第1節(jié)　波的形成 教學(xué)設(shè)計(jì)

第三章機(jī)械波第1節(jié)波的形成[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．知道機(jī)械波的形成條件及過程．2．理解什么是機(jī)械波，確認(rèn)波是傳播振動(dòng)形式和傳遞能量的一種方式．(重點(diǎn))3．知道什么是橫波、波峰和波谷．4．知道什么是縱波、密部和疏部．(難點(diǎn))知識(shí)點(diǎn)1波的形成橫波和縱波1．波的形成以繩波為例：可以將繩分成許多小段，每一段都可以看成質(zhì)點(diǎn)，相鄰質(zhì)點(diǎn)間有相互作用，當(dāng)振源質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)，會(huì)帶動(dòng)相鄰質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，這一質(zhì)點(diǎn)又會(huì)帶動(dòng)下一質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，后面質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)重復(fù)前面質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，于是在繩上形成波．2．波的定義：振動(dòng)的傳播稱為波動(dòng)，簡(jiǎn)稱波．3．橫波和縱波機(jī)械波可分為橫波和縱波兩類，其波形及描述對(duì)比如下：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)方向與波的傳播方向相互垂直的波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)方向與波的傳播方向在同一直線上的波①密部：質(zhì)點(diǎn)分布最密的位置②疏部：質(zhì)點(diǎn)分布最疏的位置[判一判]1．(1)在水平方向傳播的波為橫波．()(2)縱波指的是質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向垂直的波．()(3)橫波中分密部和疏部，縱波中分波峰和波谷．()提示：(1)×(2)×(3)×知識(shí)點(diǎn)2機(jī)械波1．介質(zhì)(1)定義：繩、彈簧、水、空氣等是波借以傳播的物質(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)．2．形成機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播，形成機(jī)械波．3．傳遞的三個(gè)特點(diǎn)(1)介質(zhì)中的機(jī)械波傳播時(shí)，介質(zhì)本身并不隨波一起傳播，它傳播的只有振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)形式．(2)波是傳遞能量的一種方式．(3)波可以傳遞信息．[判一判]2．(1)在機(jī)械波中各質(zhì)點(diǎn)不隨波的傳播而遷移．()(2)機(jī)械波的形成和傳播中，所有質(zhì)點(diǎn)同時(shí)開始運(yùn)動(dòng)，同時(shí)停止運(yùn)動(dòng)．()(3)機(jī)械波在傳播過程中，各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期、起振方向都相同．()提示：(1)√(2)×(3)√[想一想](1)在水面上投一石塊形成水波，則水面上的樹葉能否隨水波漂浮到遠(yuǎn)處？(2)當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，地震波在地球內(nèi)部和地表傳播，有時(shí)使人感到左右搖晃，有時(shí)感到上下顛簸，由此可見地震波是什么波？提示：(1)不能．水波在傳播時(shí)，介質(zhì)不隨波遷移．(2)震源往往在地下某個(gè)深度的地方，地震發(fā)生時(shí)，人感到上下顛簸是因?yàn)橛锌v波，感到左右搖晃是因?yàn)橛袡M波．所以，地震波既含有縱波成分又含有橫波成分．1．(機(jī)械波的形成和傳播)下列關(guān)于理想機(jī)械波的說法錯(cuò)誤的是()A．波中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率是相同的B．質(zhì)點(diǎn)開始振動(dòng)時(shí)的速度方向與波源的傳播方向相同C．波由近及遠(yuǎn)地遷移，質(zhì)點(diǎn)只在平衡位置附近做往返運(yùn)動(dòng)D．波源的能量隨波動(dòng)由近及遠(yuǎn)地傳播解析：選B.波中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率等于波源的振動(dòng)頻率，所以波中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率是相同的，A正確，不符合題意；橫波在傳播的過程中，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直，B錯(cuò)誤，符合題意；波在傳播過程中，質(zhì)點(diǎn)在平衡位置附近做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過振動(dòng)的形式將波由近及遠(yuǎn)地遷移，C正確，不符合題意；波在傳播振動(dòng)的過程中，同時(shí)將能量由近及遠(yuǎn)地傳播，D正確，不符合題意．2．(機(jī)械波的傳播)《楓橋夜泊》中有名句：“姑蘇城外寒山寺，夜半鐘聲到客船．”其中，當(dāng)鐘聲傳到客船時(shí)，對(duì)大鐘的撞擊早已停止了，但仍感覺“余音未絕”，分析其原因可能是()A．大鐘的回聲B．大鐘在繼續(xù)振動(dòng)，空氣中繼續(xù)形成聲波C．人的聽覺發(fā)生“暫留”D．大鐘雖停止振動(dòng)，但空氣仍在振動(dòng)解析：選B.停止對(duì)大鐘的撞擊后，大鐘做阻尼振動(dòng)，仍在空氣中形成聲波；隨著能量的減弱，鐘聲逐漸消失．3．(橫波和縱波)地震波中的橫波和縱波的傳播速率分別約為4km/s和9km/s，一種簡(jiǎn)易地震儀由豎直彈簧振子P和水平彈簧振子H組成，如圖所示．地震中，假定震源在地震儀下方，觀察到兩振子相差5s開始振動(dòng)，則下列說法正確的是()A．P先開始振動(dòng)，震源距地震儀約36kmB．P先開始振動(dòng)，震源距地震儀約25kmC．H先開始振動(dòng)，震源距地震儀約36kmD．H先開始振動(dòng)，震源距地震儀約25km解析：選A.縱波的速度快，縱波先到，所以P先開始振動(dòng)，根據(jù)eq\f(x,v1)－eq\f(x,v2)＝5s，解得x＝36km，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤．4．(機(jī)械波的形成)振源A帶動(dòng)細(xì)繩振動(dòng)，某時(shí)刻形成的橫波波形如圖所示，在波傳播到細(xì)繩上一點(diǎn)P時(shí)開始計(jì)時(shí)，則下列各圖中能表示P點(diǎn)振動(dòng)圖像的是()解析：選C.由波的傳播特點(diǎn)可知，前面的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)后面的質(zhì)點(diǎn)，后面的質(zhì)點(diǎn)重復(fù)前面的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，由題圖可知振源A初始是從平衡位置向下振動(dòng)的，所以t＝0時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)P應(yīng)由平衡位置開始向下運(yùn)動(dòng)，C正確．探究一機(jī)械波的形成和傳播特點(diǎn)【問題導(dǎo)引】1．振動(dòng)和波的關(guān)系是什么？有振動(dòng)是否一定有機(jī)械波？2．機(jī)械波形成后，若波源停止振動(dòng)，機(jī)械波會(huì)立即消失嗎？提示：1.波源和介質(zhì)是形成機(jī)械波的必要條件，二者缺一不可，有振動(dòng)不一定有機(jī)械波，有機(jī)械波一定有振動(dòng)．2．不會(huì)．波源停止振動(dòng)后，機(jī)械波傳遞的能量并沒有立即消失，因此機(jī)械波不會(huì)立即消失．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】某繩波形成過程的示意圖如圖所示．質(zhì)點(diǎn)1在外力作用下沿豎直方向做簡(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開始向上運(yùn)動(dòng)，t＝eq\f(T,4)時(shí)，1到達(dá)最上方，5開始向上運(yùn)動(dòng)．問：(1)t＝eq\f(T,2)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＝eq\f(3T,4)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，如圖甲、乙所示．(1)由甲圖可知，t＝eq\f(T,2)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)8未達(dá)到波峰，正在向上振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)12、16未振動(dòng)．(2)由乙圖可知，t＝eq\f(3T,4)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]見解析[針對(duì)訓(xùn)練1](多選)如圖所示的是沿水平方向的介質(zhì)中的部分質(zhì)點(diǎn)，每相鄰質(zhì)點(diǎn)間距離相等，其中0處為波源，設(shè)波源的振動(dòng)周期為T，從波源通過平衡位置豎直向下振動(dòng)開始計(jì)時(shí)，經(jīng)過eq\f(T,4)，質(zhì)點(diǎn)1開始振動(dòng)，則下列關(guān)于各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)和介質(zhì)中的波的說法正確的是()A．介質(zhì)中所有點(diǎn)的起振方向都是豎直向下的，但圖中質(zhì)點(diǎn)9起振最晚B．圖中所畫的質(zhì)點(diǎn)起振時(shí)間都是相同的，起振的位置和起振方向是不相同的C．圖中質(zhì)點(diǎn)8的振動(dòng)完全重復(fù)質(zhì)點(diǎn)7的振動(dòng)，只是質(zhì)點(diǎn)8振動(dòng)時(shí)，通過平衡位置或最大位移的時(shí)間比質(zhì)點(diǎn)7通過相同位置時(shí)落后eq\f(T,4)D．只要圖中所有的質(zhì)點(diǎn)都已振動(dòng)了，質(zhì)點(diǎn)1與質(zhì)點(diǎn)9的振動(dòng)步調(diào)就完全一致，如果質(zhì)點(diǎn)1發(fā)生的是第100次振動(dòng)，則質(zhì)點(diǎn)9發(fā)生的就是第98次振動(dòng)答案：ACD探究二橫波和縱波的對(duì)比分析【問題導(dǎo)引】1．繩波、聲波、水波各屬于橫波還是縱波？2．地震波既有橫波也有縱波，試分析哪一種波對(duì)地面建筑物的破壞力大．提示：1.繩波是橫波，聲波是縱波，水波既不是橫波也不是縱波，它屬于比較復(fù)雜的機(jī)械波．2．橫波振動(dòng)方向與波前進(jìn)方向垂直，而縱波振動(dòng)方向與傳播方向一致．在震中區(qū)，地震波直接入射地面，橫波表現(xiàn)為左右搖晃，縱波表現(xiàn)為上下跳動(dòng)．另外，橫波振幅比縱波大，破壞力大，所以橫波的水平晃動(dòng)力是造成建筑物破壞的主要原因．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【例2】區(qū)分橫波和縱波的依據(jù)是()A．質(zhì)點(diǎn)沿水平方向還是沿豎直方向振動(dòng)B．波沿水平方向還是沿豎直方向傳播C．質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向是相互垂直還是在一條直線上D．質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的快慢[解析]橫波與縱波在教材中唯一一個(gè)分類的標(biāo)準(zhǔn)是看質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向和波傳播方向的關(guān)系，若互相垂直，為橫波，若在一條直線上，為縱波，C正確．[答案]C[針對(duì)訓(xùn)練2]關(guān)于橫波和縱波，下列說法正確的是()A．對(duì)于橫波和縱波，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)于縱波，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向與波的傳播方向一定相同C．形成縱波的質(zhì)點(diǎn)隨波一起遷移D．空氣介質(zhì)只能傳播縱波解析：選D.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，A錯(cuò)誤；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，B錯(cuò)誤；無論橫波還是縱波，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．(建議用時(shí)：15分鐘)[基礎(chǔ)鞏固練]1．(多選)關(guān)于機(jī)械波的形成，下列說法正確的是()A．物體做機(jī)械振動(dòng)，不一定產(chǎn)生機(jī)械波B．后振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)總是跟著先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)重復(fù)振動(dòng)，只是時(shí)間上落后一步C．參與振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率都相同D．機(jī)械波是介質(zhì)隨波遷移，也是振動(dòng)能量的傳遞解析：選ABC.若只有物體振動(dòng)，而周圍沒有傳播這種振動(dòng)的介質(zhì)，振動(dòng)不可能由近及遠(yuǎn)傳播出去形成機(jī)械波，A正確；機(jī)械波中各振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)都在重復(fù)波源的振動(dòng)，振動(dòng)頻率都等于波源振動(dòng)的頻率，只是離波源越遠(yuǎn)，振動(dòng)步調(diào)越落后，B、C正確；機(jī)械波中介質(zhì)各質(zhì)點(diǎn)只在自己平衡位置附近振動(dòng)，不隨波遷移，離波源較遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的能量是通過離波源近的各質(zhì)點(diǎn)的傳遞從波源獲得的，D錯(cuò)誤．2．關(guān)于橫波和縱波，下列說法正確的是()A．對(duì)于橫波和縱波，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)于縱波，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向一定相同C．波沿水平方向傳播，質(zhì)點(diǎn)在豎直方向上下振動(dòng)，這類波是橫波D．形成縱波的質(zhì)點(diǎn)，隨波一起遷移解析：選C.橫波質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相互垂直，縱波質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與傳播方向有時(shí)相同有時(shí)相反，故A、B錯(cuò)誤，C正確；介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)都是在平衡位置附近做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，不會(huì)隨波遷移，故D錯(cuò)誤．3．(2022·上海市新場(chǎng)中學(xué)期中)一列波由波源向周圍擴(kuò)展開去，下列說法中錯(cuò)誤的是()A．介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)只是振動(dòng)，沒有沿波的傳播方向遷移B．介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)形式由近及遠(yuǎn)地傳播出去C．介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的能量由近及遠(yuǎn)地傳播D．介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)由近及遠(yuǎn)傳播開去解析：選D.波在傳播時(shí)，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，它們并沒有隨波的傳播而發(fā)生遷移，故A正確，D錯(cuò)誤；波傳播的是振動(dòng)形式，而振動(dòng)由能量引起，即傳播了能量，所以波在傳播過程中將振動(dòng)形式以及能量由近及遠(yuǎn)地傳播出去，故B、C正確．[綜合提升練]4．一列橫波沿繩子向右傳播，某時(shí)刻繩子形成如圖所示的形狀，對(duì)此時(shí)繩上A、B、C、D、E、F六個(gè)質(zhì)點(diǎn)說法正確的是()A．質(zhì)點(diǎn)B向右運(yùn)動(dòng)B．質(zhì)點(diǎn)D和質(zhì)點(diǎn)F的速度方向相同C．質(zhì)點(diǎn)A和質(zhì)點(diǎn)C的速度方向相同D．從此時(shí)算起，質(zhì)點(diǎn)B比質(zhì)點(diǎn)C先回到平衡位置解析：選D.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)，并跟隨著近的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，D跟隨C向上運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)跟隨E向下運(yùn)動(dòng)．同理，A向下運(yùn)動(dòng)，C向上運(yùn)動(dòng)，B、C錯(cuò)誤；由于此時(shí)B和C都向上運(yùn)動(dòng)，所以B比C先到達(dá)最大位移處，并先回到平衡位置，A錯(cuò)誤，D正確．5．下列關(guān)于波的應(yīng)用正確的是()A．要使放在河中的紙船逐漸靠近河岸，可向比紙船更遠(yuǎn)處投擲石子形成水波B．兩個(gè)在水中潛泳并且靠得較近的運(yùn)動(dòng)員能聽到對(duì)方發(fā)出的聲音是聲波在液體中傳播的應(yīng)用C．光纜是利用機(jī)械波傳遞信息D．宇航員在宇宙飛船里，擊打船壁只能引起機(jī)械振動(dòng)，不能形成聲波解析：選B.機(jī)械波傳播時(shí)，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在各自平衡位置附近振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)本身并不隨波遷移，所以水波并不能使河中的紙船靠近河岸，A錯(cuò)誤；光纜是利用光波傳遞信息的，C錯(cuò)誤；固體也能傳播聲波，D錯(cuò)誤；聲波可以在液體中傳播，B正確．6．(多選)關(guān)于機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波，下列說法正確的是()A．有機(jī)械波一定存在機(jī)械振動(dòng)，有機(jī)械振動(dòng)就一定能夠產(chǎn)生機(jī)械波B．機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播形成機(jī)械波C．參與振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率是由波源決定的，與介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)D．機(jī)械波能傳播振動(dòng)形式、能量、信息，質(zhì)點(diǎn)隨波遷移解析：選BC.機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播形成機(jī)械波，則有機(jī)械波一定存在機(jī)械振動(dòng)，有機(jī)械振動(dòng)不一定能夠產(chǎn)生機(jī)械波，還需要傳播振動(dòng)的介質(zhì)，故A錯(cuò)誤，B正確；質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率等于波源的振動(dòng)頻率，可知，參與振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率是由波源決定的，與介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)，故C正確；介質(zhì)中的機(jī)械波傳播時(shí)，介質(zhì)本身并不隨波一起傳播，故D錯(cuò)誤．7．(多選)位于x＝0處的波源從平衡位置開始沿y軸正方向