3.1 波的形成和描述（word教参）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第一册（鲁科版）

第1节　波的形成和描述 学习目标 素养提炼 1.理解机械波的形成过程、产生条件及种类。 2．明确机械波传播的特点，掌握由传播方向确定质点振动方向的方法。 3．知道波的图像，能在简谐波的图像中读出质点振动的信息。 4．知道波传播的频率，理解周期(频率)与质点振动周期(频率)的关系。 5．知道波传播的波长，理解波长、波速和周期(频率)之间的关系，会运用公式v＝λf解答问题。 物理观念 机械波、横波、纵波、波的图像、波长、周期(频率)、波速、正弦波(简谐波) 科学思维 机械波的传播条件和特点，波长、波速和周期(频率)之间的关系，波动图像和振动图像的区别 授课提示：对应学生用书第46页 一、波的形成与传播 1．机械波：机械振动在介质中传播形成的波，简称波。 2．形成条件：波源和介质。 3．波的形成(以绳波为例) (1)研究对象：将一条绳划分成许多小的部分，每一小部分可视为一个个相连的质点，两个质点之间存在相互作用。 (2)波形成过程：当手握绳端上下振动时，绳端带动相邻质点，使它也上下振动。这个质点又带动更远一些的质点……绳子上的质点都很快振动起来，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。 4．波是传递能量的一种方式。 [思考] 在平静的湖面上，漂浮着一片树叶，如果你往树叶附近扔下一块小石子，湖面立即兴起水波，水波一圈一圈往外扩展出去，于是树叶运动起来。请问树叶会随水波往外移动吗？ 提示：不会。因为小石子激起的水波是振动的传播，水并不向外移动，水的质点只是上下振动，所以树叶不会随水波往外移动。 二、波的分类 定义 标识性物理量 实物波形 横波 质点的振动方向与波的传播方向垂直的波 (1)波峰：凸起的最高处 (2)波谷：凹下的最低处 纵波 质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波 (1)密部：质点分布最密的地方 (2)疏部：质点分布最疏的地方 [思考] 如图是地震后场景。当地震发生时，地震波在地球内部和地表传播，有时使人感到左右摇晃，有时感到上下颠簸，由此可见地震波是什么波？ 提示：震源往往在地下某个深度的地方，地震发生时，人感到上下颠簸是因为有纵波，感到左右摇晃是因为有横波。所以，地震波既含有纵波成分又含有横波成分。 三、波的描述 1．波的图像 (1)做法 ①建立坐标系：用横坐标x表示在波的传播方向上各质点的平衡位置，用纵坐标y表示该时刻各质点离开平衡位置的位移。 ②选取正方向：规定位移的方向向上为正值，向下为负值。 ③描点：以某一时刻各个质点的x、y值描出各对应点。 ④连线：把这些点用平滑曲线连接起来，就得到该时刻波的图像。 (2)意义：反映了介质中各个质点在某一时刻的位移情况。 (3)简谐波：波源做简谐运动时，在各个时刻的图像是一条正弦(或余弦)曲线，这种波称为简谐波。 2．波的特征 (1)周期：在波动中，各个质点的振动周期相同，都等于波源的振动周期，这个周期就是波的周期。 (2)频率：介质中质点振动的频率就是波的频率。 (3)周期与频率的关系：T＝。 (4)波长 ①定义：两个相邻的、相对平衡位置的位移和振动方向总是相同的质点间的距离，用λ表示。 ②特征：在横波中，两个相邻波峰(或波谷)之间的距离等于波长。在纵波中，两个相邻密部(或疏部)中央的距离等于波长。 (5)波速 ①定义：将振动传播的距离与传播时间之比称为波速，波速是指波在介质中传播的速度。 ②公式：v＝＝λf。 ③波速决定因素：机械波在介质中的传播速度由介质本身的性质决定，在不同的介质中，波速是不同的。 ④时空的对应性：经过一个周期T，振动在介质中传播的距离等于一个波长λ。 [思考] 波在一个周期内传播的距离是一个波长，那么在一个周期内质点通过的路程是否为一个波长？为什么？ 提示：不是。因为波在传播时，介质中的质点都在平衡位置附近振动，不随波的传播而迁移，一个周期内质点通过的路程为振幅的四倍，而不是一个波长。 授课提示：对应学生用书第47页 要点一　机械波的形成及特点 　如图所示，手拿绳的一端，上下振动一次，使绳上形成一个凸起状态，随后形成一个凹落状态，可以看到，这个凸起状态和凹落状态在绳上从一端向另一端移动。如果在绳子上某处系一手帕做标记，观察手帕的运动有什么特点？手帕随着凸起状态和凹落状态在绳上从一端向另一端移动吗？ 提示：手帕标记做上下振动，并没有随凸起状态和凹落状态在绳上从一端向另一端移动。 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。 (2)周期：各质点振动的周期均与波源的振动周期相同。 (3)步调：离波源越远，质点振动越滞后。 (4)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