5.4 机械波 教案 -2023-2024学年高二上学期（中职）物理高教版《技术物理 上册》

5-4 机械波 一、教学目标 1．了解机械波的形成过程。 2．掌握横波和纵波的特征，了解波与振动的区别与联系，知道波是能量传递的一种方式。 3．理解波长、波速和频率的概念。 4．能用波长、波速、频率的关系进行有关的计算。 二、教学重点难点 重点：1．机械波的形成过程。 2．波长、波速、频率的关系。 难点：机械波的形成过程。 三、教学器材 横波、纵波演示仪，图片。 四、教学建议 教法建议 观察、演示实验、讨论。 教学设计方案 （一） 引入新课 ( 图1 )俗话说“一石激起千层浪”，当你向平静的水面投一小石子，会看到水面上一圈圈起伏不平的波纹由石落处逐渐向四周传播出去，这一圈圈起伏不平的波纹就是水波（图1）。水波是一种机械波。 （二） 引出课程内容 1．机械波 机械振动在弹性介质中的传播，称为做机械波，简称波。 （1）产生机械波的条件 波源：产生机械波的振动质点。 弹性介质：传递机械波的弹性介质。 产生机械波的条件；同时存在波源和弹性介质。 （2）横波 ① 横波的定义：介质质点的振动方向与波的传播方向垂直的波称为横波。 如图2所示，用手握住绳子的一端上下抖动，就会看到凸凹相间的波向绳的另一端传播出去，形成绳波，绳波是一种横波。 ( O ) ( 绳波 ) ( 图2 ) ② 横波的形成过程： ( 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 t= 0 ) ( 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 t=T/ 4 ) ( t=T/ 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 ) ( 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 t= 3 T/ 4 ) ( 3 4 13 14 15 16 17 18 1 2 5 6 7 8 9 10 11 12 t=T ) ( 13 1 2 3 4 7 8 9 10 16 17 18 t= 5 T/ 4 7 5 6 11 12 14 15 ) ( 图3 ) 设想把绳子分成许多小部分，把每个小部分看作一个质点。这样，可以把绳子看作是由一个个相互联系的质点组成的，并假设在没有发生振动之前相邻质点间的距离都相等，如图3所示。设想质点1在外力作用下，在跟绳垂直的方向上做受迫振动。当质点1离开平衡位置向上运动以后，绳就发生了形变，这样就产生了使质点2向上运动的弹力。同样，在质点2向上运动以后，又将产生使质点3随着运动的弹力等等。这样，每个质点的运动都牵动后面的质点，而后面的质点总比它前面的质点滞后一点振动。从整体上看才形成凸凹相间的波向前传播。 ③ 波峰和波谷 横波中，凸起的最高点称为波峰，凹下的最低点称为波谷。横波在传播时，波峰和波谷交替向前传播。 （3）纵波 ① 纵波的定义：介质质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上的波称为纵波。 如图4所示，把一根长的螺旋弹簧的一端固定，另一端连接一个金属球，球固定在钢片上，当金属球沿弹簧方向左右振动时，在弹簧上就有疏密相间的弹簧波向右传去，弹簧波就是一种纵波。 ( 图4 ) ② 纵波的形成过程：在弹簧波中，由于金属球沿着弹簧的方向振动，与金属球相连的那部分弹簧依次带动后面的每一小段弹簧，且后一小段弹簧总比前一小段滞后一点振动。由于弹簧是在左右振动，因而从总体上看形成的是疏密相间的波（见图5）。 ( 图5 ) ( O y A － A )2．描述机械波的特征量 ⑴ 周期和频率：波动的周期等于波源的周期；波动的频率等于波源的频率。 ( 图6 )周期和频率的关系为 ⑵ 波长：在一个周期的时间内，振动在介质内的传播距离，称为波长。常用字母λ来表示，波长的单位：m。 横波上两个相邻波峰之间的距离，或两个相邻波谷之间的距离，都等于波长。纵波上两个相邻的密部(或疏部)中心之间的距离，都等于波长。 ⑶ 波速：在波动过程中，振动在介质中传播的速度称为做波速，它的大小是由介质本身的性质决定的。 3．波速、波长、频率的关系 在均匀介质中，振动是匀速传播的，也就是说，波速是常量。这时，波长等于波速跟周期的乘积，即 或 即波的速度等于波长和频率的乘积。这个关系虽然是由机械波中得到的，但它对电磁波也是适用的。 例题 一列声波，频率为400 Hz，求它在空气中和水中的波长。 解 已知 f=400 Hz v1=331 m/s v2=1 440 m/s 则该声波在空气中的波长为 在水中的波长为 4．波是能量传递的一种方式 在波动过程中，传播出去的只是运动的形式——振动，质点本身并不随着波一起向前传播，它们仍以各自的平衡位置为中心