3.1 波的形成 培优教学课件 -2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

1.波的形成 第三章 机械波 人教版选择性必修第一册 导入新课 思考：做波动运动的五星红旗、丝带、水波等上的每个点也在向前运动吗? 在我们日常生活中有许多种波动形式，如五星红旗迎风飘摆，舞蹈演员手中的丝带，树枝敲打水面会形成水波等。 物理学中将振动的传播称为波动，简称波。 波是怎样形成的？ 学习目标 物理观念 通过观察和分析，认识波是振动的传播。 科学思维 能够建立理想模型，运用微元法对波的形成和传播进行分析和推理。 科学探究 能对波动现象进行分析和推理，认识波的传播过程，知道波的传播方向和质点运动方向间的关系。 科学态度 与责任 能区别横波和纵波，结合生活现象说明波在传播振动形式的同时也传播能量和信息。 重点难点 重点 1. 波的形成和传播； 2. 能区分横波和纵波，知道什么是波峰和波谷，什么是密部和疏部。 难点 1.机械波和机械波形成的条件； 2.知道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。 1. 波的形成 2. 横波和纵波 3. 机械波 4. 课堂总结 5. 练习与应用 学习内容 第1节 波的形成 一、波的形成 第1节 波的形成 一、波的形成 沿绳传播的波 思考：在绳上做个红色标记，在波传播的过程中，这个标记怎样运动？它是否随着波向绳的另一端移动？ 演示：观察绳波的产生和传播 请点击手 结论：各点只是在一定位置上下移动，没有向前运动。 思考：为什么绳上各点都能动起来呢？凹凸相间的波是怎样形成的？ 一、波的形成 设想:把绳分成很多小段 每一个小段可以看做一个质点 质点之间有相互作用力 1.绳波的形成 ①绳子各部分看成是相互之间存在弹力的质点； ②沿波传播方向，前一质点依次带动后一质点,后一质点延迟振动； ③把质点的振动状态向前传播，从总体上看形成凸凹相间的波。 一、波的形成 2.绳波的传播特点 （1）介质各个质点不是同时起振，但起振方向与振源方向相同。 （2）离振源近的质点先起振。 （3）质点只在平衡位置附近往复运动，并不随波迁移。 （4）波传播的是振动形式和能量。 （5）传播过程中各质点的振动都是受迫振动，驱动力来源于振源，各质点起振时与振源起振时的情况完全相同，其频率等于振源频率。 一、波的形成 团体操表现波浪 做一做： 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，只是后边的一位总比前边的一位稍迟一点点。这样就会看到凹凸相间的波沿着队伍传播开来，而每个学生的位置并没有移动。 一、波的形成 问题一：第一位同学有没有向后运动呢？第二位同学为什么会起立？ 问题二：每位同学站起的时间是不是相同的？它们振动的步调一致吗？ 问题三：每位同学开始运动的方向和第一位同学开始运动的方向有什么关系？ 问题四：第一位同学停止运动后其他同学会立刻停止吗？ 质点只在平衡位置上下振动，并不随波迁移。波传播的是振动这种形式。 各质点不是同时起振的，离振源近的质点先起振。 振动步调不一致：前一质点依次带动后一质点振动,但后一质点滞后振动。 各点开始振动的起振方向与振源起振方向相同。 波源停止振动后，波仍向前传播。 一、波的形成 例1.在平静的湖面上漂着一小木条，现向湖中央扔一石子，圆形波纹一圈圈地向外传播，当波传到小木条处时，小木条将（　　） A．随波纹漂向湖岸 B．波纹传到小木条处，小木条仍不动 C．向波源处漂动 D．在原来位置做上下振动 D 二、横波和纵波 第1节 波的形成 二、横波和纵波 （1）定义：质点的振动方向跟波的传播方向垂直的波叫做横波（凹凸波）。 （2）波形特点：有波峰、波谷（凸起的最高处叫做波峰，凹下的最低处叫做波谷） 1、横波 （3）说明：横波是靠物体内部形变而产生的弹力作为回复力，横波只能在固体内传播。（水波比较复杂，高中物理中通常视水波为横波。） 除了横波以外，还有其他形式的波吗？ 二、横波和纵波 演示：观察弹簧形成的波 如图，将一根长而软的弹簧水平放置在光滑平面上，在左端沿弹簧轴线方向不断推、拉弹簧，观察实验现象。 实验中观察到，弹簧圈密集的部分和稀疏的部分交替向右传播，在弹簧上形成一种与横波不一样的波。 二、横波和纵波 （1）定义：质点的振动方向和波的传播方向在同一直线上的波，在固体、液体和气体介质中均能传播，例如声波。 （2）特征：疏密相间，具有交替出现的密部和疏部。 （3）纵波能在固体、液体、气体等所有物质中都能传播。 2．纵波 密部 疏部 密部 疏部 波的传播方向 质点振动方向 二、横波和纵波 思考：弹簧的纵波是如何形成的呢？ 成因分析 1．一系列弹簧圈看成看成一系列质点，它们之间由弹力联系着。 2．近端的质点依次带动远端的质点左右振动，但后一个质点总比前一个质点迟一些开始振动。 3．弹簧一端左右振动的状态就沿弹簧传播开来。从整体上看，就形成了疏密相间的波。 二、横波和纵波 3.横波与纵波的比较 项目 横波 纵波 概念 在波动中，质点的振动方向和波的传播方向相互垂直 在波动中，质点的振动方向和波的传播方向在同一条直线上 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 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 二、横波和纵波 发声体振动时在空气中产生的声波是纵波. 声波不仅能在空气中传播，也能在液体、固体中传播。 思考1：发声体振动时在空气中产生的声波是横波还是纵波？ 二、横波和纵波 思考2：地震波是什么波？ 既有横波又有纵波 二、横波和纵波 例2.下列关于横波和纵波的说法，正确的是（　　） A．横波中，质点的振动方向一定与波的传播方向垂直 B．横波中，质点的振动方向也可能与波的传播方向平行 C．纵波中，波水平向右传播，各个质点一定上下振动 D．能形成波峰、波谷的波是横波 A 三、机械波 第1节 波的形成 三、机械波 ⑴定义：机械振动在介质中由近及远的传播就形成了机械波。 ⑵产生条件：① 有振源。② 有可传播波的介质。 波源（振源）：能够维持振动的传播，不间断的输入能量,并能发出波的物体或物体所在的初始位置。 介质：凡是能传播机械振动的媒介物质，都可以叫做介质。 注意:有振动不一定存在波，有波一定存在振动． 1. 机械波 三、机械波 (1)各质点的振动 2.机械波的特点 (2) 传播规律：波在同一种均匀介质中匀速传播。 ②机械波传播的是振动的形式、能量和信息; ③各质点都以自己的平衡位置为中心振动，质点并不随波迁移; ⑤各质点的起振方向都与波源的起振方向相同。 ④介质中各质点都在做受迫振动，其振动频率都等于波源的振动频率； ①沿波传播的方向由近及远的传播。(前带后，运动状态往后传。) 三、机械波 5.振动和波动的区别与联系 联系与区别 波动 振动 联系 1、因果关系 2、频率关系 区别 1、研究对象 2、力的来源 3、运动性质 振动是波动的原因，波动是振动在介质中传播的结果。有波动一定有振动，有振动不一定有波动。 波动的频率与振动的频率相同 介质中参与波动的大量质点 单个质点 介质中各质点间的弹力 质点所受的回复力 同一介质中传播速度不变 质点做变加速运动 三、机械波 例3.一列机械波在某时刻的波形如图所示，若O是波源，则此刻A点的振动方向_____，波源O的振动方向_____；若O′是波源，则此刻A点的振动方向____，波源O′的振动方向_____。 向上 向下 向下 向上 四、课堂总结 第1节 波的形成 四、课堂总结 横波和纵波 波的形成 波的形成 机械波 传播振动形式 “带动法” 质点间的作用力 离波源越远，振动越迟 空气中产生的声波为纵波 横波——相互垂直 纵波——同一直线 密部、疏部 波峰、波谷 固体、液体、气体 条件 特点 波源和介质 传播振动形式 传递能量 传递信息 五、练习与应用 第1节 波的形成 五、练习与应用 1．区分横波和纵波的依据是（ ） A．是否沿水平方向传播 B．质点振动的方向和波传播的远近 C．质点振动的方向和波传播的方向是相互垂直还是在同一直线上 D．质点振动的快慢 C 五、练习与应用 2.下列关于波的现象的说法中正确的是（　　） A．只要有机械波产生，一定可以找到产生机械波的波源 B．把小石块扔到平静的湖水里，水面上便会激起水波，水波将促使水面上的漂浮物向远方运动 C．某空间找不到机械波，则在这一空间一定没有波源 D．横波与纵波，其质点的振动方向不同，因此，横波和纵波不可能沿同一方向传播 A 五、练习与应用 3.（多选）一列横波沿绳子向右传播，某时刻绳子形成如图所示的形状，对此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点说法正确的是(　　) A.它们的振幅相同 B.质点D和质点F的速度方向相同 C.质点A和质点C的速度方向相同 D.从此时算起，质点B比质点C先回到平衡位置 AD 五、练习与应用 4. (多选)如图所示，1、2、3、4…是某绳(可认为是均匀介质)上一系列等间距的质点．开始时绳处于水平方向，质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，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．已知t=0时，质点1开始向下运动，经过二分之一周期，质点9开始运动．则在二分之一周期时，下列说法正确的是( ) A．质点3向上运动 B．质点5所受回复力为最大值 C．质点6的加速度向下 D．质点9的振幅为零 AB $