2020-2021学年物理新教材人教版选择性必修第一册学案：第3章1波的形成含解析

1．学习目标：1.[物理观念知道什么是机械波？能区分横波和纵波知道什么是波峰和波谷密部和疏部．2.[科学思维知道机械波的形成条件及过程．3.[科学探究通过观察和分析，认识波是振动的传播，知道波在传播振动形式的同时也传播能量和信息．☆阅读本节教材，回答第58页“问题”，并梳理必要的知识点．教材第58页问题提示：彩带上的波浪向前传播实际是振动在彩带上传播，但彩带上的每个点并不向前运动．一、波的形成1．波的形成个质点又带动更远一些的质点……，绳上的质点都很快跟着振动起来，只是后面的质点总比前面的质点迟一些开始振动，这样在整个绳子上就形成了凸凹相间的波．沿绳传播的波说明：介质是能够传播机械振动的物质，其状态可以是固、液、气三态中的任意一种．2．介质定义：波借以传播的物质．特点：组成介质的质点之间有相互作用，一个质点的振动会引起相邻质点的振动．二、横波和纵波1．横波与纵波的比较定义标识性物理量实物波形①波峰：凸起的最高横波纵波播方向相互垂直的波②波谷：凹下的最低处①密部：质点分布密质点的振动方向与波的传集的部分播方向在同一直线上的波②疏部：质点分布稀疏的部分2.声波发声体振动时在空气中产生的声波是纵波，声波不仅能在空气中传播，也能在固体、液体中传播．三、机械波1．形成：机械振动在介质中传播，形成机械波．2．产生条件要有波源．要有传播振动的介质．3．特点介质中有机械波传播时，介质本身并不随波一起传播，因此说它传播的只是振动这种运动形式．介质中本来静止的质点，随着波的传来而发生振动，可见波是传递能量的一种方式．我们能用语言进行交流，说明波可以传递信息．1．思考判断正确的打“√”，错误的打“×”)质点的振动位置不断转换即形成波．×)在绳波的形成和传播中，所有质点的运动是近似的匀速直线运动．×)×)如果波源停止振动，介质中的波也会立即停止．横波在固体、液体、气体中都能传播，纵波只能在气体中传播．×)2.如图所示是一列沿着绳向右传播的绳波波形，此时波刚传到B点，由图可判断波源A点开始的振动方向是________．解析]由于波刚刚传到B点，所以B点此时的振动方向就是波源的起振方向，由图根据波的传播与质点振动的关系可以知道，B质点此时正向上振动，所以波源A质点刚开始的振动方向向上．答案]向上3．多选关于横波和纵波，下列说法正确的是()．质点的振动方向和波的传播方向垂直的波叫作横波B．质点的振动方向跟波的传播方向在同一直线上的波叫作纵波．横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部．声波是横波ABC本题考查纵波和横波的概念由定义知C，故D不正确．]波的形成教材第58页“演示”答案提示：红色标记在其位置上下振动，并不随波向绳的另一端移动．一组学生手挽手排成一行，从左边第一位同学开始，周期性地下蹲、起立，依次带动旁边的同学重复他的动作，只是后边的一位总比前边的一位稍迟一点点．这样就会看到凹凸相间的波沿着队伍传播开来，而每个学生的位置并没有移动．运动会上的团体操表演常常用这种办法来表现波浪，如图所示．没有，人只是上下振动．1．机械波的形成2．波的特点(1)振幅：像绳波这种一维(只在某个方向上传播)机械波，若不计能量损失，各质点的振幅相同．周期：各质点振动的周期均与波源的振动周期相同．步调：离波源越远，质点振动越滞后．立场：各质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波迁移，且起振方向与振源的起振方向相同．机械波向前传播的是振动这种运动形式，同时也传递能量和信息．【例1】1在外力作用下沿垂直直线方向做简谐运动，带动其余质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右T＝01开始向上运动，＝时，1到达最上方，54Tt＝时，质点8、、16的运动状态(是否运动、运动方向如何？23Tt＝时，质点8、、16的运动状态如何？4解析]各质点在各时刻的情况，如图所示．甲乙T由甲图可知＝时质点8未到达波峰正在向上振动质点16未23T4振动．由乙图可知，t＝时，质点8正在向下振动，质点12向上振动，质点16未振动．答案]见解析机械波的形成和传播特点(1)机械波的形成过程及特点可以概括为“带动、重复、落后”，即前一质点“带动”后一质点振动，后一质点“重复”前一质点的振动形式，并且后一质点的振动“落后”于前一质点．(2)就整个物体来说，呈现的现象是波动，而就构成物体的单个质点来说，所呈现的现象是振动．(3)要画另一时刻的波形图，应先确定特殊点的位置，即此时刻在平衡位置或最大位移处的点如波源1和质点13这些点的位置确定后其他点可顺势找出．[跟进训练]训练角度1波的形成1．沿绳传播的一列横波，当波源突然停止振动时(设绳无限长，且波传播过程无能量损失)()．绳上各质点同时停止振动，波同时消失B．离波源较近的质点先停止振动，直到所有质点全部停止振动．离波源较远的质点先停止振动，直到所有质点全部停止振动．前一质点的振动带动相邻后一质点振动，这种振动将由近及远向前传播，不会停止D[当波源振动时，通过介质将波源的振动形式传递出去的同时，将能量也传递出去了．当波源停止振动后，传出去的能量不会消失，当没有其他阻力时，这种波的形式和能量继续存在并将继续传递下去所以C都错误故答案为D.]训练角度2波的传播2．如图所示为一简谐横波在某一时刻的波形图，此时质点A正向上运动，如图中箭头所示．由此可断定此横波()．向右传播，且此时质点B正向上运动B．向右传播，且此时质点C正向下运动．向左传播，且此时质点D正向上运动．向左传播，且此时质点E正向下运动C根据质点A正向上运动可判定此列波向左传播后一质点的振动总是落后于前一质点的振动根据同一原则可断定质点D和质点E都正向上运动故选项C正确．]横波与纵波手握轻弹簧的一端另一端固定上下抖动弹簧弹簧形成凹凸相间的形状，如图1所示．手握轻弹簧一端左右有规律的振动，弹簧便形成疏密相间的形状，如图2所示．情景设问：图1弹簧振动方向与其形成的波传播方向有什么关系？该种波叫什么波？图2弹簧振动方向与其形成的波传播方向有什么关系？该种波叫什么波？提示：垂直、横波．在同一直线上、纵波．1．横波和纵波的比较横波在波动中，质点的振动方向和波的播介质只能在固体介质中传播在波动中交替、间隔出现波峰和波谷部名师点睛：在现实生活中，绳上波为横波，声波为纵波，有些机械波既有横波，也有纵波．例如：地震波既有横波成分，又有纵波成分．2．振动与波动的联系和区别波动是介质中大量的质点受到周而复始的运动现象介质中的质点受到相邻质点的位置的力的作用物体由于某种原因离开平衡位——回复力作用振动是波的起因，波是振动的传播有波动一定有振动，有振动不一定有波动牢记波动的周期等于质点振动的周期【例】多选一列横波沿绳子向右传播，传播过程无能量损失，某时刻绳子形成如图所示的凹凸形状．对此时绳上ABCEF六个质点，下列说法正确的是()．它们的振幅相同B．质点D和F的速度方向相同．从此时算起，质点B比C先回到平衡位置．从此时算起，质点E比F先到达波峰思路点拨：分析质点振动方向的方法可用“带动看齐”的思路分析：在波的传播中，靠近波源的质点带动后面的质点运动，离波源远的质点追随离波源近的质点．ACD波源振动时绳上各质点通过相互间的弹力作用跟着做受迫振动不考虑传播中的能量损耗时，各质点的振幅均相同，选项A正确；波传播时，离波源远的质点的振动落后于离波源近的质点的振动，并跟随着离波源近的质点振动由题图可知波源在左端因此质点D跟随离波源近的质点C正向上运动，质点F跟随离波源近的质点E正向下运动两者速度方向相反选项B错误；由于此时、C两质点都向上运动，B比C先到最大位移处，故B比C先回到平衡位置，选项C正确，同理知选项D正确．]解答波动问题的两个关键波在传播过程中，质点只在其平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移．根据质点做简谐运动的特点确定质点的位置和速度方向．[跟进训练]训练角度1横波和纵波的比较3．多选关于横波和纵波，下列说法正确的是()．对于纵波，质点的振动方向和波的传播方向有时相同，有时相反B．对于横波，质点的运动方向与波的传播方向一定垂直．形成纵波的质点随波一起迁移．空气介质只能传播纵波ABD质点的振动方向与波的传播方向垂直的波是横波质点的振动方向与波的传播方向平行的波是纵波；纵波质点的运动方向与波的传播方向有时相同，有时相反B质点都不随波迁移C错误；横波不能在空气中传播，空气只能传播纵波，D正确．]训练角度2振动方向的判断4多选如图所示为一列机械波在某一时刻的形状，此时刻质点F的振动方向如图所示．则()．该波向左传播B．质点C比质点B先回到平衡位置．质点E此时刻向下振动．质点C此时刻的加速度为零ABC由波形图和质点F的振动方向根据带动法可知波源在右侧故该波向左传播，选项A正确；由于该波向左传播，根据带动法可知质点E此时刻向下振动选项C正确；此时质点B向上振动质点C在最大位移处将向下振动故质点C比质点B先回到平衡位置选项B正确；因质点C在最大位移处其加速度最大，选项D错误．]3．科学探究：探究绳波和声波的传播特征．1．多选关于机械波的形成，下列说法正确的是(．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重复振动，只是时间上落后一步．参与振动的质点的振动频率都相同．机械波可以传递能量和信息BCD若只有物体振动而周围没有传播这种振动的介质振动不可能由近及远传播出去形成机械波，A错；机械波中各振动质点都在重复波源的振动，振动频率都等于波源的频率只是离波源越远振动步调越落后C正确；机械波中介质各质点只在自己平衡位置附近振动，不随波迁移，离波源较远的质点振动的能量是通过离波源近的各质点的传递从波源获得的，D对．]2．多选一列简谐横波沿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()．此波向x轴负方向传播B．质点C此时向y轴负方向运动．质点C将比质点B先回到平衡位置．各质点的振幅相同ACD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边质点的振动，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正确；质点C此时刚到达最大位移处，速度为0，此后才向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，所以选项C正确；振幅指的是质点离开平衡位置的最大距离，各质点的振幅相同，选项D正确．]3．多选下列关于横波、纵波的说法正确的是()．凸凹相间的波叫横波，凸起的最高处叫波峰，凹下的最低处叫波谷B．质点振动方向和波的传播方向在同一直线上的波叫纵波．横波和纵波传播的都只是振动这种运动形式．沿横向传播的波叫横波，沿纵向传播的波叫纵波ABC质点的振动方向与波的传播方向垂直的波为横波质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波为纵波；横波具有波峰和波谷，两种波传播的都是运动形式，、、C正确．]4．多选一根张紧的水平弹性绳，绳上的S点在外界驱动力的作用下沿竖直方向做简谐运动，在绳上形成稳定的横波，在S点的左、右两侧分别有AB、D四点，如图所示，已知、BS和SC的距离相等，CD的距离为SC的2倍，下面的说法中正确的是()．若B点的位移与S点的位移始终相同，则A点的位移一定与S的位移始终相同B．若B点的位移与S点的位移始终相反，则A点的位移一定与S点的位移始终相反．若C点的位移与S点的位移始终相同，则D点的位移一定与C点的位移始终相同．若C点的位移与S点的位移始终相反，则D点的位移一定与C点的位移始终相同ACD选项A中由于B点和S点位移始终相同又因为AB＝BS故A点与S点位移也相同．选项B中，B点和S点位移始终相反，那么再隔同样距离时，A点和S点的位移就应始终相同了．位移始终相同的点和始终相反的点是相互隔开的．]5．思维拓展]某地区地震波中的横波和纵波传播速率分别约为4km/s和9km/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5s开始振动，求：问题：观测中心首先观察到的是上下振动还是左右振动？震源到该地震观测中心的距离为多少？解析]由于纵波传播的快故地震发生时纵波先到达观察中心即先觉察到的是上下振动．设震源到观测中心的距离为x，则有xx－＝5s4km/s9km/s所以＝36km.答案]见解析．凸凹相间的波叫横波，凸起的最高处叫波峰，凹下的最低处叫波谷B．质点振动方向和波的传播方向在同一直线上的波叫纵波．横波和纵波传播的都只是振动这种运动形式．沿横向传播的波叫横波，沿纵向传播的波叫纵波ABC质点的振动方向与波的传播方向垂直的波为横波质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波为纵波；横波具有波峰和波谷，两种波传播的都是运动形式，、、C正确．]4．多选一根张紧的水平弹性绳，绳上的S点在外界驱动力的作用下沿竖直方向做简谐运动，在绳上形成