第一节 机械波的产生与传播（导学案）物理粤教版2019选择性必修第一册

第一节 机械波的产生与传播 1.物理观念：通过观察和分析，认识到波是振动形式的传播，知道波在传播振动形式的同时也在传播能量和信息，使学生能够从能量观念的角度去认识波，促进学生物理观念的形成。 2.科学思维：能够对波动现象进行分析和推理，认识波的形成过程，促进学生科学思维能力的发展。 3.科学探究：了解横波和纵波，知道什么是波峰和波谷、密部和疏部，知道什么是机械波和机械波形成的条件。提高学生分析推理及解决问题的能力。 4.科学态度与责任：形成相信科学、尊重科学的思想，能用所学的科学知识解释现实生活中的困惑和疑问。培养学习自然科学的兴趣，并发扬不断进取、坚持不懈和创新的科学精神。 1.通过绳波的产生和传播，认识波的形成过程(重点)。 2.知道横波和纵波的概念，能够区别横波和纵波(重点)。 3.知道机械波的产生条件和传播特点，会用带动法判断质点的运动方向(重难点)。 【知识回顾】 第二章 机械振动 第五节　受迫振动 共振 一、等幅振动阻尼振动 1.振幅不变的运动叫作等幅振动。 2.振幅随时间逐渐减小的振动，称为阻尼振动。 二、受迫振动 1.驱动力：如果存在阻尼作用，振动系统最终会停止振动。为了使系统持续振动下去，对振动系统施加周期性的外力 ，外力对系统做功，补偿系统的能量损耗，这种周期性的外力叫作驱动力。 2.受迫振动：系统在驱动力作用下的振动叫作受迫振动。 三、共振的应用和防止 1.共振：当驱动力的频率等于固有频率时，物体做受迫振动的振幅达到最大值，这种现象称为共振。 2.共振的条件：f驱=f固，即驱动力的频率与物体的固有频率相等。 3.共振曲线(如图所示) 【自主预习】 第三章 机械波 第一节　机械波的产生与传播 1.波的分类 （1）横波：质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波； （2）纵波：质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波； 2.机械波形成的条件 （1）振源；（2）介质 3.机械波传播的特点：带动、重复、滞后（前带后，后跟前，运动状态往后传）。 （1）各质点只在自己的平衡位置做简谐运动，并不随波迁移。 （2）波向外传播的是振动的形式的同时，还向外传递信息和能量。 思考与讨论1 一、机械波的产生 1.（演示实验）如图所示，手握住绳的一端，上下振动一次，使绳上形成一个凸起部分，随后形成一个凹下部分，可以看到，这个凸起部分和凹下部分在绳上从一端向另一端移动。如果在绳子上做个红色标记，观察这一红色标记的运动。 (1)红色标记有没有随波迁移？ (2)当手停止抖动后，绳上的波会立即停止吗？ 答案　(1)没有，红色标记只在竖直方向上下振动。 (2)不会，当手停止抖动后，波仍向右传播。 2.形成机械波需要什么条件呢？ 答案　（1）波源：产生机械波的振动源； （2）介质：用来传播振动的媒介，例如：固体、液体和气体 3.机械波的传播有何特点？ 答案　（1）传播的是波源的振动形式； （2）传播的是一种能量； （3）机械波传播的是波源的信息 【典例1】下列关于机械振动和机械波的说法中正确的是（　　） A．有机械振动就一定有机械波 B．机械波在传播过程中，介质中的质点随波迁移 C．机械波传播的是“机械振动”这种振动形式，同时也将波源的能量传递出去 D．机械振动的物体在振动过程经过平衡位置时合力为零 【答案】C 【详解】A．有机械振动还需要介质才能形成机械波，A错误；B．介质中的质点在平衡位置振动，不会随波迁移，B错误；C．机械能传播的是振动形式、能量和信号，C正确；D．在平衡位置回复力为零，合力不一定为零，例如单摆，D错误。故选C。 【典例2】一条绳子可以分成一个个小段，每小段都可以看作一个质点，这些质点之间存在着相互作用。如图所示，1、2、3、4……为绳上的一系列等间距的质点，绳处于水平方向。质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，会带动2、3、4……各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传回右端。质点1的振动周期为T。t=0时质点1开始竖直向上运动，经过四分之一周期，质点5开始运动。下列判断正确的是（　　） A．质点1与质点20间相距一个波长 B．质点20开始振动时运动方向向下 C．t=时质点5的加速度方向向上 D．t=时质点12的速度方向向上 【答案】D 【详解】A．质点1与质点5之间相距四分之一波长，可知质点1与质点17间相距一个波长，选项A错误；B．因质点1开始起振的方向向上，可知质点20开始振动时运动方向向上，选项B错误；C．t=时振动刚传到质点9，此时质点5在波峰位置，此时质点5的加速度方向向下，选项C错误； D．t=时振动传到质点13位置，此时质点12正由平衡位置向波峰位置振动的过程中，则其速度方向向上，选项D正确。故选D。 思考与讨论2 二、机械波的分类 如图所示： (1)图甲是绳波，其中质点的振动方向与波的传播方向有什么关系？ (2)图乙是声波，其中质点的振动方向与波的传播方向有什么关系？ 答案　(1)相互垂直　(2)在同一条直线上。 【典例3】关于机械波，下列说法正确的是（　　） A．机械波可分为横波和纵波，横波的传播方向与质点的振动方向垂直，纵波的传播方向与质点的振动方向相同 B．机械波的频率与波源的振动频率相同，波源的频率越大，它产生的机械波传播得越快 C．无论是横波还是纵波，质点在一个周期内走过的路程等于一个波长 D．机械波只能在介质中传播，而且从一种介质传播到另一种介质中时，它的频率一定不变 【答案】D 【详解】A．机械波可分为横波和纵波，横波的传播方向与质点的振动方向垂直，纵波的传播方向与质点的振动方向平行，可能相反，故A错误；B．根据机械波产生的原理可知，机械波中各质点震动的频率与波源的震动频率相同，由于震动速度与波的传播速度是不相同的，机械波的速度由介质的性质决定，不同的介质机械波传播速度不同，所以波源的频率越大，它产生的机械波传播的不一定快，故B错误；C．质点在一个周期内走过的路程等于4个振幅的长度，并非一个波长，故C错误；D．机械波只能在介质中传播，机械波的频率由波源决定，与介质无关，则知机械波从一种介质传播到另一种介质中时，它的频率一定不变，故D正确。故选D。 【典例4】(多选)下列关于横波与纵波的说法正确的是（　　） A．声波一定是纵波 B．水波一定是横波 C．地震波既有横波成分，也有纵波成分 D．机械波中的横波只能在固体中传播，纵波既可以在固体中传播，也可以在液体、气体中传播 【答案】CD 【详解】AD．横波只能在固体中传播，纵波既可以在固体传播，也可以在液体气体中传播，所以声波在气体中传播时是纵波，在固体、液体介质中传播时可能是横波，也可能是纵波，故A错误，D正确；B．水波既不是横波，也不是纵波，故B错误；C．地震波既有横波成分，也有纵波成分，发生地震时地面既有上下振动，又有左右运动，故C正确；故选CD。 课堂小结： 这一节是在简谐运动的基础上，深入研究质点是如何传递振动的形式和能量，并定性认识波的一些基本特性。本节课的教学中，没有由振动直接引人波动，而是让学生经历观察彩带表演、探究实验、讨论思考、分析论证的思维过程，并借助视频、实验、动画等形式丰富了学生对波的感性认识，再通过教师的引导，让学生顺利地理解了机械波形成的条件。教学过程体现了形象与抽象、事实与概念的有机统一。 1.如图是某绳波形成过程的示意图，1、2、3、4…为绳上的一系列等间距的质点，相邻两质点间距为0.4m，质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，带动2、3、4…各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端，时刻质点1开始竖直向上运动，经过0.5s质点1第一次到达最高点，质点6开始运动，此时质点1发生的位移为10cm。下列判断正确的是（　　） A．这列波的波长为8m B．t=1s时质点6的加速度方向向上 C．从计时开始到t=1.5s时质点6运动的路程为20cm D．t=2s时质点21正处于平衡位置且运动方向向上 【答案】ACD 【详解】A．时刻质点1开始竖直向上运动，经过0.5s质点1第一次到达最高点，质点6开始运动，说明质点振动的周期，绳波的波长为，A正确；B．介质中的各点起振方向与波源相同，经过0.5s质点1第一次到达最高点，质点6开始运动，再经过0.5s质点6到达最高点，此时质点6的加速度方向向下，B错误；C．由题可知，绳波的振幅，故从计时开始到t=1.5s时质点6（实际运动了1.0s）运动的路程为，C正确；D．由题可知，绳波的周期，故时，绳波向右传播一个周期到达质点21位置，介质中的各点起振方向与波源相同，故此时质点21正处于平衡位置且运动方向向上，D正确。故选ACD。 2.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，由波的形成及图示可知，下列说法中正确的是（　　） A．每个质点均在其平衡位置附近自由振动 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，振动周期都相同 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 【答案】C 【详解】A．质点1带动质点2是利用绳子上质点间的弹力实现的，因此每个质点均做受迫振动，A错误；B．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，B错误；C．绳子上每一个质点的起振方向都相同，振动周期等于波源振动周期，C正确；D．波的传播过程也是能量的传递过程，所受合力不为零，虽然每个质点均做等幅振动，但是每个质点的机械能并不守恒，D错误； 故选C。 3.如图所示，用手握住较长轻质细绳的一端连续上下抖动，形成一列简谐横波。某一时刻的波形图如图所示，绳上a、b两质点均处于波峰位置。下列说法正确的是（　　） A．a、b两质点之间的距离为一个波长 B．波从a质点传播到b质点需要半个周期 C．a质点会向右运动到b质点 D．a、b两质点此时速度最大 【答案】A 【详解】A．由波形图可知，a、b两质点之间的距离为一个波长，选项A正确；B．波从a质点传播到b质点需要一个周期，选项B错误；C．质点只在自己平衡位置附近振动，而不随波迁移，选项C错误；D．a、b两质点此时均在波峰位置，速度为零，选项D错误。故选A。 4.已知一列机械波在一水平绳上匀速传播，则以下说法中正确的是（　　） A．绳子上任意一点做受迫振动的周期相同 B．绳子上任意一点在四分之一周期内通过的路程为一个振幅 C．绳子上相距为一个波长的两点振动情况是异步的 D．绳子上质点随波发生迁移 【答案】A 【详解】A．机械波在绳子上传播时，各个质点做受迫振动周期相同，故A正确；B．绳上的质点处于平衡位置或波峰波谷时在四分之一周期内的路程为一个振幅，故B错误；C．绳子上相距为一个波长的两点振动情况是同步的，故C错误；D．绳子上质点并不随波发生迁移，故D错误。故选A。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第一节 机械波的产生与传播 1.物理观念：通过观察和分析，认识到波是振动形式的传播，知道波在传播振动形式的同时也在传播能量和信息，使学生能够从能量观念的角度去认识波，促进学生物理观念的形成。 2.科学思维：能够对波动现象进行分析和推理，认识波的形成过程，促进学生科学思维能力的发展。 3.科学探究：了解横波和纵波，知道什么是波峰和波谷、密部和疏部，知道什么是机械波和机械波形成的条件。提高学生分析推理及解决问题的能力。 4.科学态度与责任：形成相信科学、尊重科学的思想，能用所学的科学知识解释现实生活中的困惑和疑问。培养学习自然科学的兴趣，并发扬不断进取、坚持不懈和创新的科学精神。 1.通过绳波的产生和传播，认识波的形成过程(重点)。 2.知道横波和纵波的概念，能够区别横波和纵波(重点)。 3.知道机械波的产生条件和传播特点，会用带动法判断质点的运动方向(重难点)。 【知识回顾】 第二章 机械振动 第五节　受迫振动 共振 一、等幅振动阻尼振动 1.振幅 的运动叫作等幅振动。 2.振幅随时间逐渐 的振动，称为阻尼振动。 二、受迫振动 1.驱动力：如果存在阻尼作用，振动系统最终会停止振动。为了使系统持续振动下去，对振动系统施加周期性的外力 ，外力对系统做功，补偿系统的能量损耗，这种 的外力叫作驱动力。 2.受迫振动：系统在 作用下的振动叫作受迫振动。 三、共振的应用和防止 1.共振：当驱动力的频率 固有频率时，物体做受迫振动的振幅达到 ，这种现象称为共振。 2.共振的条件： ，即驱动力的频率与物体的固有频率 。 3.共振曲线(如图所示) 【自主预习】 第三章 机械波 第一节　机械波的产生与传播 1.波的分类 （1）横波：质点的振动方向与波的传播方向相互 的波； （2）纵波：质点的振动方向与波的传播方向在 上的波； 2.机械波形成的条件 （1） ；（2） 3.机械波传播的特点：带动、重复、滞后（前带后，后跟前，运动状态往后传）。 （1）各质点只在自己的平衡位置做简谐运动，并不随波 。 （2）波向外传播的是振动的形式的同时，还向外传递 和 。 思考与讨论1 一、机械波的产生 1.（演示实验）如图所示，手握住绳的一端，上下振动一次，使绳上形成一个凸起部分，随后形成一个凹下部分，可以看到，这个凸起部分和凹下部分在绳上从一端向另一端移动。如果在绳子上做个红色标记，观察这一红色标记的运动。 (1)红色标记有没有随波迁移？ (2)当手停止抖动后，绳上的波会立即停止吗？ 2.形成机械波需要什么条件呢？ 3.机械波的传播有何特点？ 【典例1】下列关于机械振动和机械波的说法中正确的是（　　） A．有机械振动就一定有机械波 B．机械波在传播过程中，介质中的质点随波迁移 C．机械波传播的是“机械振动”这种振动形式，同时也将波源的能量传递出去 D．机械振动的物体在振动过程经过平衡位置时合力为零 【典例2】一条绳子可以分成一个个小段，每小段都可以看作一个质点，这些质点之间存在着相互作用。如图所示，1、2、3、4……为绳上的一系列等间距的质点，绳处于水平方向。质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，会带动2、3、4……各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传回右端。质点1的振动周期为T。t=0时质点1开始竖直向上运动，经过四分之一周期，质点5开始运动。下列判断正确的是（　　） A．质点1与质点20间相距一个波长 B．质点20开始振动时运动方向向下 C．t=时质点5的加速度方向向上 D．t=时质点12的速度方向向上 思考与讨论2 二、机械波的分类 如图所示： (1)图甲是绳波，其中质点的振动方向与波的传播方向有什么关系？ (2)图乙是声波，其中质点的振动方向与波的传播方向有什么关系？ 【典例3】关于机械波，下列说法正确的是（　　） A．机械波可分为横波和纵波，横波的传播方向与质点的振动方向垂直，纵波的传播方向与质点的振动方向相同 B．机械波的频率与波源的振动频率相同，波源的频率越大，它产生的机械波传播得越快 C．无论是横波还是纵波，质点在一个周期内走过的路程等于一个波长 D．机械波只能在介质中传播，而且从一种介质传播到另一种介质中时，它的频率一定不变 【典例4】(多选)下列关于横波与纵波的说法正确的是（　　） A．声波一定是纵波 B．水波一定是横波 C．地震波既有横波成分，也有纵波成分 D．机械波中的横波只能在固体中传播，纵波既可以在固体中传播，也可以在液体、气体中传播 课堂小结： 这一节是在简谐运动的基础上，深入研究质点是如何传递振动的形式和能量，并定性认识波的一些基本特性。本节课的教学中，没有由振动直接引人波动，而是让学生经历观察彩带表演、探究实验、讨论思考、分析论证的思维过程，并借助视频、实验、动画等形式丰富了学生对波的感性认识，再通过教师的引导，让学生顺利地理解了机械波形成的条件。教学过程体现了形象与抽象、事实与概念的有机统一。 1.如图是某绳波形成过程的示意图，1、2、3、4…为绳上的一系列等间距的质点，相邻两质点间距为0.4m，质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，带动2、3、4…各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端，时刻质点1开始竖直向上运动，经过0.5s质点1第一次到达最高点，质点6开始运动，此时质点1发生的位移为10cm。下列判断正确的是（　　） A．这列波的波长为8m B．t=1s时质点6的加速度方向向上 C．从计时开始到t=1.5s时质点6运动的路程为20cm D．t=2s时质点21正处于平衡位置且运动方向向上 2.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，由波的形成及图示可知，下列说法中正确的是（　　） A．每个质点均在其平衡位置附近自由振动 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，振动周期都相同 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 3.如图所示，用手握住较长轻质细绳的一端连续上下抖动，形成一列简谐横波。某一时刻的波形图如图所示，绳上a、b两质点均处于波峰位置。下列说法正确的是（　　） A．a、b两质点之间的距离为一个波长 B．波从a质点传播到b质点需要半个周期 C．a质点会向右运动到b质点 D．a、b两质点此时速度最大 4.已知一列机械波在一水平绳上匀速传播，则以下说法中正确的是（　　） A．绳子上任意一点做受迫振动的周期相同 B．绳子上任意一点在四分之一周期内通过的路程为一个振幅 C．绳子上相距为一个波长的两点振动情况是异步的 D．绳子上质点随波发生迁移 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $