高中物理 第2章 機(jī)械波 第1節(jié) 波的形成和描述教案 魯科版選修34

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1、 第1節(jié) 波的形成和描述 課堂互動(dòng) 三點(diǎn)剖析 一、波的形成與傳播 1.形成條件 要形成一列波，必須要有用以引起其他質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的那個(gè)質(zhì)點(diǎn)，即波源；要把波源的振動(dòng)傳播出去，必須有介質(zhì)，故波的形成條件為：（1）波源；（2）介質(zhì). 2.傳播特點(diǎn) （1）波傳播時(shí)，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)跟著波源做受迫振動(dòng)，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率和周期都與波源相同；各質(zhì)點(diǎn)的起振方向與波源的起振方向相同，離波源越遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)，起振越滯后. （2）波在傳遞運(yùn)動(dòng)形式的同時(shí)也傳遞能量. 【例1】關(guān)于機(jī)械波的以下說(shuō)法中，正確的是（ ） A.波動(dòng)發(fā)生需要兩個(gè)條件：波源和介質(zhì) B.波動(dòng)過(guò)程是介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)由近及遠(yuǎn)移動(dòng)的過(guò)程

2、 C.波動(dòng)過(guò)程是能量由近及遠(yuǎn)傳遞的過(guò)程 D.波源與介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)都是自由振動(dòng) 解析：波源（即振源）振動(dòng)時(shí)，依靠介質(zhì)中的相互作用力帶動(dòng)周?chē)鞑糠仲|(zhì)點(diǎn)振動(dòng)起來(lái)，形成機(jī)械波.作為介質(zhì)的各質(zhì)點(diǎn)只在平衡位置附近做振動(dòng)，并不隨波向外遷移，僅把振源的振動(dòng)和能量傳播開(kāi)來(lái).波源和介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用力阻礙波源的振動(dòng)，是一種阻力，所以波源的振動(dòng)不可能是自由振動(dòng).相鄰的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)間存在相互作用，故介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)不是自由振動(dòng). 答案：AC 二、波的圖象 表示介質(zhì)中的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻偏離平衡位置的位移. 波的圖象并不是波實(shí)際運(yùn)動(dòng)的波形圖，但某時(shí)刻橫波的圖象形狀與波在該時(shí)刻的實(shí)際波形很

3、相似，波形中的波峰對(duì)應(yīng)波的圖象中的位移正向最大值，波谷對(duì)應(yīng)圖象中位移負(fù)向最大值.波形中的平衡位置也對(duì)應(yīng)圖象中的平衡位置. 簡(jiǎn)諧波的圖象是正（余）弦曲線，是最簡(jiǎn)單的一種波，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的最大位移都相同. 由波的圖象能獲取的信息 1.從圖象上可直接讀出波長(zhǎng)和振幅. 2.可確定任一質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的位移. 3.因加速度方向和位移方向相反，可確定任一質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的加速度方向. 4.若已知波的傳播方向，可確定各質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的振動(dòng)方向，并判斷位移、加速度、速度、動(dòng)能的變化.已知某質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向，可確定波的傳播方向. 【例2】一簡(jiǎn)諧橫波在x軸上傳播，在某時(shí)刻的波形如圖2-1-2所示.已知此

4、時(shí)質(zhì)點(diǎn)F的運(yùn)動(dòng)方向向下，則（ ） 圖2-1-2 A.此波朝x 軸負(fù)方向傳播 B.質(zhì)點(diǎn)D此時(shí)向下運(yùn)動(dòng) C.質(zhì)點(diǎn)B將比質(zhì)點(diǎn)C先回到平衡位置 D.質(zhì)點(diǎn)E的振幅為零 解析：已知質(zhì)點(diǎn)F向下振動(dòng)，由上述方法可知，此列波向左傳播.質(zhì)點(diǎn)B此時(shí)向上運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)D向下運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)C比B先回到平衡位置. 在此列波上所有振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的振幅都是相等的.故只有A、B選項(xiàng)正確. 答案：AB 三、波的特征 在一個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)，振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的距離等于一個(gè)波長(zhǎng)，因而可得到波長(zhǎng)λ、頻率f（或周期T）和波速v三者的關(guān)系為：v=, 根據(jù)T=,則有v=λf.

5、 說(shuō)明：波長(zhǎng)λ、波速v、頻率f的決定因素： 波的傳播速度v=λf，或v=，其中v、λ、f（T）三個(gè)量相互關(guān)聯(lián). （1）周期和頻率，只取決于波源，而與v、λ無(wú)直接關(guān)系. （2）速度v決定于介質(zhì)的物理性質(zhì)，它與T、λ無(wú)直接關(guān)系.只要介質(zhì)不變，v就不變，而不決定于T、λ，反之如果介質(zhì)變，v也一定變. （3）波長(zhǎng)λ則決定于v和T，只要v、T其中一個(gè)發(fā)生變化，其λ值必然發(fā)生變化，而保持v=λf的關(guān)系. 【例3】一列橫波在t=0時(shí)刻的波形如圖2-1-3所示，傳播方向沿x軸正方向.已知在0.9 s末P點(diǎn)出現(xiàn)第三次波谷，則從零時(shí)刻算起，__________ s在Q點(diǎn)第一次出現(xiàn)波峰. 圖2-1-

6、3 解析：波沿x軸正方向傳播，質(zhì)點(diǎn)P此時(shí)刻從平衡位置向y軸負(fù)方向開(kāi)始振動(dòng)，經(jīng)時(shí)間第一次到波谷位置，P點(diǎn)出現(xiàn)第三次波谷經(jīng)2時(shí)間，故2=0.9 s，得T=0.4 s.波向外傳播的速度v==5 m/s，t=0時(shí)刻波已傳至x=2.5 m處，傳至Q點(diǎn)需時(shí)間t1=s=1.1 s. 這樣，Q點(diǎn)從平衡位置開(kāi)始向y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，第一次到波峰還需T=0.3 s，故須經(jīng)1.4 s在Q點(diǎn)第一次出現(xiàn)波峰. 答案：1.4 各個(gè)擊破 類(lèi)題演練1 一小石子落入平靜的湖面中央，圓形波紋一圈圈向外傳播，有一片樹(shù)葉落在水面上，則樹(shù)葉（ ） A.逐漸漂向湖心 B.逐

7、漸漂向湖畔 C.在落下地方上下振動(dòng) D.沿樹(shù)葉所在的圓圈做圓周運(yùn)動(dòng) 解析：樹(shù)葉隨它所在的湖水運(yùn)動(dòng)，做的應(yīng)是上下振動(dòng)，并不隨波遷移，既不會(huì)漂向湖畔，也不會(huì)漂向湖心，故C正確. 答案：C 變式提升1 以下對(duì)機(jī)械波的認(rèn)識(shí)正確的是（ ） A.形成機(jī)械波一定要有振源和介質(zhì) B.振源做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)形成的波中，各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況完全相同 C.橫波向右傳播時(shí)，處于波峰的質(zhì)點(diǎn)也向右遷移 D.機(jī)械波向右傳播時(shí)，右方的質(zhì)點(diǎn)比左方的質(zhì)點(diǎn)早一些振動(dòng) 解析：振源和介質(zhì)是形成機(jī)械波的兩個(gè)必不可少的條件，故A正確.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)在介質(zhì)中傳播時(shí)，介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)都做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，在波的

8、傳播方向上，后面的質(zhì)點(diǎn)比前面的質(zhì)點(diǎn)總要晚一些開(kāi)始振動(dòng)，但質(zhì)點(diǎn)本身并不隨波的傳播而發(fā)生遷移，而且各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)步調(diào)不一致，故B、C、D都錯(cuò). 答案：A 類(lèi)題演練2 如圖2-1-4所示是一列橫波在某一時(shí)刻的波形圖，波沿x軸正向傳播. 圖2-1-4 （1）該時(shí)刻A質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的方向是向__________，C點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向是向__________，D點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向是向__________. （2）再經(jīng)過(guò)，質(zhì)點(diǎn)A通過(guò)的路程是_____________ cm，質(zhì)點(diǎn)C的位移是_____________ cm. 解析：(1)由于波沿x軸正方向傳播，所以A點(diǎn)在“下坡區(qū)”，向上運(yùn)動(dòng)；C點(diǎn)、D點(diǎn)均在“上坡

9、區(qū)”，C、D兩點(diǎn)都向下運(yùn)動(dòng). (2)再經(jīng)過(guò)，A又回到平衡位置，所以A通過(guò)的路程為4 cm；C點(diǎn)也回到平衡位置，其位移為0. 答案：(1)上 下 下 (2)4 0 變式提升2 圖2-1-5所示是以質(zhì)點(diǎn)P為波源的機(jī)械波沿著一條固定的輕繩傳播到質(zhì)點(diǎn)Q的波形圖，則質(zhì)點(diǎn)P剛開(kāi)始振動(dòng)時(shí)的方向?yàn)椋? ） 圖2-1-5 A.向上 B.向下 C.向左 D.向右 解析：根據(jù)波的傳播方向與波形圖可知，Q點(diǎn)此時(shí)振動(dòng)方向向上，又因Q點(diǎn)此時(shí)恰好剛開(kāi)始振動(dòng)，所以每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的起振方向都是向上的. 答案：A 類(lèi)題演練3 對(duì)機(jī)

10、械波關(guān)于公式v=λf，正確的是（ ） A.v=λf適用于一切波 B.由v=λf知，f增大，則波速v也增大 C.v、λ、f三個(gè)量中，對(duì)同一列波來(lái)說(shuō)，在不同介質(zhì)中傳播時(shí)保持不變的只有f D.由v=λf知，波長(zhǎng)是2 m的聲音比波長(zhǎng)是4 m的聲音傳播速度小2倍 解析：公式v=λf適用于一切波，無(wú)論是機(jī)械波還是電磁波，A正確.機(jī)械波的波速僅由介質(zhì)決定，與頻率f無(wú)關(guān)，所以BD錯(cuò).對(duì)同一列波，其頻率由振源決定，與介質(zhì)無(wú)關(guān)，故C正確. 答案：AC 變式提升3 一簡(jiǎn)諧橫波在x軸上傳播，波源振動(dòng)周期T=0.1 s，在某一時(shí)刻的波形如圖2-1-6所示，且此時(shí)a點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)，則（ ）

11、 圖2-1-6 A.波速為20 m/s,波向x軸正方向傳播 B.波速為10 m/s，波向x軸負(fù)方向傳播 C.波速為20 m/s，波向x軸負(fù)方向傳播 D.波速為10 m/s，波向x軸正方向傳播 解析：由此時(shí)a點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)，容易判定波向x軸正方向傳播.根據(jù)波形圖可知波長(zhǎng)λ=2.0 m,又知周期T=0.1 s，所以v==m/s=20 m/s,A選項(xiàng)正確. 答案：A 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375