15 第三章 1.波的形成-【名师导航】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册同步课件(人教版2019)

第三章　机械波 1．波的形成 整体感知·自我新知初探 [学习任务]　1．通过观察和分析，认识波是振动的传播，知道波在传播振动形式的同时也传播能量和信息。 2．能对波动现象进行分析和推理，认识波的形成过程。 3．能区别横波和纵波，知道什么是波峰和波谷、密部和疏部。 4．知道机械波的概念和形成机械波的条件。 1．波的形成 [问题初探]　问题1．机械波的产生需要什么条件？ 问题2．横波和纵波的区别是什么？ 问题3．声波是横波还是纵波？ [自我感知]　经过你认真的预习，结合你对本节课的理解和认识，请画出本节课的知识逻辑体系。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成 探究重构·关键能力达成 1．波：____的传播称为波动，简称波。 2．波的形成(以绳波为例) (1)一条绳子可以分成一个个小段，这些小段可以看作一个个____质点，这些质点之间存在着______的作用。 知识点一　波的形成 振动 相连 弹性力 1．波的形成 (2)当手握绳端上下振动时，绳端____相邻的质点，使它也上下振动。这个质点又____更远一些的质点……绳上的质点都________起来，只是后面的质点总比前面的质点迟一些开始振动。 带动 提醒：当手握住绳子一端上下抖动时，绳子上有波形沿绳传播。绳子上的点上下振动，但不会沿绳向另一端运动。 带动 跟着振动 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成 (选自沪科版教材)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上一个小铃铛，观察其运动。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成 问题1　小铃铛有没有随波迁移？ 提示：没有，小铃铛只在竖直方向上下振动。 问题2　当手停止抖动后，绳上的波会立即停止吗？ 提示：不会，当手停止抖动后，波仍向右传播。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成 1．波的产生 (1)动力学观点：介质质点间存在相互作用力，介质中前面的质点带动后面的质点振动，后面的质点做受迫振动，这样将波源的振动形式向外传播。 (2)能量观点：介质中前后质点间存在相互作用的弹性力，因而相互做功，从而将波源能量向外传播。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成 2．波的传播特点 (1)振动由振源逐步向远处传播。 (2)后一质点被带动将重复前一质点的振动，但时间落后。 (3)各质点的起振方向均相同。 (4)各质点只在平衡位置附近做机械振动，而不随波迁移。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成 3．振动和波动的区别与联系   振动 波动 区别 研究 对象 单个质点在平衡位置附近的往复运动，研究的是单个质点的“个体行为” 振动在介质中的传播，研究的是大量质点振动的“群体行为” 力的 来源 可以由作用在物体上的各种性质的力提供 联系介质中各质点的弹力 运动 性质 质点做变加速运动 在同一种均匀介质中是匀速向前传播的 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成   振动 波动 联系 (1)振动是波动的原因，波动是振动的结果；有波动必然有振动，但有振动不一定有波动 (2)波动的性质、频率和振幅都与振源相同 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成 【典例1】　(介质中各质点的运动特点)在一条软绳上选18个等间距的质点，质点1在外力作用下首先向上振动，其余质点在相互作用力的带动下依次振动，从而形成简谐波，由波的形成及图可知，下列说法正确的是(　　) 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成 A．质点1带动质点2是利用绳上质点间的弹力实现的，因此每个质点均做受迫振动 B．每个质点开始运动后，均在水平方向做匀速运动，在竖直方向做简谐运动 C．绳上的每一个质点开始振动时，方向都向上，振动周期不相同 D．绳上波的传播过程也是能量的传递过程，每个质点均做等幅振动，故每个质点的机械能守恒 √ 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成 A　[绳上的质点都在做受迫振动，所以各质点的振动周期与波源的振动周期都相同，各质点的起振方向也和波源的起振方向都相同，方向都向上，故A正确，C错误；每个质点开始振动后，只在竖直方向做简谐运动，水平方向上不随波迁移，波的传播过程也是能量的传递过程，每个质点均做等振幅的受迫振动，合外力不为零，故每个质点的机械能并不守恒，故B、D错误。] 规律方法　波动过程中介质中各质点的运动特点 (1)先振动的质点带动后振动的质点。 (2)后振动的质点重复前面质点的振动。 (3)后振动的质点的振动状态落后于先振动的质点的振动状态。 概括起来就是“依次重复”。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成 【典例2】　(介质中质点的运动状态)如图所示是某绳波形成过程的示意图，质点1在外力作用下沿垂直直线方向做简谐运动，带动其余质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端。已知t＝0时，质点1开始向上运动， t＝时，1到达最上方， 5开始向上运动。问： (1)t＝时，质点8、12、16的运动状态(是否运动、运动方向)如何？ (2)t＝时，质点8、12、16的运动状态如何？ 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成 (1)由题图甲可知，t＝时，质点8未到达波峰，正在向上振动，质点12、16未振动。 (2)由题图乙可知，t＝时，质点8正在向下振动，质点12向上振动，质点16未振动。 [解析]　各质点在各时刻的振动情况，如图所示。 [答案]　见解析 1．横波与纵波的比较 知识点二　横波和纵波   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相互____的波 ①波峰：凸起的______ ②波谷：凹下的______ 垂直 最高处 最低处 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成   定　义 标识性物理量 实物波形 纵 波 质点的振动方向与波的传播方向____________的波 ①密部：质点分布____的部分 ②疏部：质点分布____的部分 在同一直线上 最密 最疏 2．声波 发声体振动时在空气中产生的声波是____，声波不仅能在空气中传播，也能在固体、液体中传播。 纵波 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成 如图甲所示，用手分别沿着竖直方向、水平方向抖动一端拴在树上的绳子，形成两列凹凸相间的波形。如图乙所示，弹簧的右端固定，手握轻弹簧的左端左右有规律的振动，弹簧便形成疏密相间的波形。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成 问题1　图甲中绳子的振动方向与其形成的波传播方向有什么关系？该种波叫什么波？ 提示：垂直；横波。 问题2　图乙中弹簧振动方向与其形成的波传播方向有什么关系？该种波叫什么波？ 提示：在同一直线上；纵波。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成 1．在纵波中各质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上，而不是方向相同。纵波在固体、液体和气体介质中均能传播。 2．绳波是横波，声波是纵波，但水波既不是横波也不是纵波，它属于比较复杂的机械波。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成 【典例3】　(选自沪科版教材·横波和纵波的应用)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作震源，它一般在地表下几千米到几百千米。震源正上方地表处叫作震中。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，表面波(L波)的波速vL<vS。 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)。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成 (1)如图1所示，位于震中的某实验室内有摆A和摆B，地震发生时，最先摆动的是哪一个摆？ (2)该实验室的地震观测仪记录到的地震图像如图2所示，由图像推断，a、b、c三种波形各对应于哪种地震波？ (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？(结果保留一位小数) 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成 [解析]　(1)由于vP >vS>vL，可知纵波先传到震源正上方地面，物体受纵波影响，先在竖直方向振动，即最先振动的是摆B。 (2)纵波和横波都是直接从振源传播到观察点，纵波波速较大，因此先到，横波其次，而表面波是纵波和横波到达地球表面相遇后形成的混合波，它只沿地球表面传播，因此最后到达，所以a为纵波(P波)，b为横波(S波)，c为表面波(L波)。 (3)假设地震观测仪与震源的距离为s，由＝Δt得s＝＝ km≈61.9 km。 [答案]　见解析 【典例4】　(对横波和纵波的理解)(多选)关于横波和纵波，下列说法正确的是(　　) A．质点的振动方向和波的传播方向相互垂直的波叫横波 B．质点的振动方向跟波的传播方向在同一直线上的波叫纵波 C．横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部 D．水波是横波，声波是纵波 ABC　[质点的振动方向和波的传播方向相互垂直的波叫横波，选项A正确；质点的振动方向跟波的传播方向在同一直线上的波叫纵波，选项B正确；横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部，选项C正确；水波有横波也有纵波，声波是纵波，选项D错误。] √ √ √ 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成 1．介质：__借以传播的物质。 2．机械波的产生条件：(1)要有____。(2)要有传播振动的____。 3．特点 (1)介质中有机械波传播时，介质本身并不随波一起传播，因此说它传播的只是____这种运动形式。 (2)介质中本来静止的质点，随着波的传来而发生振动，可见波是传递____的一种方式。 (3)我们能用语言进行交流，说明波可以________。 知识点三　机械波 波 波源 介质 振动 能量 传递信息 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成 运动会上的团体操表演常常用这种方法来表现波浪，如图所示： 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成 问题1　形成“人浪”要具备哪些条件？ 提示：要有一个人先振动起来。 问题2　同学为什么要手肩互搭？ 提示：有前一同学带动后一同学振动的作用。 问题3　后一同学与前一同学相比，他们运动有何异同？ 提示：都同样振动，但节奏稍迟。 问题4　“人浪”沿水平方向传播，人随“人浪”迁移了吗？ 提示：没有，人只是上下振动。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成 1．机械波在介质中传播时，介质中的各点不随波向前迁移，只在各自的平衡位置附近做往复运动。 2．波的传播可以脱离波源的振动而独立存在，也就是说，机械波一旦形成，运动形式和能量就会向外传播，即使波源的振动停止，波也不会停止传播。 3．在同一种均匀介质中，机械波的传播是匀速的。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成 4．波的传播方向与质点振动方向的互判 (1)“带动”法：前面的质点依次带动后面质点的振动。 (2)“上下坡”法：沿波的传播方向，“上坡”时质点向下振动，“下坡”时质点向上振动，如图所示。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成 (3)“同侧”法：波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧，如图所示。 (4)“微平移”法：将波形沿传播方向进行微小的平移，再由对应同一横坐标的两波形曲线上的点来判断振动方向，如图所示。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成 【典例5】　(带动法)(多选)如图所示为一列机械波在某一时刻的形状，此时刻质点F的振动方向如图所示。则(　　) A．该波向左传播 B．质点C比质点B先回到平衡位置 C．质点E此时刻向下振动 D．质点C此时刻的加速度为零 √ √ √ 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成 ABC　[由波形图和质点F的振动方向，根据“带动看齐法”可知波源在右侧，故该波向左传播，选项A正确；由于该波向左传播，根据“带动看齐法”可知质点E此刻向下振动，质点B向上振动，此时质点C在最大位移处也将向下运动，故质点C比质点B先回到平衡位置，选项B、C正确；因此刻质点C在最大位移处，故其加速度最大，选项D错误。] 【教用·备选例题】　(质点振动方向与波的传播方向的关系)一列横波沿x轴负方向传播，某时刻的波形如图所示，则(　　) A．质点F此时沿x轴负方向运动 B．质点C此时沿y轴正方向运动 C．质点C将比质点B先回到平衡位置 D．质点E的振幅为0 √ 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成 C　[因为机械波在传播过程中，靠近波源的质点的振动带动相邻的后面质点的振动，而后面质点要“模仿”前面质点的振动，所以质点F沿y轴负方向运动，A错误；质点C此时刚到达最大位移处，速度为0，此后沿y轴负方向运动，B错误；质点B要先沿y轴正方向运动到达波峰位置再回到平衡位置，而质点C直接从波峰位置回到平衡位置，故质点C将比质点B先回到平衡位置，C正确；振幅指的是质点离开平衡位置的最大距离，虽然此时质点E的位移为0，但其振幅不为0，D错误。] 应用迁移·随堂评估自测 1．(多选)关于机械波的形成和传播，下列说法正确的是(　　) A．机械波只能在介质中传播，波源周围如果没有介质，就不能形成机械波 B．离波源较近的质点总比离波源较远的质点振动得迟一些 C．离波源较近的质点总比离波源较远的质点振动得早一些 D．一旦波源振动起来，介质中的各个质点也就立刻振动起来 √ 2 4 3 题号 1 √ 1．波的形成 AC　[机械波形成的条件是有波源和介质，两者缺一不可；机械波的形成可表述为离波源近的质点带动离波源远的质点振动，故离波源近的质点振动得早一些，所以选项A、C正确。] 2 4 3 题号 1 2．区分横波和纵波的依据是(　　) A．质点沿水平方向还是沿竖直方向振动 B．波沿水平方向还是沿竖直方向传播 C．质点的振动方向和波的传播方向是相互垂直还是在一条直线上 D．波传播距离的远近 2 3 题号 1 4 √ C　[横波与纵波分类的依据是质点的振动方向和波的传播方向的关系，若二者互相垂直，为横波，若二者在一条直线上，为纵波，故选C。] 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成 3．A为振源，形成的波沿着一条右端固定的绳子传播到B点的波形示意图如图所示，由图可判断出(　　) 2 3 题号 4 1 √ A．A开始振动的方向向下 B．A开始振动的方向向右 C．若A停止振动，绳上的B、C两点也立即停止振动 D．若A停止振动，绳上的C点比B点先停止振动(只考虑波从A传到绳子右端的过程) 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成 D　[波向右传播，根据“带动看齐法”可知，此时B点的振动方向向上，由于B点起振方向与A的起振方向相同，可知A开始振动的方向向上，故A、B错误；若A停止振动，波继续向右传播，绳上的B、C两点继续振动，故C错误；波先传到C点，后传到B点，各质点从起振到停止振动所用时间相同，故若A停止振动，绳上的C点比B点先停止振动，故D正确。] 2 3 题号 4 1 4．(多选)一列横波某时刻的波形如图所示，则关于质点A在此时刻的受力情况，下列说法正确的是(　　) 2 4 3 题号 1 A．如果波向右传播，则质点A受到向上的作用力 B．如果波向右传播，则质点A受到向下的作用力 C．如果波向左传播，则质点A受到向上的作用力 D．如果波向左传播，则质点A受到向下的作用力 BD　[波在介质中传播的过程中任何质点都参与波的传播，都会振动。振动需要回复力，质点A所受的回复力总是指向平衡位置，所以题图中A受到的力向下，与波的传播方向无关，故选项B、D正确。] √ √ 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成 回归本节知识，完成以下问题： 1．机械波的形成条件是什么？ 提示：振源和介质。 2．机械波根据振动方向和传播方向的关系可分哪几类？ 提示：两类，即横波和纵波。 3．在波的传播过程中，波传播的是什么？ 提示：振动形式和能量。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．波的形成 $$