)中，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向相互垂直 在波動(dòng)中，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向在一條直線上 介質(zhì) 只能在固體介質(zhì)中傳播 在固體、液體和氣體介質(zhì)中均能傳播 特征 在波動(dòng)中交替、間隔出現(xiàn)波峰和波谷 在波動(dòng)中交替、間隔出現(xiàn)密部和疏部 2．振動(dòng)與波動(dòng)的聯(lián)系和區(qū)別 振動(dòng) 波動(dòng) 運(yùn)動(dòng) 現(xiàn)象 振動(dòng)是單個(gè)物體所表現(xiàn)出的周而復(fù)始的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象 波動(dòng)是介質(zhì)中大量的質(zhì)點(diǎn)受到擾動(dòng)時(shí)，從擾動(dòng)中心傳播開(kāi)來(lái)的周而復(fù)始的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象 運(yùn)動(dòng)的 成因 物體由于某種原因離開(kāi)平衡位置，同時(shí)受到指向平衡位置的力——回復(fù)力作用 介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)受到相鄰質(zhì)點(diǎn)的擾動(dòng)而隨著運(yùn)動(dòng)，并由近及遠(yuǎn)傳播開(kāi)去，且各部分都受到指向原位置的力的作用 聯(lián)系 (1)振動(dòng)是波的起因，波是振動(dòng)的傳播 (2)有波動(dòng)一定有振動(dòng)，有振動(dòng)不一定有波動(dòng) (3)牢記波動(dòng)的周期等于質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期 【例2】　一列橫波沿繩子向右傳播，傳播過(guò)程無(wú)能量損失，某時(shí)刻繩子形成如圖所示的凹凸形狀．對(duì)此時(shí)繩上A、B、C、D、E、F六個(gè)質(zhì)點(diǎn)，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．它們的振幅相同 B．質(zhì)點(diǎn)D和F的速度方向相同 C．質(zhì)點(diǎn)A和C的速度方向相同 D．從此時(shí)算起，質(zhì)點(diǎn)B比C先回到平衡位置 E．從此時(shí)算起，質(zhì)點(diǎn)E比F先到達(dá)波峰 ADE　[波源振動(dòng)時(shí)，繩上各質(zhì)點(diǎn)通過(guò)相互間的彈力作用跟著做受迫振動(dòng)，不考慮傳播中的能量損耗時(shí)，各質(zhì)點(diǎn)的振幅均相同，選項(xiàng)A正確；波傳播時(shí)，離波源遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)落后于離波源近的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，并跟隨著離波源近的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)．由題圖可知，波源在左端，因此，質(zhì)點(diǎn)D跟隨離波源近的質(zhì)點(diǎn)C正向上運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)F跟隨離波源近的質(zhì)點(diǎn)E正向下運(yùn)動(dòng)，兩者速度方向相反，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；同理，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)A正向下運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)C正向上運(yùn)動(dòng)，兩者速度方向也相反，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由于此時(shí)B、C兩質(zhì)點(diǎn)都向上運(yùn)動(dòng)，B比C先到最大位移處，故B比C先回到平衡位置，選項(xiàng)D正確，同理知選項(xiàng)E正確．] 解答波動(dòng)問(wèn)題的兩個(gè)關(guān)鍵 (1)波在傳播過(guò)程中，質(zhì)點(diǎn)只在其平衡位置附近做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，并不隨波遷移． (2)根據(jù)質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)確定質(zhì)點(diǎn)的位置和速度方向． 2．關(guān)于橫波和縱波，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．對(duì)于縱波，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向有時(shí)相同，有時(shí)相反 B．對(duì)于橫波，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向與波的傳播方向一定垂直 C．形成縱波的質(zhì)點(diǎn)隨波一起遷移 D．空氣介質(zhì)只能傳播縱波 E．空氣介質(zhì)只能傳播橫波 ABD　[質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直的波是橫波，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向平行的波是縱波；縱波質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向與波的傳播方向有時(shí)相同，有時(shí)相反，A、B正確；無(wú)論橫波還是縱波，質(zhì)點(diǎn)都不隨波遷移，C錯(cuò)誤；橫波不能在空氣中傳播，空氣只能傳播縱波，D正確，E錯(cuò)誤．] 課 堂 小 結(jié) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.認(rèn)識(shí)波是振動(dòng)的傳播． 2．知道波在傳播振動(dòng)形式的同時(shí)也傳播能量． 3．橫波和縱波、波峰和波谷、密部和疏部的概念． 4．機(jī)械波的形成條件. - 6 -