高中物理人教版 (新课标)选修31 波的形成和传播学案设计

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理解波的形成过程及质点的振动特点
理解波的传播过程的特点
知道横波和纵波的异同，机械波的一般特点
【自主学习】
想一想：我们无法想象如果如果没有了声音五彩缤纷的世界将会变成什么样？那么声音是怎样回事呢？
填一填：将绳分成无数个存在相互作用的质点，当绳端的质点开始振动，由于各相邻质点间的相互作用，使各质点依次不断地被带动着而振动起来，从整体上看就形成一些凹凸相间的波形。
填一填：按波的传播方向与质点的振动方向的关系可以将波分为两类，一是质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波，叫做横波，在横波中凸起的最高处叫做波峰，凹下的最低处叫做波谷；二是质点的振动方向与波的传播方向在同一条直线上的波，叫做纵波，在纵波中质点分布最密的位置叫做密部，质点分布最疏的位置叫做疏部。
点一点：无论是在横波还是在纵波中，后一个质点总是比前一个质点迟一些开始振动，即后一个质点的相位总比前一个质点落后一些；在横波中形成了波峰和波谷相间的波，在纵波中形成了密部和疏部相间的波。
填一填：发声体的振动在空气中所产生疏密相间的状态由近及远的传播所形成的声波是纵波，声波也能在固体、液体中传播，我们把波借以传播的物体叫做介质。由于组成介质的质点间的相互作用，机械振动在介质中由近及远的传播就形成了机械波。
点一点：在机械波的形成过程中，介质只是在平衡位置振动，并未随波移动，故传播的只是振动的形式，也可以说波是传递能量的一种形式，实际上波还可以传递信息。
议一议：机械波有怎样的规律呢？我们如何准确描述机械波呢？
典题·热题
知识点一 机械波的形成和传播
例1关于机械波的形成和传播，下列说法中正确的是( )
A.物体做机械振动，一定产生机械波
B.后振动的质点总是跟着先振动的质点重复振动，只是时间落后一步
C.参与振动的质点群有相同的频率
D.机械波是质点随波迁移，也是振动能量的传递
解析：机械波的形成必须具备的两个条件：振源和介质，只有物体做机械振动，而其周围没有传播这种振动的介质，远处的质点不可能振动起来形成机械波，故A选项错误；任何一个振动的质点都是一个波源而带动它周围的质点振动，将振动传播开来，所以后一质点总是落后，故选项B、C正确，形成机械波的各个质点，只有在平衡位置附近往复运动，并没有随波迁移，离振源远的质点振动的能量，是通过各质点的传递从振源获得，故选项D错误.
答案：BC
方法归纳 本题考查机械波的产生及其传播特点.机械波是由于机械振动在介质中的传播形成机械波，机械波在传播中各质点的振动周期都与波源的振动周期相同；离波源越远，质点的振动越滞后，但各质点的起振方向与波源起振方向相同；波传播的是振动形式，而各介质的质点并不随波迁移；波在传播振动形式的同时，也在传播能量和信息.
例2图12-1-3所示为波源开始振动后经过一个周期的波形图，设介质中质点振动周期为T，下列说法中正确的是( )
图12-1-3
A.若M点为波源，则M点开始振动时方向向下
B.若M点为波源，则P点已经振动了T
C.若N点为波源，则P点已经振动T
D.若N点为波源，则该时刻P质点动能最大
解析：若M点为波源，相当于其他点追随M点振动，又因为是经过一个周期的波形，此时M点的振动方向向上，即为开始振动时的方向或者根据波传到了N点，此时N点振动方向向上，即波源的开始振动方向向上，而传到P点要经过T，因而P点已振动T，若N点为波源，N开始振动方向向下，传到P点经，故P点已振动了T，而此时P点在最大位移处，速度为零，动能最小，答案为C选项.
答案：C
方法归纳 当波源确定后便可确定波传播的方向，由于介质中各质点从波源开始依次运动，即越靠近波源的质点运动的时间越长.另外,任何一个质点的起振方向都与波源的起振方向相同.
知识点二 横波和纵波
例3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垂直的波叫横波
B.质点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.地震波是横波，声波是纵波
解析：根据横波和纵波的定义知，A、B、C三项正确，声波是一种纵波，但地震波中既有横波又有纵波，D选项错误.
答案：ABC
知识点三 机械波
例4以下对机械波的认识正确的是( )
A.形成机械波一定要有振源和介质
B.振源做简谐运动形成的波中，各质点的运动情况完全相同
C.横波向右传播时，处于波峰的质点也向右迁移
D.机械波向右传播时，右方的质点比左方的质点早一些振动
解析：振源和介质是形成机械波的两个必不可少的条件，故A选项正确.简谐运动在介质中传播时，介质中各质点都做简谐运动，沿波的传播方向上，后面的质点比前面的质点总要晚一些开始振动，但质点本身并不随波的传播而发生迁移，而且各质点的振动步调不一致，故B、C、D三项都错.
答案：A
误区警示 波动与振动是两个不同的概念，一些同学往往认为：振动就是波动，我们知道在波的传播过程中，一定有质点的振动，但质点振动，不一定能够形成波动，波动是许多质点振动而形成的，振动则是单个质点的运动.
知识点四 振动和波的关系
例5关于振动和波的关系，下列说法正确的是( )
A.有机械波必有振动
B.有机械振动必有波
C.离波源远的质点振动周期长
D.波源停振时，介质中的波动立即停止
解析：一个质点的振动会带动邻近质点的振动，使振动这种运动形式向外传播出去而形成机械波，但在缺少介质的情况下，波动现象就无法发生，故A选项对,B选项错.波动形成以后，各质点的振动都先后重复波源的振动，故各质点的振动周期是一样的，C错，大量质点的振动所形成的波动不会因波源的停振而立即消失，因为能量不会无缘无故地消失，故D选项错.
答案：A
【同步练习】
夯实基础
1．关于机械波的下列说法正确的是
A．有机械振动就有机械波
B．有机械波就一定有机械振动
C．机械波是机械振动在介质中的传播过程，它是传递能量的一种方式
D．没有机械波就没有机械振动
2．波在传播过程中，正确的说法是
A．介质中的质点随波迁移
B．波源的振动能量随波传递
C．介质中质点振动的频率随着波的传播而减小
D．波源的能量靠振动质点的迁移来传播
解析：介质中质点振动的频率与波源振动的频率相同，不随波的传播而减小．

3．区分横波和纵波是根据
A．质点振动的振幅和波的传播速度的大小
B．质点振动的频率和波的传播能量的多少
C．质点振动的方向和波传播的远近
D．质点振动的方向和波传播的方向
4．在机械波中
A．各质点都在各自的平衡位置附近振动
B．相邻质点间必有相互作用力
C．前一质点的振动带动相邻的后一质点的振动，后一质点的振动必定落后于前一质点
D．各质点也随波的传播而迁移
5．质点的振动方向与波的传播方向_______的波叫横波，质点的振动方向与波的传播方向在一直线上的波叫_______，机械波中的横波、纵波传播时均需要有_______．
6．沿绳传播的一列机械波，当波源突然停止振动时
A．绳上各质点同时停止振动，横波立即消失
B．绳上各质点同时停止振动，纵波立即消失
C．离波源较近的各质点先停止振动，较远的各质点稍后停止振动
D．离波源较远的各质点先停止振动，较近的各质点稍后停止振动
提升能力
7．日常生活中，若发现球掉入池塘里，能否通过往池塘丢入石块，借助石块激起的水波把球冲到岸边呢？说明理由．
8．如图10—1—2所示是沿绳向右传出的一列横波．在图上画出各个质点的振动速度方向，并回答下列几个问题：
(1)速度最大的点是第_______点、第_______点；
(2)第_______点所在的位置是波的波峰，此时该质点振动的速度为_______．
9．AB为一弹性绳，设法在绳上传播一个脉冲的波，如图10—1—3所示，当波从A向B传播时，绳上质点开始振动时，质点振动的速度方向是_______，若当波从B向A传播时，绳上质点开始振动时，质点振动的速度方向是____________．
10．如图10—1—4所示为一列横波在某时刻的波形，已知f质点在此时的运动方向向下，那么下列说法中正确的是
A．波向左传播
B．质点c比b先回到平衡位置
C．质点c和f的振幅相同
D．质点c在此时刻的加速度为零
同步练习题参考答案：
1．BC 2．B 3．D 4．ABC 5．垂直；纵波；介质 6．C
7．解析：不能．向水中投入石块，水面受到石块的撞击开始振动，形成水波向四周传去．这是表面现象，实际上水波向四周传播时水只是上下振动并不向外迁移，所以球也仅仅是上下振动而不会向岸边运动。 8．答案：图略．(1)3，7(2)5；零 9．答案：向下；向上
10．解析：由波的传播特点可知，当f点向下移动时，与它邻近的E点也将向下运动，E、f两点相比较，f的运动超前于E，f为前一质点，E为后一质点，波由右向左传播．质点c已到达最大位移处，之后c将移向平衡位置，而质点b却正在向最大位移处移动，所以质点c将比b先回到平衡位置．尽管此时c和f的位移不同，但它们的振幅却是相同的．质点c此时处在最大位移处，加速度最大．
答案：ABC