物理选择性必修 第一册第三章 机械波1 波的形成学案设计

课题

波的形成和传播

年级

高二

知识点来源

人教版高中物理选修《波的形成和传播》

学习目标

物理观念：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．

科学思维：通过生活中有关波的素材，建立对波的感性认识，为进一步学习打下基础．

科学探究：通过视频和模拟动画，逐步体会和理解波的形成和传播及横波、纵波的概念．

科学态度与责任：注重学生的亲身体验和实验观察，理解科学本质，形成对科学和技术应有的正确态度．

学习重难点

理解机械波的形成过程．

【课前预习】

一、波的形成和传播

1．波：      的传播称为波动，简称波．

2．波的形成和传播(以绳波为例)

(1)一条绳子可以分成一个个小段，一个个小段可以看做一个个     质点，这些质点之间存在着      ．

(2)当手握绳端上下振动时，绳端     相邻质点，使它也上下振动．这个质点    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振动．

二、横波和纵波

三、机械波

1．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     质点的振动．

2．机械波

机械振动在     中传播，形成了机械波．

3．机械波的特点

(1)介质中有机械波传播时，介质本身并不随波一起传播，它传播的只是      这种运动形式．

(2)波是传递       的一种方式．

(3)波可以传递      ．

【自主探究】

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，所有质点同时运动，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．(填“向上”或“向下”)

图1

【重点探究】

一、波的形成、传播及特点

【探究过程】

如图所示，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．

(1)红色标记有没有随波迁移？                                           

(2)当手停止抖动后，绳上的波会立即停止吗？

【讨论探究】

1．机械波的形成与传播

2．波的特点

(1)振幅：                                                                  ．

(2)周期(频率)：                                                             ．

(3)步调：                                                                   ．

(4)运动：                                                                   ．

(5)实质：                                                                   ．

【典例1】如图2所示，是某绳波形成过程的示意图．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t＝0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2

(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？

【归纳提升】

波动过程中各质点的运动规律可用三句话来描述：

1                                                                      .

2                                                                      .

3                                                                      .

【巩固训练】(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

二、横波和纵波

【讨论探究】

如图所示，

(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？

                                                                         .

【讨论探究】

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：                                  ．

2．传播介质不同：                                                            ．

3．特征不同：                                                                ．

【典例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

D．质点沿水平方向振动，波沿水平方向传播，这类波是纵波

三、振动与波的关系

1．区别

(1)研究对象不同

                                                                         ．

(2)力的来源不同

                                                                         ．

(3)运动性质不同

                                                                        ．

2．联系

(1)                                                                       ．

(2)                                                                       ．

【典例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

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图象上另找一点P′，P′为先振动的质点，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3所示．

图3

【典例4】一列横波沿绳子向右传播，某时刻绳子形成如图4所示的形状，对此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点说法正确的是(　　)

图4

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

【总结感悟】

12.1《波的形成和传播》课后巩固练习

一、选择题

考点一　波的形成、传播和特点

1．在敲响古刹里的大钟时，有的同学发现，停止对大钟的撞击后，大钟仍“余音未绝”，主要原因是(　　)

A．大钟的回声

B．大钟在继续振动，空气中继续形成声波

C．人的听觉发生“暂留”

D．大钟虽停止振动，但空气仍在振动

2．在一平静的湖面上漂浮着一轻木块，向湖中投入一石块，在湖面上激起水波，关于木块的运动情况，以下说法正确的是(　　)

A．因为“随波逐流”，木块将被推至远处

B．因不知道木块离波源的远近如何，所以无法确定木块的运动情况

C．无论木块离波源的远近如何，它都不能被波推动，最多只能在湖面上做上下振动

D．木块被推动的距离与木块的质量大小和所受水的阻力的大小等情况有关

3．(多选)关于机械波的说法正确的是(　　)

A．相邻的质点要相互做功

B．机械波在真空中也能传播

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

4．(多选)关于机械波的形成，下列说法中正确的是(　　)

A．物体做机械振动，一定产生机械波

B．后振动的质点总是跟着先振动的质点振动，只是时间上落后一步

C．参与振动的质点都有相同的频率

D．机械波是质点随波迁移，也是振动能量的传递

5．一列简谐横波在介质中传播，当波源质点突然停止振动时，介质中其他质点的振动及能量传递的情况是(　　)

A．所有质点都立即停止振动

B．已经振动的质点将继续振动，未振动的质点则不会振动

C．能量将会继续向远处传递

D．能量传递随即停止

6．关于机械波，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．波将波源的振动形式传播出去的同时，也可以传递信息

D．传播机械波的介质一定是可以自由流动的

考点二　横波和纵波

7．区分横波和纵波的依据是(　　)

A．是否沿水平方向传播

B．质点振动的方向和波传播的远近

C．质点振动的方向和波传播的方向是相互垂直还是在同一直线上

D．质点振动的快慢

8．下列关于纵波的说法中，正确的是(　　)

A．在纵波中，波的传播方向就是波中质点的移动方向

B．纵波中质点的振动方向一定与波的传播方向在一条直线上

C．纵波中质点的振动方向一定与波的传播方向垂直

D．纵波也有波峰和波谷

9．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，则(　　)

A．P先开始振动，震源距地震仪约36 km

B．P先开始振动，震源距地震仪约25 km

C．H先开始振动，震源距地震仪约36 km

D．H先开始振动，震源距地震仪约25 km

考点三　由“带动法”确定质点的振动方向

10．如图所示为波沿一条固定的绳子向右刚传播到B点时的波形，由图可判断A点刚开始的振动方向是(　　)

A．向左  B．向右  C．向下  D．向上

11．一列简谐横波沿x轴传播，某时刻的波形如图所示，已知此时质点F的运动方向向y轴负方向，则(　　)

A．此波向x轴正方向传播

B．质点C此时向y轴正方向运动

C．质点C将比质点B先回到平衡位置

D．质点E的振幅为零

12．一列波在介质中向某一方向传播，图为此波在某一时刻的波形图，并且此时振动还只发生在M、N之间，已知此波的周期为T，Q质点速度方向在波形图中是向下的，下面说法中正确的是(　　)

A．波源是M，由波源起振开始计时，P质点已经振动了T

B．波源是N，由波源起振开始计时，P质点已经振动了

C．波源是N，由波源起振开始计时，P质点已经振动了

D．波源是M，由波源起振开始计时，P质点已经振动了

二、非选择题

13．如图甲所示为波源的振动图象，图乙为均匀介质中同一条直线上等间距的质点在t＝1 s时的振动状态，其中质点4刚开始振动．请在图丙中画出t＝5 s时质点的振动状态．

参考答案

一、选择题

1.答案　B

解析　停止对大钟的撞击后，大钟的振动不会立即停止，振动的能量不会立即消失，大钟会做一段时间的阻尼振动，因此还会在空气中形成声波，这就是“余音未绝”的原因，所以选项B正确．

2.答案　C

解析　波传播的是振动这种形式，各质点在各自平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移，故A、B、D错误，C正确．

3.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运动，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；机械波的传播必须有介质，在真空中不能传播，故B错误；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频率相同，并且都“仿照”波源振动，故C、D正确．

4.答案　BC

解析　机械波的形成必须具备的两个条件：波源和介质，物体做机械振动，若其周围没有传播这种振动的介质，远处的质点不可能振动起来形成机械波，故A选项错误；形成机械波的各振动质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移，故D选项错误．

5.答案　C

6.答案　C

考点二　横波和纵波

7.答案　C

8.答案　B

9.答案　A

解析　横波的传播速率小于纵波的传播速率，所以P先开始振动．由＋5 s＝，可得x＝36 km，故A正确，B、C、D错误．

考点三　由“带动法”确定质点的振动方向

10.答案　D

解析　根据带动法可知B点要向上振动，且所有点的起振方向都相同，所以D正确．

11.答案　C

解析　因为机械波在传播过程中，靠近波源的质点的振动带动相邻的后面质点的振动，而后面质点要“模仿”前面质点的振动，所以本题中，已知质点F的运动方向向y轴负方向，即F质点正在“模仿”右边质点的振动，这说明波源在右边，波从右向左传播，即此波向x轴负方向传播，选项A错误；质点C此时刚到达最大位移处，速度为0，此后向y轴负方向运动，选项B错误；质点B要先向y轴正方向运动到达波峰位置再回到平衡位置，而质点C直接从波峰位置回到平衡位置，选项C正确；振幅指的是质点离开平衡位置的最大距离，虽然此时质点E的位移为零，但其振幅不为零，选项D错误．

12.答案　C

解析　由于此时Q质点向下振动，且Q质点右方邻近质点在Q质点下方，则波向左传播，N是波源．经过一个周期，振动从N点传播到M点，又因从波源N起振开始计时，需经T，P质点才开始振动，故P质点已振动了，选项C正确．

二、非选择题

13.答案　见解析图

解析　由题图甲知波源振动周期T＝4 s，根据波传播的规律知t＝5 s时，波源出现在波峰，质点16起振．如图所示．