人教版(新教材)高中物理選擇性必修1學(xué)案4：3 1 波的形成

人教版（新教材）高中物理選擇性必修第一冊(cè)PAGEPAGE13.1波的形成〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1.理解機(jī)械波的形成過(guò)程和產(chǎn)生條件，知道機(jī)械波的種類，明確機(jī)械波傳播的特點(diǎn)。2.通過(guò)對(duì)波的認(rèn)識(shí)和理解，逐步提高空間想象能力?！甲灾鲗W(xué)習(xí)〗一、波的形成當(dāng)手握繩端上下振動(dòng)時(shí)，繩端帶動(dòng)相鄰的質(zhì)點(diǎn)，使它也上下振動(dòng)，這個(gè)質(zhì)點(diǎn)又帶動(dòng)更遠(yuǎn)一些的質(zhì)點(diǎn)……繩子上的質(zhì)點(diǎn)都跟著振動(dòng)起來(lái)，只是后面的質(zhì)點(diǎn)總比前面的質(zhì)點(diǎn)遲一些開始振動(dòng)。這樣依次帶動(dòng)下去，繩端這種上下振動(dòng)的狀態(tài)就沿繩子傳出去了，整體上形成了凹凸相間的波形。二、橫波和縱波質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相互垂直的波，叫作橫波。在橫波中，凸起的最高處叫作波峰，凹下的最低處叫作波谷。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，叫作縱波。在縱波中，質(zhì)點(diǎn)分布最密的位置叫作密部，質(zhì)點(diǎn)分布最疏的位置叫作疏部。思考：（1）取一條較長(zhǎng)的軟繩，連續(xù)向上、向下抖動(dòng)長(zhǎng)繩，可以看到一列波產(chǎn)生和傳播的情形，你能不能描述一下波的形成過(guò)程？(注意體會(huì)“帶動(dòng)”“遲”的含義)（2）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？（3）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？（4）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？（5）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？（6）聲波是橫波還是縱波？名師點(diǎn)撥1.機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播，形成機(jī)械波。2.機(jī)械波的產(chǎn)生條件（1）要有波源。（2）要有傳播振動(dòng)的介質(zhì)。3.介質(zhì)中有機(jī)械波傳播時(shí)，介質(zhì)本身并不隨波一起傳播，因此說(shuō)它傳播的只是振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)形式和能量?！颊n堂探究〗一、波的形成探究1：如圖所示是生活中常見的幾種波動(dòng)現(xiàn)象，這些波動(dòng)現(xiàn)象是如何形成的呢？總結(jié)歸納1.機(jī)械波的形成與傳播2.波動(dòng)過(guò)程中各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)(1)先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)后振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)；后振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)重復(fù)前面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)；后振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)狀態(tài)落后于先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)。概括起來(lái)就是“帶動(dòng)、重復(fù)、落后”。(2)各質(zhì)點(diǎn)只在各自的平衡位置附近做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并不隨波遷移。各質(zhì)點(diǎn)的起振方向都與波源開始振動(dòng)的方向相同。(3)機(jī)械波向前傳播的是振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)形式，同時(shí)也可以傳遞能量和信息。例1(多選)如圖所示，沿水平方向的介質(zhì)中的部分質(zhì)點(diǎn)，每相鄰兩質(zhì)點(diǎn)的距離相等，其中O為波源，設(shè)波源的振動(dòng)周期為T，從波源通過(guò)平衡位置豎直向下振動(dòng)開始計(jì)時(shí)，經(jīng)T4質(zhì)點(diǎn)1開始振動(dòng)，則下列說(shuō)法中正確的是A.介質(zhì)中所有質(zhì)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.圖中所畫出的質(zhì)點(diǎn)起振時(shí)間都是相同的，起振的位置和起振的方向是不同的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(guò)平衡位置或最大位移處的時(shí)間總是比質(zhì)點(diǎn)7通過(guò)相同的位置時(shí)落后TD.只要圖中所有質(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)二、橫波和縱波探究2：以上兩種波動(dòng)中，各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向有什么關(guān)系？歸納總結(jié)1.橫波和縱波的比較名稱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2.振動(dòng)與波動(dòng)的聯(lián)系和區(qū)別名稱振動(dòng)波動(dòng)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象振動(dòng)是單個(gè)物體所表現(xiàn)出的周而復(fù)始的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象波動(dòng)是介質(zhì)中大量的質(zhì)點(diǎn)受到擾動(dòng)時(shí)，從擾動(dòng)中心傳播開來(lái)的周而復(fù)始的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象聯(lián)系(1)振動(dòng)是波的起因，波是振動(dòng)的傳播(2)有波動(dòng)一定有振動(dòng)，有振動(dòng)不一定有波動(dòng)例2(多選)橫波和縱波的區(qū)別是()A.橫波中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直，縱波中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相同或相反B.縱波不能在空氣中傳播C.橫波形成波峰和波谷，縱波形成疏部和密部D.橫波中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在同一條直線上，縱波中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直規(guī)律總結(jié)(1)橫波中，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向在與波的傳播方向垂直的平面內(nèi)。(2)縱波中，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在同一直線上，有時(shí)同向,有時(shí)反向。(3)機(jī)械波中的橫波只能在固體介質(zhì)中傳播，機(jī)械波中的縱波在固體、液體、氣體介質(zhì)中均能傳播。三、波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的振動(dòng)方向的互判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。反過(guò)來(lái)，若已知某質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向，也可以判斷波的傳播方向。常用方法：①上、下坡法沿波的傳播方向看，“上坡”的點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)，“下坡”的點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)稱“上坡下，下坡上”，如圖所示。②帶動(dòng)法原理：先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)鄰近的后振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)。方法：如圖所示，在質(zhì)點(diǎn)P靠近波源一方附近的圖像上另找一點(diǎn)P'，若P'在P上方，則P向上運(yùn)動(dòng)，若P'在P下方，則③微平移法原理：波向前傳播，波形也向前平移。方法：作出經(jīng)微小時(shí)間Δt后的波形，如圖中虛線所示，就知道了各質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)Δt時(shí)間到達(dá)的位置，此刻質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向也就知道了，圖中P④同側(cè)法質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在波的圖像的同一側(cè)，如圖所示，若波向右傳播，則P向下運(yùn)動(dòng)?！茧S堂演練〗例3如圖所示為一橫波在某一時(shí)刻的波形圖，已知此時(shí)質(zhì)點(diǎn)A正向上運(yùn)動(dòng)，如圖中箭頭所示，由此可判斷此橫波()A.向右傳播，且此時(shí)質(zhì)點(diǎn)B正減速運(yùn)動(dòng) B.向右傳播，且此時(shí)質(zhì)點(diǎn)C位移正增大C.向左傳播，且此時(shí)質(zhì)點(diǎn)D加速度正減小 D.向左傳播，且此時(shí)質(zhì)點(diǎn)E勢(shì)能正減小〖課堂達(dá)標(biāo)〗1.在平靜的湖面上漂著一塊小木條，現(xiàn)向湖中央扔一石子，圓形波紋一圈圈地向外傳播，當(dāng)波傳播到小木條處時(shí)，小木條將()A.隨波紋漂向湖岸 B.不動(dòng) C.向波源處漂動(dòng) D.在原來(lái)位置上下振動(dòng)2.《楓橋夜泊》中有名句：“姑蘇城外寒山寺，夜半鐘聲到客船?！逼渲校?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)3.一列橫波正沿水平方向由西向東傳播，則下列說(shuō)法中正確的是()A.波中的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)都在由西向東運(yùn)動(dòng) B.波中的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)一定沿水平方向振動(dòng)C.波中的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)一定沿豎直方向振動(dòng) D.以上說(shuō)法都錯(cuò)誤4.地震波中的橫波和縱波傳播速率分別約為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(shuō)法正確的是()A.P先開始振動(dòng)，震源距地震儀約36km B.P先開始振動(dòng)，震源距地震儀約C.H先開始振動(dòng)，震源距地震儀約36km D.H先開始振動(dòng)，震源距地震儀約5.如圖所示為波源開始振動(dòng)后經(jīng)過(guò)一個(gè)周期的波形圖，設(shè)介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)周期為T，下列說(shuō)法正確的是()A.若M質(zhì)點(diǎn)為波源，則M質(zhì)點(diǎn)開始振動(dòng)時(shí)方向向下B.若M質(zhì)點(diǎn)為波源，則P質(zhì)點(diǎn)已經(jīng)振動(dòng)了3C.若N質(zhì)點(diǎn)為波源，則P質(zhì)點(diǎn)已經(jīng)振動(dòng)了3D.若N質(zhì)點(diǎn)為波源，則該時(shí)刻P質(zhì)點(diǎn)動(dòng)能最大

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖自主學(xué)習(xí)〗思考：（1）〖提*示〗①將繩分成許多小段，每一段都可以看成質(zhì)點(diǎn)。②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)。③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)。④后面質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)滯后前面質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，同一時(shí)刻，各質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的位移是不同的，從而整體上形成凹凸相間的波形。（2）不能。水波在傳播時(shí)，介質(zhì)不隨波遷移。（3）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)。（4）不會(huì)。波源停止振動(dòng)后，機(jī)械波傳遞的能量并不會(huì)立即消失，因此機(jī)械波不會(huì)立即消失。（5）地震震源往往在地下某個(gè)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。另外，橫波振幅比縱波大，破壞力大，所以橫波的水平晃動(dòng)力是造成建筑物損壞的主要原因。（6）聲波是橫波還是縱波，不是由聲源決定的，而是由它傳播的介質(zhì)決定的，在空氣中聲音以縱波的形式傳播，在固體中縱波、橫波共存?？諝庵阅軅鞑タv波，是因?yàn)槁曉凑駝?dòng)→周圍空氣疏、密度發(fā)生變化→傳播至耳膜，耳膜振動(dòng)，然后人就聽到了聲音。〖課堂探究〗探究1：以彩帶為例，運(yùn)動(dòng)員手持細(xì)棒抖動(dòng)彩帶的一端，彩帶像波浪般翻卷，是因?yàn)椴蕩б欢苏駝?dòng)，帶動(dòng)彩帶上相鄰部分振動(dòng)，依次逐漸引起整個(gè)彩帶振動(dòng)。例1〖答案〗ACD〖解析〗介質(zhì)中所有質(zhì)點(diǎn)的起振方向均與波源相同，都是豎直向下的，由題圖可知，質(zhì)點(diǎn)9是圖中距波源最遠(yuǎn)的點(diǎn)，盡管與波源起振方向相同，但起振時(shí)刻最晚，故A正確，B錯(cuò)誤；質(zhì)點(diǎn)7與質(zhì)點(diǎn)8比較，質(zhì)點(diǎn)7在質(zhì)點(diǎn)8的前面，兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)步調(diào)相差T4，故C正確；質(zhì)點(diǎn)9比質(zhì)點(diǎn)1晚2T起振，一旦質(zhì)點(diǎn)9起振后，質(zhì)點(diǎn)1、9的振動(dòng)步調(diào)就完全一致，且質(zhì)點(diǎn)9的振動(dòng)次數(shù)比質(zhì)點(diǎn)1少兩次，故D探究2：團(tuán)體操形成的波中，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相互垂直；在輕彈簧形成的波中，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在同一直線上。例2〖答案〗AC〖解析〗物理學(xué)中把質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相互垂直的波稱為橫波，把質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在同一直線上的波稱為縱波，對(duì)于縱波，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向可能相同，也可能相反，A正確，D錯(cuò)誤；聲波是縱波，能在空氣中傳播，B錯(cuò)誤；橫波形成波峰和波谷，縱波形成疏部和密部，C正確。例3〖答案〗C〖解析〗由題意，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)A正向上運(yùn)動(dòng)，波形將向左平移，所以此橫波向左傳播，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)B、C的振動(dòng)方向向下，D、E振動(dòng)方向向上，B向平衡位置運(yùn)動(dòng)，速度增大，C向波谷運(yùn)動(dòng)，位移增大，D向平衡位置運(yùn)動(dòng)，加速度減小，E向波峰運(yùn)動(dòng)，位移增大，勢(shì)能增大，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤。〖課堂達(dá)標(biāo)〗1.〖答案〗D〖解析〗介質(zhì)中有機(jī)械波傳播時(shí)，介質(zhì)本身并不隨波一起傳播，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)只在自己的平衡位置附近振動(dòng)，向外傳播的只是振動(dòng)形式和能量，生活中的水面上的一些漂浮物會(huì)沿波向外移動(dòng)，是因?yàn)橥饨缌硗庖恍┮蛩氐母蓴_，如風(fēng)的吹動(dòng)等，故D正確。2.〖答案〗B〖解析〗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.〖答案〗D〖解析〗橫波中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和傳播方向垂直，各質(zhì)點(diǎn)只是在其平衡位置附近做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并不隨波遷移，而對(duì)于一列橫波來(lái)說(shuō)，其各個(gè)質(zhì)點(diǎn)可以在與傳播方向垂直的平面內(nèi)的任何方向振動(dòng)，A、B、C錯(cuò)誤，D正確。4.〖答案〗A〖解析〗縱波的速度快，縱波