《波的形成和描述》導學案

7/8第二章第1節(jié)波的形成和描述【目標導學】：學習目標：1.知道直線上機械波的形成過程；2．知道什么是橫波的波峰和波谷；什么是縱波的密部和疏部；3.知道波在傳播運動形式的同時也傳遞了能量。學習重點：機械波的形成過程及傳播規(guī)律。學習難點：機械波的形成過程及傳播規(guī)律。【課前預習】1．觀察水波是怎樣形成的？波傳播時水面上漂浮物是否隨波傳播？2．舉出幾個有關波的例子？3．看書完成下列問題（1）叫波，形成波的條件是、。（2）叫橫波，叫波峰，叫波谷叫縱波，叫蔬部，叫密部；橫波和縱波的區(qū)別是（你能理解“振動方向”和“波的傳播方向”嗎？）4．你能看出波傳播中質點作什么運動？相鄰質點運動有什么區(qū)別？【新課教學】一、波的形成和傳播演示：將絲帶一端用手指按在桌面上，手持另一端沿水平桌面抖動，在絲帶上產生一列凹凸相間的波向另一端傳播。撥動水平懸掛的柔軟長彈簧一端，產生一列疏密相間的波沿彈簧傳播。請用手敲擊桌面，聽到聲音，這是聲波在空氣中傳播（雖然看不到波形，但它客觀存在）。思考波產生的條件：①、②。波是怎樣形成的呢？為什么會有不同的波形？波傳播的是什么呢？二、演示實驗：觀察波動演示器上凹凸相間的波演示屏上的質點排成一條水平線（表示各質點都處在平衡位置）觀察思考以下問題：1、各個質點振動的先后順序后面的質點總比前面的質點開始振動的時刻_______。2、各質點的振動沿________方向，波的傳播沿_______方向，質點振動方向與波的傳播方向_______。3、質點是否沿波的傳播方向遷移？_______。4、波是形成的。5、這種波振動方向與波的傳播方向叫做橫波，在橫波中凸起的最高處叫做波峰，凹下的最低處叫做波谷。觀察彈簧上產生的疏密相間的波。撥動水平懸掛的柔軟長彈簧（在某一位置系一根紅布條一端），產生一列波沿彈簧傳播。觀察思考以下問題1、紅布條是否隨波遷移？________說明了什么？_____________。2、彈簧上疏密相間的波形是怎樣產生的？_________________。3、各質點的振動沿________方向，波的傳播沿_______方向，質點振動方向與波的傳播方向_______4、這種波振動方向與波的傳播方向叫做縱波，在縱波中最密處叫做密部，最疏處叫做疏部。學生反思后完成以下填空1、不論橫波還是縱波，介質中各個質點發(fā)生振動并不隨波遷移。因此，波傳播的是_________________，而不是介質本身。2、波傳來前，各個質點是靜止的，波傳來后開始振動，說明他們獲得了能量。這個能量是從波源通過前面的質點傳來的。因此：波是傳遞_________的一種方式。3、波是形成的。4、各質點振動相同點是；不同點是5、各質點作運動，波作運動6．波的圖象有時也稱為，簡稱波形。它是用橫坐標表示在波的傳播方向上各質點的縱坐標表示某一時刻各質點。7．這樣的波叫做正弦波，也叫。介質中有正弦波傳播時，介質的質點在做。8．波的圖象表示的位移，振動圖象則表示的位移。五、知識應用：1．波的圖象（以簡諧波為例）用橫坐標x表示在波的傳播方向上各個質點的平衡位置，縱坐標y表示某一時刻各個質點偏離平衡位置的位移，并規(guī)定在橫波中，位移向上時y取正值，向下時y取負值。在x-y平面上，畫出各個質點平衡位置x與各質點偏離平衡位置的位移y的各點(x，y)，用平滑的曲線把各點連接起來就得到了橫波的波形圖象，如圖5-2-1所示。OOxy5-2-1⑴形狀：波的圖象的形狀是如圖5-2-1所示的正弦曲線。注意y=cosx的圖象也是一條正弦曲線，因為它可以寫成y=sin(x+)。⑵物理意義：表示介質中沿波傳播方向上各個質點在某一時刻相對平衡位置的位移。⑶應用：利用波的圖象通?？梢越鉀Q如下問題：①從圖象中可以看出波長；波長：波源振動一個周期，波向前傳播的距離為一個波長，即：；②從圖象中可以看出各質點振動的振幅A；③從圖象中可以看出該時刻各質點偏離平衡位置的位移；④從圖象中可以看出各質點振動的速度方向；⑤從圖象中可以看出各質點振動的加速度方向；⑥從圖象中可以看出各質點振動的回復力方向；⑦從圖象中可以間接地比較各質點在該時刻的振動速度、動能、勢能、回復力、加速度等量的大??；例1圖5-2-2為一列沿x軸正方向傳播的簡諧波在某個時刻的波形圖，下列關于該列波的說法中正確的是（）1120x/my/cm5-2-24-4P3A．該簡諧波的振幅是4cmB．質點P此時受到的回復力的方向向上C．該簡諧波的波長是3mD．質點P此時的加速度方向沿y軸的負方向解答：本題主要考查波的圖象的直接應用由圖象不難發(fā)現，該簡諧波的振幅、波長分別為4cm和2m，所以選項A正確，選項C錯。質點在做簡諧振動時，受到的回復力始終指向平衡位置，即x軸,而加速度的方向與回復力方向一致,所以加速度的方向也指向平衡位置,因此選項D正確,選項B錯。本題正確答案選AD。例2振源A帶動細繩振動，某時刻形成的橫波波形如圖5-2-3甲所示，則在波傳播到細繩上一點P時，開始計時，下列四個圖形中能表示P點振動圖象的是：()5-2-35-2-3解答：由圖象甲可知，質點P從平衡位置開始向下振動，所以P點的振動圖象選C。例3如圖5-2-4是一列簡諧波的圖象，那么這列波的波長為_________，各質點振動的振幅為________，x=1.0m處的質點此時刻的位移是___________。5-2-45-2-4解答：由波的圖象的物理意義及根據正弦曲線的數學特征，認真分析圖象，可以求解。由圖象可以直接讀出其波長為，各質點的振幅都一樣，均為10.0cm。至于x=1.0m上的質點此刻的位移，根據圖象的幾何特征，可以寫出它的數學表達式為當x=1.0m時，，即此時刻x=1.0m處的質點的位移為。故本題正確答案為：6.0m,10.0cm,。2．在解決關于波的圖象問題時，應注意：①波的傳播方向的雙向性：在題目末給出傳播方向時，要考慮到波沿x軸的正方向或沿x軸的負向傳播的兩種可能性。5-2-5②波的圖象的重復性（周期性）：相隔時間為周期整數倍的兩個時刻的波形相同，也就是說，每經過一個周期波形重復出現一次。從而使題目的解答出現多解的可能，即存在系列解。5-2-53．根據波的傳播方向確定各質點振動方向波的傳播方向是波峰（或波谷）的推進方向。因此波的傳播方向與質點推進速度方向有密切關系。如圖5-2-5所示，實線表示時刻波的圖象，波向左傳播，虛線表示時刻的圖象（），則一段時間波傳播的距離，就是波峰向左推進的距離。由此可判斷在時刻質點P振動速度方向向上，質點Q振動速度方向向下。因此，下一個時刻P將會處于波峰位置，Q將會處于波谷位置。由此可知，波峰（或波谷）兩邊的質點振動速度方向正好相反，所以知道波速方向，可根據圖象確定質點的振動速度方向。反過來，知道某質點的振動速度方向，可根據圖象確定波的傳播方向的其他質點的振動速度方向。常用的方法有：[方法一]比較法：在質點P靠近波源一方附近圖象上找另一點，若在下方，則P向下運動；若在上方，則P向上運動，則由逆著波傳播方向看前一質點位置來確定。[方法二]微平移法：根據波的傳播方向，作出經微小時間后的波形，由此可知，后質點的位置，根據其位置可判斷出質點的振動方向。[方法三]上下坡法：沿著坡的傳播方向走；上坡所有質點向下；下坡所有質點向上。[方法四]逆向復描波形法:逆著波的傳播方向,用筆復描波形,上坡所有質點向上；下坡所有質點向下。注意：①峰、谷處的質點振動速度為零，不能畫表示振動方向的箭頭；②用假設法，反過來已知質點振動方向，則可判斷波傳播方向。例4簡諧橫波某時刻的波形圖線如圖5-2-6所示．由此圖可知：5-2-6A.若質點a向下運動，則波是從左向右傳播的5-2-6B.若質點b向上運動，則波是從左向右傳播的C.若波從右向左傳播，則質點c向下運動D.若波從右向左傳播，則質點d向上運動解答：利用“上下坡法”判斷若質點a向下運動，由上下坡法，a點必位于上坡段，只有由右向左看，a才處于上坡段，故波應向左傳，選項A錯．同理分析B選項對．若波從右向左傳，由上下坡法，知d、c點位于下坡段，都應向上運動，故選項C錯，D對．正確選項為BD．例5、如圖5-2-7甲所示，一列沿x軸正方向傳播的機械橫波在某一時刻的圖象，從圖中可看出這列橫波的振幅是多少米？波長是多少米？P點處的質點在此時刻的運動方向如何。-0.04-0.04ｙ／ｍＯｘ／ｍＰ0.041234v圖甲圖乙ｘ／ｍＰＰ’ｙ／ｍＡＯv5-2-7解答：從波的圖象(圖甲)可直接讀出振幅0.04m，波長2m，判斷P處質點此時刻的運動方向有兩種方法：其一是前質點帶動后質點振動法，離波源較遠的后質點總要追隨，模仿離波源較近的前質點的振動，只是其振動步調比前質點滯后一些，從圖2中看出，波沿x軸正方向傳播，介質中的A點與P點相比，A是前質點，P是后質點，相差λ/4距離，P質點經過T/4時間將到達A質點現在的位置處，由此判斷出P質點是向y軸正方向運動的。其二是波形平移法，如圖1所示，將原波形（實線）沿波的傳播方向推進一段很小距離得到推進后的波形（虛線），比較質點在原波形上的位置P和在推后波形上的位置P’，顯然原在P處的質點到達了P’處，同樣得出此時刻在P處的質點是沿正方向運動的。4．根據某個質點的振動方向確定波的傳播方向[方法一]微平移法：根據質點的振動方向，作出經微小時間后的波形，就知道了波的傳播方向[方法二]成因法：由于波的形成是由于前面的質點帶動后面的質點振動，后面的質點重復著前面質點的振動，并且總滯后于前面質點的振動。由此可確定出已知振動方向質點的前面的質點，從而確定出波的傳播方向。5．根據某個時刻的波形圖畫出另一個時刻的波形圖的方法5-2-8[方法一]特殊點法：取正弦波上五個特殊點(一個波峰點、三個平衡位置點和一個波谷點)，先根據波傳播的方向確定它們的振動方向，再判斷經Δt后各質點運動到什么位置，最后連成曲線，即為另一時刻的波形圖，適用于情形。5-2-8[方法二]平移法：由，先計算出經Δt時間波傳播的距離，再將原波形圖沿波的傳傳播方向平移Δx即可