3.2波的描述 导学案-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

我们可以形象的说：波的图像是“照相式”的，而振动图像是“录像式”的 高中物理学教评一体化学习设计 编者：秦海霞 审核: 高二物理组 日期： 3.2波的描述 【课标要求】 能用图像描述横波。理解波速、波长和频率的关系。 【学习目标】 1．能用描点法作横波的图像，理解波的图像的物理意义 2．理解波长、频率和波速的意义及其关系。 3．能判断波的传播方向和质点的振动方向。 【情景设计】 你能从地震波示意图中读出那些信息？ 无论探测水下潜艇位置的声呐，或是用于医疗诊断的B超;还是监测地震的设备，它们的工作原理都与波的特性有关。波动是物质运动的一种特殊形式，描述波动的两种方法是：_______________________________________________________________________ 【问题体验1】 1.波在介质中传播时，不同位置的质点都在振动。波是_____质点的集体运动，用振动图像分别描述每个质点的运动不仅繁琐，而且不能反映波的整体性质。波传播时，介质中不同位置质点的振动规律虽然____同，但彼此间的______并不一致，某一时刻各质点相对平衡位置的位移在传播方向上具有空间______性。是否可以用某一时刻介质中各质点在空间的分布规律描述波的特性呢?如图像？如果能？坐标轴表示的是什么物理量呢？ 2. 我们以横波为例。通过观察波在弹性绳中的传播，可以发现横波沿绳传播的过程中，绳的形状每时每刻都在变化，波峰与波谷互相间隔的波形由近及远地沿着绳传播。如果我们定格某一瞬间，你看的的就是实际的波的形状。为了方便观察,我们也可以用定格的横波演示器代替绳波,观察波形, （1）请在右面建立直角坐标系画出波的图像。 （2）横坐标表示：波的传播方向上各质点的______位置与参考点(常常取波源处)的_____，纵坐标表示：某一时刻各质点偏离平衡位置的_______。横坐标和纵坐标都是___间坐标，而且是同一时____的空间坐标。连接各位移矢量的____端所得到的曲线就是波的图像，我们规定：横波中偏离平衡位置的位移方向向上时为____值,位移方向向____时为负值。 （3）波的图像与实际波区别:波的图像是一种数学______图像，它的长短、高低完全取决于坐标轴的______的选取;而实际波的形状不会因坐标尺度的选取不同而改变。所以，波的图像并不反映实际的波的形状。如果说横波的图像与波形图很相似的话，那么纵波的图像与实际波的形状就大不一样了。有兴趣的同学可以尝试画一下 3. 机械振动中最简单、最基本的振动是______振动，它的振动图像是________曲线；如果波的图像是一条正弦或余弦，那么这样的横波称为_______波。简谐波是最_____的一种波，介质中的质点做简谐运动，各个质点振动的最大位移值（振幅）都____等，因此波在传播过程中能量是_____变的。 4. 简谐运动的图像是一条正弦(或余弦)曲线；横波中的各质点做简谐运动时其图像也是一条正弦(或余弦)曲线。如图所示的两图像中，一个是振动图像，另一个是波的图像，你能将它们区分开来吗?它们的物理意义分别是什么?请说出理由，并与同学讨论交流。 【归纳总结1】图像法 振动图像 波的图像 图线 研究对象 _____个质点 _____个质点 研究内容 某质点______随_____变化的规律 某一____各个质点相对平衡位置的_____ 横坐标 纵坐标 图像变化 随时间推移图像延续，但已经画出的形状_____变。 不同时刻的波的图像一般___同，随时间推移，图像沿传播方向____移。 周期性 曲线的一个完整变化在横坐标上的距离表示振动的一个_______，即____。 曲线的一个完整变化在横坐标上的距离表示振动在一个振动周期中传播的_____，即______。 【问题体验2】解析法 1.某时刻处于两个相邻波峰处的质点的振动情况，在传播过程中的特征是_________________ “振动情况始终相同”和“纵坐标始终相同”意思相同吗？在右图中标出其他振动情况始终相同的相邻质点。这些质点的平衡位置间的距离_____同。 2. 如图 3-10 所示为一列横波在不同时刻的波形。1~19 为介质中间隔相等的质点。当质点1振动一个______完成一次全振动时,波刚好传到质点 13，质点 13 开始振动。此后两者的振动______完全一致，它们在任意时刻相对平衡位置的位移和速度的大小和方向总是___同的。也就是说，这两个质点振动的______相同，仔细观察还会发现，质点2与质点 14、质点3与质点 15 的振动中的______也总是相同的。我们把在传播方向上，振动_____总相同的两个_____质点间的距离，叫做波长，通常用____表示。相隔半个波长的质点的振动步调（相位）相_____。 3.从波的产生我们知道振源后面的质点都随振源做_____振动，而_____振动的周期都等于_______的周期，因此介质中各质点的振动周期（频率）都相同，这个周期或频率也叫____的周期或频率。当振源振动了一个周期后,波向前传播一个周期的距离正好是一个_______，因此机械波在介质中传播的速度v=_______=_________=__________ 4. 一列波在不同介质中传播时，其频率(或周期)、波长及波速哪个会改变?哪个不会改变？观察右图思考 【归纳总结2】 1．波长：振动相位总相同的两个_____质点间的_______。 （1）在横波中，两个相邻波____(或波____)之间的距离等于波长； （2）在纵波中，两个相邻___部(或____部)之间的距离等于波长； 2．周期（T）、频率（f） （1）由于波的周期（或频率）就是波源质点振动周期（或频率），所以波的周期（或频率）应由_______决定，与传播波的介质_____关。 （2）同一种波在同一种介质中传播时周期（或频率）________。 （3）每经过一个________ 的时间波就沿传播方向传播一个波长的距离。 （4）每经历一个周期，原有的波形图____变。这正体现了波动的____ ____。 3． 波速：由v=s/t，______时间内振动所传播的距离。描述的是振动在介质中传播的______程度。 （1）波速的大小由介质的性质决定，同一列波在不同介质中传播的________不同。 （2）在同一均匀介质中，同一列波的波速____变，即匀速。声速还与______有关。 （3）波速和质点振动的速度有着完全不同的含义。前者在同种均匀介质中具有某一定值，后者的大小和方向都是随________改变的。 4．波长、周期（或频率）和波速的关系____________，这个关系虽然是从机械波得到的，但是它对于我们以后要学习的电磁波、光波也是适用的。 【达标检测】 地震是一种破坏性极大的自然灾害，它源于地壳内岩层的突然破裂。岩石发生破裂的地方叫做震源，它一般在地表下几千米到几百千米。震源正上方地表处叫做震中。设地震波纵波(P波)的波速vP=9.9 km/s、横波(S波)的波速 vs= 4.5 km/s，P波和S波传到地球表面会发生反射，产生沿地表传播的表面波(L波)。表面波(L波)的波速vL<vS。 (1) 如图 3-3-1所示，位于震中的某实验室内有摆A和摆 B，地震发生时，最先摆动的是_______摆。 (2)该实验室的地震观测仪记录到的地震图像如图 3-3-2所示，由图像推断，a对应_____地震波、b对应_____地震波、c对应_____地震波。 (3)若通过图像测得P波与S波到达地震观测仪的时间差为 7.5 s，则该地震观测仪距震源多远? 【巩固提升】 2-5.在空气中波长为1m的声波，由空气传入水中，声波在水中的频率和波长各是多少？（此时温度为0℃） 2-6.湖面上停着A、B两条小船，它们相距20m。一列水波正在湖面上沿AB连线的方向传播，每条小船每分钟上下浮动20次。当A船位于波峰时，B船在波谷，两船之间还有一个波峰。求水波的波速。 【自我评价】你对自己本节课的知识掌握、课堂表现作何评价？ ( 3 - 2 - 2 ) ( 3-2- 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$