第3章 第1节 波的形成和描述-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修第一册同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版2019）

第1节　波的形成和描述 【核心素养目标】 物理观念 机械波、横波、纵波、波峰、波谷、密部、疏部等。简谐波、波的传播方向、波长、频率、波速。 科学思维 明确机械波的形成条件。比较法理解振动图像与波动图像的不同。 科学探究 探究绳波和弹簧形成的波。探究绳波中质点振动方向与波动传播方向的关系。 科学态度与责任 能应用波的形成与传播特点解释日常生活中的相关现象。 一、波的形成与传播 1．机械波的概念 (1)定义 机械振动在介质中传播形成的波称为机械波，简称波。 (2)形成条件 波源和介质是形成机械波的条件。 (3)波源和介质 ①波源：产生机械振动的地点或物体。 ②介质：绳、水、空气、地壳等传播波的物质。 2．机械波的形成与传播 (1)机械波的形成 机械波的形成过程如图所示。 (2)机械波的传播 ①机械波传播的是波源的振动形式。 ②机械波传播的是波源提供的能量。 ③机械波传播的是波源的信息。 ④机械波是一种“集体运动”，波的形成离不开介质中大量质点的集体振动，个别质点的振动不能形成波。 二、波的分类 　从质点的振动方向和波的传播方向之间的关系来看，机械波有两种基本类型，即横波与纵波。 横波 纵波 实物波形 概念 质点振动方向和波的传播方向相互垂直的波 质点的振动方向和波的传播方向在同一直线上的波 介质 只能在固体介质中传播 在固体、液体和气体介质中均能传播，声波是纵波 标志性物理量 波峰：凸起的最高处 波谷：凹下的最低处 密部：质点分布最密的位置 疏部：质点分布最疏的位置 特征 在波动中交替、间隔出现波峰和波谷 在波动中交替、间隔出现密部和疏部 三、波的描述 1．波的图像 (1)图像的建立 (2)图像的物理意义 波的图像描述的是某一时刻沿波的传播方向的各个质点离开平衡位置的位移。 (3)简谐波 波源做简谐运动，在各个时刻波的图像是一个正弦(或余弦)曲线，这种波称为简谐波。 2．波的特征 (1)周期和频率 ①定义 在振动中，各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，用T表示。介质中质点振动的频率就是波的频率，用f表示。 ②决定因素 波的周期(或频率)由波源决定，与介质无关。 ③周期和频率的关系 周期(T)和频率(f)互为倒数，即T＝。 (2)波长 ①两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，称为波长，通常用λ表示。 ②波长的特征 a．两个相邻的、在振动过程中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等于波长。 b．在横波中，两个相邻的波峰(或波谷)间的距离等于波长。 c．在纵波中，两个相邻的密部(或疏部)间的距离等于波长。 d．在一个周期内，振动在介质中传播的距离等于波长。 ③决定因素：波源和介质。 (3)波速 ①定义 物理学中，将振动传播的距离与传播时间之比称为波速。 ②物理意义 描述振动(或波形)在介质中传播的快慢。 ③波长、频率与波速之间的关系 v＝，v＝λf。 ④决定因素 机械波在介质中的传播速度是由介质本身的性质决定的。 1．判断正误 (1)在绳波的形成和传播中，所有质点同时运动，同时停止运动。(　　) (2)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。(　　) (3)对于横波和纵波中质点的振动方向和波的传播方向有时相同，有时相反。(　　) (4)对于纵波中质点的振动方向与波的传播方向一定相同。(　　) (5)形成纵波的质点，随波一起迁移。(　　) (6)在一个振动周期内，波在介质里向前传播一个波长。(　　) (7)在波的传播方向上振动速度始终相同的相邻两个质点间的距离等于波长。(　　) (8)振动在介质中传播一个波长的时间是一个周期。(　　) (9)频率越大的机械波在介质中传播得越快。(　　) 答案：　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√　(7)√　(8)√　(9)× 2．链接实景 两个小朋友在水池边上做扔篮球游戏，不小心把篮球扔到了水池中央，如图所示，为了取回篮球，其中一个小朋友想到一个办法：向水中投石子激起水波，通过水波把篮球带回水池边。请思考小朋友的想法可行吗？为什么？ 提示：　不可行。水波传播时，篮球只是随着水波上下振动，不会发生水平方向的运动。 知识点一　机械波的传播与特点 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，后边的一位同学的动作总比前边的一位同学的稍迟一些。这样就会看到如图所示的凹凸相间的波沿着队伍传播开来，每个学生的位置并没有移动。 请思考： (1)形成“人浪”要具备哪些条件？ (2)同学之间为什么要手挽手？ (3)后一同学与前一同学相比，他们的运动有何异同？ (4)“人浪”沿水平方向传播，人随“人浪”迁