机械波教学案[1]

1、1、波的形成和传播一、学习目标:1、理解波的形成过程及质点的振动特点2、理解波的传播过程的特点3、知道横波和纵波的异同,机械波的一般特点二、学习难点:波的形成和传播过程的特点三、主要内容: (一、绳波的形成和传播特点(观察波的形成演示后学生总结1.各个质点都在自己的平衡位置附近做运动2.所有质点的起振方向都3.各质点都重复振源的振动,只在时间上依次落后4.波的形状向前速推移, 且波的前端波形保持不变(即可能波峰始终在前5.振源完成一次全振动,刚好形成一个完整的波形6.质点只在自己的平衡位置附近振动,并不“随波逐流”问题1:为什么振源的振动会带动其他质点的振动?问题2:你能用一句精炼的话总结波的

2、形成原因吗?(二、波的分类:横波: 振动方向与的传播方向垂直,传播过程中会形成波峰和波谷凸起的叫波峰,凹下的叫波谷 纵波: 质点的振动方向与波的传播方向 ,传播过程中会形成疏部和密部.常见纵波:声波地震波既有横波又有纵波。(三、机械波1.形成条件:振源、弹性介质2.波传播的是能量和振动这种运动形式练习:课本26页,3题2-3、 波的图象,波长、频率和波速一、学习目标:1.明确波的图象的物理意义。知道振动图象与波动图形的区别2.掌握波的周期性的特点,知道描述波的物理量波长,周期(频率和波速 3、会用波的公式:解题二、学习难点:波的图象的物理意义,振动图象与波动图形的区别; 三、主要内容: 1、波

3、的图象(又叫某一时刻波形图横坐标表示在波的传播方向上各质点的 位置与参考点的距离。 纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的 。 如果波的图象是正弦曲线,这样的波叫正弦波,也叫 。 介质中有简谐波传播时,介质的质点在做 运动2 3、比较振动图象与波形图象 画出再过T/4的图象 完成书上练习28页1-4题4、波长: 符号 周期(频率:波的周期=质点的振动周期。 波速公式: (波形的平移(波速公式此关系也适应于电磁波结论:振动在一个周期里在介质中传播的距离等于一个波长。 波速由 决定,频率(周期由 决定。 例1.一列沿x 正方向传播的横波,其振幅为A ,波长为,某一时刻波的图象如图所示。在该时刻,某

4、一质点的坐标为(,0,经过四分之一周期后,该质 点的坐标为 例2:如图3所示为一列简谐波在某一时刻的波的图象 求:(1该波的振幅和波长。(2已知波向右传播,说明A 、B 、C 、D 质点的振动方向。 (3画出经过T/4后的波的图象。 例3、如图11-3-1所示,甲为某一列简谐横波在t =t 0时刻的图像,乙是这列波上质点P 从这一时刻起的振动图像,试讨论: (1 波的传播方向(2画出经过2.3s 后波的图像.xv t = v f T= 例4:一列波在t 1时刻的波形图如图中的实线所示,t 2时刻的波形图如图中的虚线所示,已知t=t 2-t 1=0.5s, 求 这列波可能的波速? 若波速为0.6

5、8m/s ,这列波向哪个方向传播?课堂练习: 1、一列沿着x 轴正方向传播的横波,在t =O 时刻的波形如图11-6-4甲所示.图甲中某质点的振动图象如图11-6-4乙所示.质点N 的振幅是 m , 振动周期为 s ,图乙表示质点 (从质点K 、L 、M 、N 中选填的振动图象. 该波的波速为 m/s .2、如图11-6-1为一列沿x 轴传播的简谐运动横波在零时刻的图像和在x =6m 处的质点从该时刻起的振动图像,求:(1该波的传播方向和速度大小(2x =6m 处的质点位移随时间变化的关系式 3.一列横波在x 轴上传播,01=t 和st 05.02=时的波形分别如下图中的实线和虚线所示。(1若

6、波向右传播,且周期大于(12t t -,求波速。(2若波速为600/m s ,求波的传播方向。 .0.0-3、2 波的传播规律例1 、如图所示,绳中有一列正弦横波,沿x 轴传播,b 是绳上两点,它们在x 轴上的距离小于一个波长,当点振动到最高点时,b 点恰好经过平衡位置向上运动。试在图上、b 之间画出波形图。 例2、一列简谐波沿一直线向左运动,当直线上某质点a 向上运动到达最大位移时,a 点右方相距0.15m 的b 点刚好向下运动到最大位移处,则这列波的波长可能是( A .0.6mB .0.3mC .0.2mD .0.1m例3、一列简谐横波沿水平直线向右传播,M 、N 是介质中相距为s 的两质

7、点,M 在左,N 在右,t 时刻M 、N 两质点正好振动经过平衡位置,且M 、N 之间只有一个波谷,经过t 时间N 质点恰好在波峰,求这列波的波速.例4.一列简谐横波沿直线由a 向b 传播,相距10.5m 的a 、b 两处的质点振动图象如图中a 、b 所示,则 A .该波的振幅可能是20cmB .该波的波长可能是8.4mC .该波的波速可能是10.5 m/s左 a b 右 D .该波由a 传播到b 可能历时7s例5.如图11-3-17所示,一列向右传播的简谐横波,波速大小为0.6m/s,P 质点的横坐标为x =0.96m ,从图示时刻开始计时,求: (1P 质点刚开始振动时振动方向如何? (2

8、P 质点开始振动以后,其振动周期为多少? (3经过多长时间,P 质点第二次达到波峰? 课外练习1、在均匀介质中选取平衡位置在同一直线 上的9个点,相邻两质点间的距离均为L ,如图 11-6-3甲所示,一列横波沿该直线向右传播。t =0 时到达质点1,质点1开始向下运动,经过时间t第一次出现如图11-6-3乙所示的波形,则该波( A .周期为t ,波长为8L B .周期为t 32,波长为8L C .周期为t 32,波速为tL 12D .周期为t ,波速为tL 82、由原点O 处的波源发生的一列简谐波沿x 轴正向传播,在t=0时刻的波形曲线如图所示,已知这列波的质点P 连续出现两次波峰的时间间隔为

9、0.4s ,则正确的说法是( A. 这列波的波长为5cmy /c m 2OP 234567810x /mQB. 这列波的传播速度为10m/sC. 当t=0.7s 时,质点Q 第一次到达波峰D. 质点Q 到达波峰时,质点P 恰好到达波谷3、图1所示为一列简谐横波在t =2秒时的波形图,图2是这列波中P 点的振动图线,那么该波的传播速度和传播方向是 ( A .v =25cm/s ,向左传播B .v =50cm/s ,向左传播C .v =25cm/s ,向右传播D .v =50cm/s ,向右传播 4.同一音叉发出的声波同时在水和空气中传播,某时刻的波形曲线见题15图,以下说法正 确的是( A .声

10、波在水中波长较大,b 是水中声波的波形曲线。B .声波在空气中波长较大,b 是空气中声波的波形曲线C .水中质点振动频率较高,a 是水中声波的波形曲线D .空气中质点振动频率较高,a 是空气中声波的波形曲线5、一列简谐横波沿x 轴负方向传播,波速v =4 m/s ,已知坐标原点(x =0处质点的振动图象如图a 所示,在下列4幅图中能够正确表示t =0.15 s 时波形的图是 6、如图所示,位于介质I 和II 分界面上的波源S ,产生两列分别沿x 轴负方向与正方向传播的机械波。若在两种介质中波的频率及传播速度分别为f 1、f 2和v 1、v 2,则CABDA .f 1=2f 2,v 1=v 2

11、B .f 1=f 2,v 1=0.5v 2C .f 1=f 2,v 1=2v 2D .f 1=0.5f 2,v 1=v 27.如图,一列简谐横波向右传播,波速为v ,沿波的传播方向上有相距为L 的P 、Q 两质点。某时刻P 、Q 两质点都处于平衡位置,且P 、Q 间仅有一个波峰。经过时间t ,Q 质点第一次运动到波谷,试求出波长的可能值。8.一列横波上有相距4米的A 、B 两点,波的传播方向是由A 向B ,波长大于2米,如图11-3-18表示A 、B 两质点的振动图像,求波速. 【解析】振动图象告诉我们初始时刻A 在波峰B 在平衡位置,且由波的传播方向可以推断B 点的振动方向向下,由于A 、B

12、 相距4m 而波长大于2m ,所以,A 、B 之间要么不到一个波QPv长,要么不到两个波长,故可以作出如图11-3-19模拟波形.由第一个波形图知道波长为1=4×4/3=16/3m波速为v1=1/T=40/3m由第二个波形图知道72/4=4,所以2=16/7m波速为v2=2/T=40/7m这里存在多解情况,原因是题目给了我们一个产生多解的可能:波长大于2m4、波的反射和折射一、学习目标:1、知道波面与波线,了解惠更斯原理2、会用惠更斯原理解释波的反射与折射现象二、学习难点:惠更斯原理的理解与应用三、主要内容:1、波面与波线 波面:由振动状态相同的点构成的波线:与波面的线叫波线2、惠更

13、斯原理:介质中波面上任一点,都可以看作,此后,这些子波在前进方向的包络面就是新的波面。用惠更斯原理解释上面的两种波面的形成过程。3、波的反射: 结论: 4、波的折射:结论:5、波的衍射学习目标:1、知道衍射现象2、知道产生明显衍射的条件3、会用惠更斯原理解释波的衍射现象学习难点:用惠更斯原理解释波的衍射现象主要内容:1、观察衍射现象衍射现象:2、产生明显衍射现象的条件:3、分析衍射现象产生的原因:练习:课本38页一切波都能发生反射、折射、干涉、衍射。特别是干涉、衍射,是波特有的性质。(1干涉 产生干涉的必要条件是:两列波源的频率必须相同。需要说明的是:以上是发生干涉的必要条件,而不是充分条件。

14、要发生干涉还要求两列波的振动方向相同(要上下振动就都是上下振动,要左右振动就都是左右振动,还要求相差恒定。我们经常列举的干涉都是相差为零的,也就是同向的。如果两个波源是振动是反向的,那么在干涉区域内振动加强和减弱的位置就正好颠倒过来了。在稳定的干涉区域内,振动加强点始终加强;振动减弱点始终减弱。至于“波峰和波峰叠加得到振动加强点”,“波谷和波谷叠加也得到振动加强点”,“波峰和波谷叠加得到振动减弱点”这些都只是充分条件,不是必要条件。9.多普勒效应多普勒效应是所有波动过程共有的特征。(1定义:由于波源和观察者之间的相对运动,使观察者感到频率发生变化的现象,叫做多普勒效应。(2现象:当波源和观察者

15、有相对运动是,如果两者相互靠近,观察者接收到的频率增大;如果两者远离,观察者接收到的频率减小。(3运用:根据声波的多普勒效应可以测定车辆的速度;根据光波的多普勒效应可以判断遥远天体相对地球的运行速度。一切波都能发生反射、折射、干涉、衍射。特别是干涉、衍射,是波特有的性质。干涉。产生干涉的必要条件是:两列波源的频率必须相同。需要说明的是:以上是发生干涉的必要条件,而不是充分条件。要发生干涉还要求两列波的振动方向相同(要上下振动就都是上下振动,要左右振动就都是左右振动,还要求相差恒定。我们经常列举的干涉都是相差为零的,也就是同向的。如果两个波源是振动是反向的,那么在干涉区域内振动加强和减弱的位置就

16、正好颠倒过来了。 干涉区域内某点是振动最强点还是振动最弱点的充要条件:最强:该点到两个波源的路程之差是波长的整数倍,即=n 最弱:该点到两个波源的路程之差是半波长的奇数倍,即(122+=n 根据以上分析,在稳定的干涉区域内,振动加强点始终加强;振动减弱点始终减弱。 至于“波峰和波峰叠加得到振动加强点”,“波谷和波谷叠加也得到振动加强点”,“波峰和波谷叠加得到振动减弱点”这些都只是充分条件,不是必要条件。 例1. 如图所示,S 1、S 2是两个相干波源,它们振动同步且振 幅相同。实线和虚线分别表示在某一时刻它们所发出的波的 波峰和波谷。关于图中所标的a 、b 、c 、d 四点,下列说法中正确的有

17、A.该时刻a 质点振动最弱,b 、c 质点振动最强,d 质点振 动既不是最强也不是最弱B.该时刻a 质点振动最弱,b 、c 、d 质点振动都最强C.a 质点的振动始终是最弱的, b 、c 、d 质点的振动始终是最强的D.再过T /4后的时刻a 、b 、c 三个质点都将处于各自的平衡位置,因此振动最弱解:该时刻a 质点振动最弱,b 、c 质点振动最强,这不难理解。但是d 既不是波峰和波峰叠加,又不是波谷和波谷叠加,如何判定其振动强弱?这就要用到充要条件:“到两波源的路程之差是波长的整数倍”时振动最强,从图中可以看出,d 是S 1、S 2连线的中垂线上的一点,到S 1、S 2的距离相等,所以必然为

18、振动最强点。 描述振动强弱的物理量是振幅,而振幅不是位移。每个质点在振动过程中的位移是在不断改变的,但振幅是保持不变的,所以振动最强的点无论处于波峰还是波谷,振动始终是最强的。本题答案应选B 、C衍射。发生明显衍射的条件是:障碍物或孔的尺寸和波长可以相比或比波长小。 波的独立传播原理和叠加原理。独立传播原理:几列波相遇时,能够保持各自的运动状态继续传播,不互相影响。 叠加原理:介质质点的位移、速度、加速度都等于几列波单独转播时引起的位移、速度、加速度的矢量和。波的独立传播原理和叠加原理并不矛盾。前者是描述波的性质:同时在同一介质中传播的几列波都是独立的。比如一个乐队中各种乐器发出的声波可以在空

19、气中同时向外传播,我们仍然能分清其中各种乐器发出的不同声波。后者是描述介质质点的运动情况:每个介质质点的运动是各列波在该点引起的运动的矢量和。这好比老师给学生留作业:各个老师要留的作业与其他老师无关,是独立的;但每个学生要做的作业却是所有老师留的作业的总和。例2. 阶段(一个周期内,试画出每隔T /4后的波形图。并分析相遇后时刻叠加区域内各质点的运动情况。解:根据波的独立传播原理和叠加原理可作出每隔T /4所示。相遇后T /2时刻叠加区域内abcde 不相同,其中a 、c 、e 三质点速度最大,方向如图所示,而b 、d 速度为零。这说明在叠加区域内,a 、c 、e 三质点的振动是最强的,b 、

20、d 两质点振动是最弱的。6、波的干涉学习目标:学习重点:学习难点:主要内容:7、多普勒效应学习目标:学习重点:学习难点:主要内容:1.一列简谐横波沿x轴正方向传播,在t=0时刻的波形图如图11-3-11所示。已知这列波在P点依次出现两个波峰的时间间隔是0.4s,则这列波的波速是m/s,质点P在1s内所通过的路程是 m。从图示时刻开始,再经过s,质点Q第一次到达波峰. 【例3】一列绳波的波源在坐标原点O 处,经过一段时间振动从O 点向右传播20cm 到Q 点,如图11-3-8所示,P 点离开O 点的距离为30cm ,试判断P 质点开始振动的方向.例2 、如图甲所示,一根张紧的水平弹性长绳上的、b

21、 两点,相距14.0m 。b 点在点右方,当一列简谐波沿此绳向右传播时,若点位移达到正向极大时,b 点位移恰好为零,且向下运动。经过1.00s 后,点位移为零,且向下运动,而b 点的位移恰好达到负向极大,则这列简谐波的波速可能等于:A .4.67m /sB .6m /sC .10m /sD.14m /s一列简谐横波沿x 轴负方向传播,图1是t = 1s 时的波形图,图2是波中某振动质元位移随时 间变化的振动图线(两图用同同一时间起点,则 图2可能是图1中哪个质元的振动图线?( A A .x = 0处的质元; B .x = 1m 处的质元;C .x = 2m 处的质元;D .x = 3m 处的质

22、元。 1.一列简谐横波沿x 轴传播.t =0时的波形如 图11-3-15所示,质点A 与质点B 相距lm ,A 点 速度沿y 轴正方向;t =0.02s 时,质点A 第一次到 达正向最大位移处.由此可知 ( A .此波的传播速度为25m/sB .此波沿x 轴负方向传播C .从t =0时起,经过0.04s ,质点A 沿波传播方向迁移了1mD .在t =0.04s 时,质点B 处在平衡位置,速度沿y 轴负方向例2:如图,一根张紧的水平绳上有相距14m 的a 、b 两点,b 点在a 点的右方,当一列简谐波沿此绳向右传播时,若a 点处于波峰位置时,b 点恰处于平衡位置,且向下运动,经过1.00秒后,a

23、 位于平衡位置,且向下运动,而b 点恰处于波谷位置,求这列波可能的波速?(V=14(4n+1/ (4k+3 步训练2.如图10-26所示为一简谐波在t 1=0时刻的波的图象,波的传播速度v=2m/s ,质点M 在平衡位置上,求从t 1=0到t 2=2.45s 这段时间内,质点M 通过的路程和位移各多大?2.如图,一列横波t 时刻的图线用实线表示,又经st2.0=的图线用虚线表示。已知波长为m 2,则以下叙述正确的是y /x /m5-500.10.30.4 A若波向右传播，则最大周期是 2s B若波向左传播，则最大周期是 2s C若波向左传播，则最小波速是 9m / s D若波速是 19m / s ，则传播方向向左 D若 N 为波源，则该时刻 P 质点动能最小 2008 上海高考题多选题 14.(5 分如图 11-6-6 所示,在光滑绝缘水平面上,两个带等量正电的点 电荷 M、N,分别固定在 A、B 两点,O 为 A、B 连线的中点,CD 为 AB 的垂直平分线.在 C、O 之间的 F 点由静止释放一个带负电的小球 P(设不改变原来的电场分布,在以后的一段时间 内,P 在 CD 连线上做往复运动,若 A. 小球 P 带电量缓慢减小,则它往复运动过程中 振幅不断减小 B. 小球 P 带电量缓慢减小, 则它往复运动过程中每次 经过 O 点时的速率不断 减小 C.点电荷 M、N 的带电量