鲁科版 (2019)第1节 波的形成和描述导学案

这是一份鲁科版 (2019)第1节 波的形成和描述导学案，共22页。
1．知道横波、纵波的概念，了解波长及波速的概念。
2．理解机械波的形成和传播，掌握波的图像，能利用图像分析波的传播与质点振动的关系。
3．能观察并探究有关机械波的实验现象。
4．培养自主学习物理、探索身边的物理问题的兴趣。
知识点一 波的形成与传播
1．机械波的定义
机械振动在介质中传播形成的波称为机械波。
2．机械波的产生条件
(1)波源：做机械振动的物体。
(2)介质：能传播波的物质。
3．传播特点
机械波传播时，介质并不随波前进，传递的只是机械振动这种运动形式及其能量。
没有介质机械波不能传播，如声波不能在真空中传播。
1．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)物体做机械振动，一定产生机械波。(×)
(2)在绳波的形成和传播中，所有质点同时开始运动，同时停止运动。(×)
(3)机械波除传递振动形式外，还向外传递能量。(√)
知识点二 波的分类
1．波的分类
2．地震波
有的波，既包含横波，又包含纵波，如地震波。在震中附近，横波引起地面水平晃动，纵波引起地面上下颠簸。因为纵波在地球内部的传播速度大于横波，所以地震时，人们一般先感觉到上下颠簸，然后才感觉到有很强的水平晃动。横波是地震造成破坏的主要原因。
在平静的湖面上，漂浮着一片树叶，如果你往树叶附近扔下一块小石子，湖面立即兴起水波，水波一圈一圈往外扩展出去，于是树叶运动起来。请问树叶会随水波往外移动吗？
提示：不会。因为小石子激起的水波是振动的传播，水并不向外移动，水的质点只是上下振动，所以树叶不会随水波往外移动。
2．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)横波中质点的振动方向与波的传播方向垂直。(√)
(2)纵波中有密部、疏部之分。(√)
(3)质点沿水平方向振动，波沿水平方向传播，这样的波一定是横波。(×)
知识点三 波的描述
1．波的图像
(1)波形：在绳波传播的某个时刻拍下照片，就能得到该时刻的波形。
(2)图像：在波形上添加一个坐标系，就可以得到该时刻这个波的图像。用横坐标x表示沿波传播方向上各个质点的平衡位置，纵坐标y表示各个质点离开平衡位置的位移。
(3)简谐波：波源做简谐运动时，在各个时刻波的图像是一条正弦(或余弦)曲线。
(4)波的图像的物理意义：波的图像反映了介质中的各个质点在某一时刻的位移情况。
2．波的特征
相邻的波峰与波峰之间的距离是一个波长，相邻的波谷与波谷间的距离也是一个波长。
3．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)波的图像反映的是某一时刻介质中各质点的位移情况。(√)
(2)从波的图像可以知道各质点振动的振幅。(√)
(3)根据v＝λT可知，机械波的波长越长，波速越大。(×)
如图所示的波是一列横波，绳波各质点振动方向与波的传播方向有什么关系？
提示：质点的振动方向与波的传播方向相互垂直。
考点1 波的形成和传播
1．机械波的形成
波源 介质质点间的相互作用前一质点带动后一质点
↓
以振动的形式向外传播
↓
机械波
2．机械波的特点
(1)机械波传递的是振动形式、能量和信息，介质中各质点本身并不随波传播而迁移，而是在各自的平衡位置附近振动。
(2)由于波的形成实际上是从波源开始依次带动介质中的各个质点参与振动，所以各个质点都在做受迫振动，因此各个质点振动的周期(频率)与波源的周期(频率)相同。
(3)在不考虑能量损失时，各质点振动的振幅相同，各质点的起振方向都与波源开始振动的方向相同。
3．横波和纵波的区别
【典例1】 (多选)如图所示是一条软绳，绳上选有18个质点，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，下列说法正确的是( )
A．质点1带动质点2是利用绳上质点间的弹力实现的，因此每个质点均做受迫振动
B．每个质点开始运动后，在水平方向做匀速运动，在竖直方向做简谐运动
C．绳子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．绳子上波的传播过程，也是能量的传播过程，虽然每个质点均做等幅振动，但每个质点的机械能并不守恒
ACD [质点1带动质点2是利用绳上质点间的弹力实现的，因此每个质点都做受迫振动，A正确；每个质点开始振动后，只在竖直方向做简谐运动，水平方向不随波迁移，B错误；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；波的传播过程，也是能量的传播过程，虽然每个质点均做等幅振动，但每个质点的机械能并不守恒，D正确。]
机械波的形成和传播特点
(1)机械波的形成过程及特点可以概括为“带动、重复、落后”，即前一质点“带动”后一质点振动，后一质点“重复”前一质点的振动形式，并且后一质点的振动“落后”于前一质点。
(2)就整个物体来说，呈现的现象是波动，而就构成物体的单个质点来说，所呈现的现象是振动。
(3)要画另一时刻的波形图，应先确定特殊点的位置，即此时刻在平衡位置或最大位移处的点，这些点的位置确定后，其他点可顺势找出。
[跟进训练]
1．关于机械波的形成，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．机械波在介质中传播时，介质中后振动的质点总是重复先振动的相邻的质点的振动，做受迫振动
C．参与振动的质点振动频率各不相同
D．机械波传播过程中，介质中质点随波迁移，振动能量也随波传递
B [物体做机械振动，若没有介质也不会产生机械波，选项A错误；机械波在介质中传播时，介质中后振动的质点总是重复先振动的相邻的质点的振动，做受迫振动，选项B正确；参与振动的质点振动频率都相同，都等于振源的振动频率，选项C错误；机械波传播过程中，介质中质点只在自己平衡位置附近振动，而不随波迁移，振动能量随波传递，选项D错误。故选B。]
考点2 波的图像
1．由波的图像获得的三点信息
(1)可以直接看出在该时刻沿传播方向上各个质点的位移。
(2)可以直接看出在波的传播过程中各质点的振幅A。
(3)若已知该波的传播方向，可以确定各质点的振动方向；或已知某质点的振动方向，可以确定该波的传播方向。
2．波的图像的周期性：在波的传播过程中，各质点都在各自的平衡位置附近振动，不同时刻质点的位移不同，故不同时刻波的图像不同。质点的振动位移做周期性变化，则波的图像也做周期性变化。经过一个周期，波的图像复原一次。
3．波的传播方向的双向性：如果只知道波沿x轴传播，则有可能沿x轴正向传播，也可能沿x轴负向传播，具有双向性。
【典例2】 如图所示是一列简谐横波在某时刻的波形图。若此时质点P正处于加速运动过程中，则此时( )
A．此波沿x轴正向传播
B．质点N比质点Q先回到平衡位置
C．质点N处于减速运动过程中
D．质点Q和质点N运动情况恰好相反
B [质点P加速运动，知P点向平衡位置振动，即方向向下振动，根据“上下坡法”知，波向左传播，则Q点向上振动，N点向上振动，则可知N点直接到达平衡位置，而Q点先向上再向下，故N点比Q点先回到平衡位置，故A错误，B正确；因N点向上振动，此时在向平衡位置运动，速度增大，为加速过程，故C错误；波向左传播，根据“带动法”可知，N点和Q点均向上运动，运动方向相同，故D错误。故选B。]
判断质点振动方向或波传播方向的方法
(1)带动法：先振动的质点带动邻近的后振动质点，在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点P′，若P′在P点上方，则P向上振动，若P′在下方，则P向下振动(如图甲所示)。
甲
乙 丙 丁
(2)上下坡法：沿波的传播方向看去，“上坡”处的质点向下振动；“下坡”处的质点向上振动，简称“上坡下、下坡上”(如图乙所示)。
(3)同侧法：在波的图像上的某一点，沿竖直方向画出一个箭头表示质点振动方向，并设想在同一点沿水平方向画一个箭头表示波的传播方向，那么这两个箭头总是在曲线的同侧(如图丙所示)。
(4)微平移法：如图丁所示，实线为t时刻的波形，作出微小时间Δt(Δt