第三节 机械波的传播现象（导学案）物理粤教版2019选择性必修第一册

第三节 机械波的传播现象 1.物理观念：理解机械波是振动在介质中的传播过程，明确波传播的是能量和振动形式，而非介质本身；掌握横波与纵波的基本特征，能结合实例区分两类波，并理解波峰、波谷、密部、疏部等基本概念。 2.科学思维：能通过类比推理和理想化建模，构建“质点链”模型解释波的传播机制；能运用图像法分析波动图像中各质点的振动状态，判断其振动方向与传播方向的关系。 3.科学探究：通过实验观察绳波与声波的传播现象，提出关于波传播本质的科学问题，并设计简单实验进行验证；利用仿真软件模拟不同条件下波的传播，收集数据并归纳波速、频率与介质的关系。 4.科学态度与责任：在探究活动中保持严谨求实的科学态度，尊重实验事实，勇于质疑与修正错误认知；认识波动现象在地震预警、医学超声、通信技术等领域的应用价值，增强社会责任意识。 1.理解机械波的形成条件与传播本质，掌握横波与纵波的定义、特征及其典型实例(重点)。 2.理解波传播过程中“质点不随波迁移”这—抽象概念(重点)。 3.准确判断波动图像中质点的振动方向与波的传播方向之间的关系(重难点)。 【知识回顾】 第二节　机械波的描述 一、机械波的图像 1.波的图像的画法 2.振动图像和波的图像 (1)振动图像表示介质中的“某一质点”在“各个时刻”的位移。 (2)波的图像表示介质中的“各个质点”在“某一时刻”的位移。 二、描述机械波的物理量 1.波长(λ) (1)定义：在波的传播方向上，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离。通常用λ表示。 (2)在横波中，两个相邻波峰或两个相邻波谷之间的距离等于波长。在纵波中，两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离等于波长。波长反映了波在空间传播的周期性。 2.周期(T)和频率(f) 周期和频率的关系：周期T与频率f互为倒数，即f＝。 3.波速(v) (1)波速：机械波在介质中传播的速度。 (2)波速和波长、频率、周期的关系：v＝＝fλ。 三、波的传播方向与质点振动方向互判 1.微平移法 2.上下坡法 3.同侧法 【自主预习】 第三节　机械波的传播现象 一、机械波的衍射与惠更斯原理 1.波的衍射：波可以绕过障碍物继续传播的现象。 2.发生明显衍射现象的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小，才能观察到明显的衍射现象。 3.一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象。 4.惠更斯原理 （1）内容：介质中波动传到的各点都可以看作是发射子波的波源，在其后的任一时刻，这些子波的包络就形成新的波面，这就是惠更斯原理。 （2）利用惠更斯原理解释衍射现象 二、机械波的反射和折射 1.波的反射 (1)波的反射：波传播过程中遇到介质界面会返回原介质继续传播的现象。 (2)反射波的波长、波速、频率跟入射波的相同。 (3)波的反射定律：反射线、法线与入射线在同一平面内，反射线与入射线分居法线两侧，反射角等于入射角。如图所示。 2.波的折射 (1)波的折射：波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生改变的现象。 (2)波的折射中，波的频率不变，波速和波长发生改变。 三、机械波的干涉 1.波的干涉：频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列波叠加时，某些区域的振动总是加强，某些区域的振动总是减弱，这种现象叫作波的干涉，形成的稳定图样叫作干涉图样。 2.产生干涉的条件 (1)两列波的频率必须相同。 (2)两个波源的相位差必须保持不变。 (3)两列波的振动方向相同。 3.干涉的普遍性 一切波在一定条件下都能发生干涉，干涉是波特有的现象。 思考与讨论1 一、机械波的衍射与惠更斯原理 1.演示实验：在水槽例放两块挡板，中间留一个狭缝，观察水波通过狭缝后的传播情况。保持水波的振动频率，改变狭缝的宽度，观察水波的传播情况。 提问：同学们看到了什么现象？ 答案　水波在遇到小孔时，能穿过小孔继续向前传播。 2.在刚才的实验中，改变狭缝的宽度,观察水波的传播情况有什么变化？ 答案　孔隙越小,水波绕过孔隙传播的区域越大。 3.通过刚才实验观察，大家思考讨论一下，发生明显的衍射现象的条件是什么？ 答案　障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波长相差不多。 4.不同的缝宽，可以看到如图所示的衍射现象？请结合教材，说说如何解释这一衍射现象? 答案　波动的起源是波源的振动，波动的传播是由于介质中质点之间的相互作用。如果介质是连续分布的，介质中任何一点的振动将直接引起邻近各点的振动，因而在波动中任何一点都可以看作新的波源。 思考与讨论2 二、机械波的反射和折射 1.我们在旅游时，对着大山喊一声会听到很多的回声，潜艇上的声呐装置向敌方潜艇发射超声波，通过从发射到接收到敌方潜艇反射回来的超声波的时间差，能确定敌方潜艇的位置，声波、超声波都能发生反射现象，那么波的反射是否遵循光的反射定律？ 答案　遵循光的反射定律。 2.波的反射被广泛应用于实际生产和生活中，如医学中的B超；交通中的雷达测速，国防军事中应用波的反射测量距离等等，那么能不能在两种介质的界面发生折射？折射时遵循什么规律？ 答案　能在两种界面发生折射；遵循光的折射定律。 3.我们知道光从一种介质进入另一种介质时会发生折射,机械波在不同介质间传播时也会发生折射吗? 答案　一列水波在深度不同的水域传播时,在交界面处将发生折射。 4.请大家想一想,水波发生折射的原因是什么? 答案　是由水在不同介质中的传播速度不同造成的。 思考与讨论3 三、机械波的干涉 1.如图所示，操场中两根竖直杆上各有一个扬声器，接在同一扩音机上，一位同学沿着AB方向走来。他听到的声音会有什么变化？ 答案　有的地方声音强，有的地方声音弱。 2.这属于什么物理现象？ 答案　干涉现象。 3.播放波的干涉视频、展示双缝干涉动态图片。 提问:请大家观察一下,两列水波相遇时发生了什么现象? 答案　出现了振动加强区和减弱区,振动加强区和减弱区分布稳定,振动加强区和减弱区相互间隔。 4.如何解释水波相遇时发生的现象? 答案　介质中某点的振动加强,是指这个质点以较大的振幅振动;而某点的振动减弱是指这个质点以较小的振幅振动。 5.请大家想一想,产生波的干涉需要什么条件呢? 答案　一是两列波频率相同,二是两列波的相位差保持不变。 6.A、B两点到波源S1和S2的距离分别是多少个波长？它们的距离差是多少？ 答案　A点：2个；2λ；A点：2个；2λ。 课堂小结： 本节课中,利用“未见其人先闻其声”的生活情境,引起学生对衍射现象的感性认识,通过实验探究,加深学生的理性思考,进而根据实验现象总结出发生明显衍射现象的条件。利用多媒体课件和动画等丰富的教学资源,帮助学生理解波的干涉等内容,并让学生尝试解释波的干涉现象在生活中的实际应用,这样能够加深学生对知识的理解,并提高学生的迁移能力。 1.如图所示是利用水波槽观察到的水波衍射图样，从图样可知(　　) A. B侧波是衍射波 B. A侧波速与B侧波速相等 C. 减小挡板间距离，衍射波的波长将减小 D. 增大挡板间距离，衍射现象将更明显 答案：B 解析：观察可知，A侧波是衍射波，A错误；波速决定于介质，介质不变，波速不变，B正确；衍射波的波速不变，周期不变，则波长也不变，C错误；增大挡板间距离，衍射现象将不明显，D错误。 2. (机械波的反射与折射)关于波的折射，下列说法正确的是(　　) A. 波从一种介质进入另一种介质时，传播方向不会发生改变 B. 入射角等于折射角 C. 入射角的正弦值等于折射角的正弦值 D. 入射角的正弦值与折射角的正弦值的比值是常数 答案：D 解析：由波的折射现象和折射定律知，波从一种介质进入另一种介质时，传播方向可能会发生改变，故A错误；由波的折射定律知，入射角的正弦值与折射角的正弦值的比值是常数，故B、C错误，D正确。 3. (多选)下列说法正确的是(　　) A. 波发生反射时，波的频率不变，波速变小，波长变短 B. 波发生反射时，波的频率、波长、波速均不变 C. 波发生折射时，波的频率不变，但波长、波速发生变化 D. 波发生折射时，波的频率、波长、波速均发生变化 答案：BC 解析：波发生反射时，波在同一种介质中传播，频率、波长和波速均不变，选项A错误，B正确；波发生折射时，是从一种介质传播到另一种介质，波速发生变化，波的频率由波源决定，所以波的频率不变，由公式v＝λf可知，波长发生变化，选项C正确，D错误。 4. (多选)(2020·河北冀州中学期中)一条弹性绳子呈水平状态。M为绳子中点，两端P、Q同时开始上下振动，一小段时间后产生的波形如图所示。对于其后绳上各点的振动情况，以下判断正确的是(　 ) A.两列波将同时到达中点M B.两列波波速之比为1∶2 C.中点M的振动总是加强的 D.M点的位移大小在某时刻可能为零 答案：AD 解析：波在同种介质中传播，波速相同，由于M为绳子中点，所以两波同时到达M点，故A正确，B错误；由于波长不同，因此两波在M点相遇时，M点的振动并不总是加强或减弱，故C错误；当两波刚传到M点时，此时刻位移为零，所以M点的位移大小在某时刻可能为零，故D正确。 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 $ 第三节 机械波的传播现象 1.物理观念：理解机械波是振动在介质中的传播过程，明确波传播的是能量和振动形式，而非介质本身；掌握横波与纵波的基本特征，能结合实例区分两类波，并理解波峰、波谷、密部、疏部等基本概念。 2.科学思维：能通过类比推理和理想化建模，构建“质点链”模型解释波的传播机制；能运用图像法分析波动图像中各质点的振动状态，判断其振动方向与传播方向的关系。 3.科学探究：通过实验观察绳波与声波的传播现象，提出关于波传播本质的科学问题，并设计简单实验进行验证；利用仿真软件模拟不同条件下波的传播，收集数据并归纳波速、频率与介质的关系。 4.科学态度与责任：在探究活动中保持严谨求实的科学态度，尊重实验事实，勇于质疑与修正错误认知；认识波动现象在地震预警、医学超声、通信技术等领域的应用价值，增强社会责任意识。 1.理解机械波的形成条件与传播本质，掌握横波与纵波的定义、特征及其典型实例(重点)。 2.理解波传播过程中“质点不随波迁移”这—抽象概念(重点)。 3.准确判断波动图像中质点的振动方向与波的传播方向之间的关系(重难点)。 【知识回顾】 第二节　机械波的描述 一、机械波的图像 1.波的图像的画法 2.振动图像和波的图像 (1)振动图像表示介质中的“某一质点”在“ ”的位移。 (2)波的图像表示介质中的“各个质点”在“ ”的位移。 二、描述机械波的物理量 1.波长(λ) (1)定义：在波的传播方向上，振动 总是相同的两个相邻质点间的距离。通常用λ表示。 (2)在横波中，两个相邻 或两个相邻 之间的距离等于波长。在纵波中，两个相邻 或两个相邻 之间的距离等于波长。波长反映了波在空间传播的 。 2.周期(T)和频率(f) 周期和频率的关系：周期T与频率f互为 ，即f＝ 。 3.波速(v) (1)波速： 在介质中传播的速度。 (2)波速和波长、频率、周期的关系：v＝ ＝ 。 三、波的传播方向与质点振动方向互判 1.微平移法 2.上下坡法 3. 【自主预习】 第三节　机械波的传播现象 一、机械波的衍射与惠更斯原理 1.波的衍射：波可以绕过 继续传播的现象。 2.发生明显衍射现象的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长 ，或者比波长 ，才能观察到 的衍射现象。 3.一切波都能发生衍射，衍射是波 的现象。 4.惠更斯原理 （1）内容：介质中波动传到的各点都可以看作是发射子波的 ，在其后的任一时刻，这些子波的包络就形成新的 ，这就是惠更斯原理。 （2）利用惠更斯原理解释衍射现象 二、机械波的反射和折射 1.波的反射 (1)波的反射：波传播过程中遇到介质界面会 原介质继续传播的现象。 (2)反射波的 、 、频率跟入射波的相同。 (3)波的反射定律：反射线、法线与入射线在同一平面内，反射线与入射线分居法线两侧，反射 角 入射角。如图所示。 2.波的折射 (1)波的折射：波从一种介质 另一种介质时，波的 发生改变的现象。 (2)波的折射中，波的 不变，波速和波长发生改变。 三、机械波的干涉 1.波的干涉： 相同、相位差恒定、振动方向相同的两列波叠加时，某些区域的振动总是加强，某些区域的振动总是 ，这种现象叫作波的干涉，形成的稳定图样叫作 。 2.产生干涉的条件 (1)两列波的 必须相同。 (2)两个波源的 必须保持不变。 (3)两列波的振动方向相同。 3.干涉的普遍性 一切波在一定条件下都能发生干涉，干涉是波 的现象。 思考与讨论1 一、机械波的衍射与惠更斯原理 1.演示实验：在水槽例放两块挡板，中间留一个狭缝，观察水波通过狭缝后的传播情况。保持水波的振动频率，改变狭缝的宽度，观察水波的传播情况。 提问：同学们看到了什么现象？ 2.在刚才的实验中，改变狭缝的宽度,观察水波的传播情况有什么变化？ 3.通过刚才实验观察，大家思考讨论一下，发生明显的衍射现象的条件是什么？ 4.不同的缝宽，可以看到如图所示的衍射现象？请结合教材，说说如何解释这一衍射现象? 思考与讨论2 二、机械波的反射和折射 1.我们在旅游时，对着大山喊一声会听到很多的回声，潜艇上的声呐装置向敌方潜艇发射超声波，通过从发射到接收到敌方潜艇反射回来的超声波的时间差，能确定敌方潜艇的位置，声波、超声波都能发生反射现象，那么波的反射是否遵循光的反射定律？ 2.波的反射被广泛应用于实际生产和生活中，如医学中的B超；交通中的雷达测速，国防军事中应用波的反射测量距离等等，那么能不能在两种介质的界面发生折射？折射时遵循什么规律？ 3.我们知道光从一种介质进入另一种介质时会发生折射,机械波在不同介质间传播时也会发生折射吗? 4.请大家想一想,水波发生折射的原因是什么? 思考与讨论3 三、机械波的干涉 1.如图所示，操场中两根竖直杆上各有一个扬声器，接在同一扩音机上，一位同学沿着AB方向走来。他听到的声音会有什么变化？ 2.这属于什么物理现象？ 3.播放波的干涉视频、展示双缝干涉动态图片。 提问:请大家观察一下,两列水波相遇时发生了什么现象? 4.如何解释水波相遇时发生的现象? 5.请大家想一想,产生波的干涉需要什么条件呢? 6.A、B两点到波源S1和S2的距离分别是多少个波长？它们的距离差是多少？ 课堂小结： 本节课中,利用“未见其人先闻其声”的生活情境,引起学生对衍射现象的感性认识,通过实验探究,加深学生的理性思考,进而根据实验现象总结出发生明显衍射现象的条件。利用多媒体课件和动画等丰富的教学资源,帮助学生理解波的干涉等内容,并让学生尝试解释波的干涉现象在生活中的实际应用,这样能够加深学生对知识的理解,并提高学生的迁移能力。 1.如图所示是利用水波槽观察到的水波衍射图样，从图样可知(　　) A. B侧波是衍射波 B. A侧波速与B侧波速相等 C. 减小挡板间距离，衍射波的波长将减小 D. 增大挡板间距离，衍射现象将更明显 2. (机械波的反射与折射)关于波的折射，下列说法正确的是(　　) A. 波从一种介质进入另一种介质时，传播方向不会发生改变 B. 入射角等于折射角 C. 入射角的正弦值等于折射角的正弦值 D. 入射角的正弦值与折射角的正弦值的比值是常数 3. (多选)下列说法正确的是(　　) A. 波发生反射时，波的频率不变，波速变小，波长变短 B. 波发生反射时，波的频率、波长、波速均不变 C. 波发生折射时，波的频率不变，但波长、波速发生变化 D. 波发生折射时，波的频率、波长、波速均发生变化 4. (多选)(2020·河北冀州中学期中)一条弹性绳子呈水平状态。M为绳子中点，两端P、Q同时开始上下振动，一小段时间后产生的波形如图所示。对于其后绳上各点的振动情况，以下判断正确的是(　 ) A.两列波将同时到达中点M B.两列波波速之比为1∶2 C.中点M的振动总是加强的 D.M点的位移大小在某时刻可能为零 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 $