高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册1 波的形成教案设计

第3章　机械波

第1节　波的形成

本节课程是在学习了简谐振动的基础上，来研究机械波的形成与传播规律，从研究一个质点的振动规律到研究多个质点的振动特征，并充分运用现代信息技术平台，以动画模拟横波的产生过程，通过交流、讨论，建立正确的波及相关的物理概念。

【物理观念】了解日常生活中常见的“波”，体会“波”与振动的区别，学习观察与分析的方法。

【科学思维】通过实物演示、计算机模拟等建立机械波概念的过程，提高对物理学科的学习兴趣。

【科学探究】观察日常生活中常见的“波”，体会“波”与振动的区别，学习观察与分析的方法。

【科学态度与责任】通过绳波波形的模拟，提高人际协作和交流意识。通过对实验现象的分析和总结，培养学生实事求是的科学态度。

【教学重点】机械波在传播过程中，介质中质点在各自平衡位置的振动情况以及振动以波的形式在介质中传播的理解。

【教学难点】机械波传播的是振动形式和能量，而质点本身并不随波的传播方向而迁移。

一、【引入新课】

想一想：

在艺术体操的带操表演中，运动员手持细棒抖动彩带的一端，彩带随之波浪翻卷。彩带上的波浪向前传播时，彩带上的每个点也在向前运动吗？

彩带上的波浪翻卷实际是振动在彩带上传播的结果。振动的传播称为波动，简称波（wave）。波是怎样形成的？

二、【进行新课】

探究点一、 波的形成

无处不在的波

声波                     水波

弹簧纵波

地震波                          光波

         电磁波

1、定义：机械振动在介质中由近及远的传播就形成了机械波。

有振动不一定存在波，有波一定存在振动

2、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。

如:我们的声带、各种乐器在发声时、各种机器在运转时就是振源。

介质：凡是能传播机械振动的媒介物质，都可以叫做介质。

如：水能传播水波、绳子可传播绳波、空气可传播声波、大地可传播地震波等等，则水、绳子、空气、大地等都可叫做介质。

波的形成与传播：

                  设想把绳分成许多小部分

               每一小部分可以看成质点，质点与质点之间有相互作用力。

绳波的形成

由于相邻质点间存在着相互作用，当绳中某一质点发生振动（振源）时，就会带动相邻的质点，使它上下振动。这个质点又带动更远一些的质点振动起来，从而使绳子上的质点都跟着振动起来。绳端这种上下振动的状态就沿绳子传了出去，从整体上看就是一些凹凸相间的波形。

 机械波的形成过程：由于相邻质点间的力的作用，当介质中某一质点发生振动时，就会带动附近的各质点振动，附近各点的振动又带动较远质点的振动，从而使振动向远处传播。

波的传播过程质点的运动特点 ：前带后，后跟前，运动状态向后传； 波源质点先向上振,其它质点也向上；质点上下振动，但不随波迁移;质点传播能量由近向远.

因此:波传递的是运动形式和能量.    

探究点二、 横波和纵波

1、横波

① 特征：质点的振动方向与波的传播方向垂直

②波形特点：凹凸相间的波纹

                 凸起部分的最高点叫做波峰

③波峰与波谷：   凹下部分的最低点叫波谷

想一想：

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。运动会上的团体操表演常常用这种办法来表现波浪（图）

团体操表现波浪

2、纵波

①特征：质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上。

②波形特点：质点分布较稀的部分叫疏部，质点分布较密的部分叫密部。

例如:声波是纵波,地震波既有横波成份,又有纵波成份。水波既不是横波，也不是纵波。

思考与讨论

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

波的特征：

沿着波的传播方向向前看去，前面各质点的振动位相都依次落后于波源的振动位相.

地震波既有横波又有纵波。(水波既不是横波也不是纵波，叫做水纹波。)

机械波向外传播的是波源(及各质点)的振动状态和能量.

探究点三、 机械波

机械振动在介质中的传播称为机械波。

① 机械波是构成介质的无数质点的一种共同运动形式。

② 当波源的介质发生振动时，各个质点在各自的平衡位置附近往复运动，质点本身并不随波迁移，机械波向外传播的只是机械振动的形式。

③ 波是传播能量的一种方式。

机械波的规律（特点）

1）介质中各个质点不是同时起振的，离振源近的质点先起振。（步调不一致）   前面的质点带动后面的质点振动，后面的质点重复前面的质点的振动，并且后面的质点的振动依次滞后前面的质点 。

2）介质中质点在各自的平衡位置附近做机械振动，质点本身并不随波迁移。

3）传播过程中各质点的振动都是受迫振动，驱动力来源于波源。介质中各个质点的起振方向、周期、频率、振幅和波源相同。 （具有周期性）

4）波向前传播的是振动形式、能量和信息。

做一做

有一盆平静的水，上面漂着一片小纸屑。用笔尖轻点水面，观察产生的水波。使笔尖周期性地轻点同一处水面，观察水波的传播和纸屑的运动。

课堂重点知识小结

1、机械波的产生条件：①振源；②介质。注意：有机械波必有机械振动，有机械振动不一定有机械波。

2、按质点振动方向与波的传播方向的关系，可把机械波分为横波与纵波。

随堂练习

例1、(单选）关于横波和纵波，下列说法正确的是(　　)

A． 对于横波和纵波，质点的振动方向和波的传播方向有时相同，有时相反

B． 对于纵波，质点的振动方向与波的传播方向一定相同

C． 形成纵波的质点，随波一起迁移

D． 形成纵波的质点不随波迁移

【答案】：D

【解析】：横波质点的振动方向与传播方向相互垂直，纵波质点的振动方向与传播方向有时相同，有时相反，故A、B项错误；介质中的质点都是在平衡位置附近做往复运动，不会随波迁移，故C项错误，D项正确.

例2、（单选）关于机械波，下列说法中正确的是(　　)

A． 机械波的振幅与波源振动的振幅不相等

B． 在波的传播过程中，介质中质点的振动频率等于波源的振动频率

C． 在波的传播过程中，介质中质点的振动速度等于波的传播速度

D． 在机械波的传播过程中，离波源越远的质点振动的周期越大

【答案】 B

【解析】波在传播过程中，机械波的振幅与波源振动的振幅是相等的，故A错误；每个质点都在重复波源的振动，因此质点的振动频率和波源的振动频率是相同的，故B正确；振动速度与波的传播速度是不相同的，故C错误；在波传播中各点的振动周期均与波源的周期相同，故D错误．例3、例3、（单选）声音在空气中传播的过程中，以下说法正确的是(　　)

A． 波速不断减小

B． 频率不断减小

C． 振幅不断减小

D． 波长不断减小

【答案】　C

【解析】　声音是由物体的振动产生的，声音在空气中的传播过程中，传播速度、频率以及波长均不发生变化；但其振幅随着距离的增大而减小， 故A、B、D错误，C正确，

例4、（单选）关于振动和波的关系，下列说法中正确的是(　　)

A． 如果波源停止振动，在介质中传播的波动也立即停止

B． 物体作机械振动，一定产生机械波

C． 波的传播速度即波源的振动速度

D． 波动的频率，与介质性质无关，仅由波源的振动频率决定

【答案】： D

【解析】：振源停止振动时，由于惯性，其他振动质点并不立即停止振动，所以在介质中传播的波动并不立即停止，故A错误．

物体作机械振动，不一定产生机械波，还需要传播振动的介质，故B错误．

波在均匀介质中匀速传播，速度不变，而质点的振动速度随时间是周期性变化的，所以波的速度与振源的振动速度不同．波的传播速度与波源的振动速度无关，故C错误．

波在介质中传播的频率等于振源的振动频率，与介质性质无关，仅由振源决定，故D正确．