教科版 (2019)1 机械波的形成和传播学案

这是一份教科版 (2019)1 机械波的形成和传播学案，共17页。
1．知道机械波、横波和纵波的概念，明确波峰和波谷、疏部和密部。
2．通过实例观察知道机械波产生的条件及传播过程。
3．借助对波的传播过程的探究，区分横波和纵波。
4．通过生活中的波动现象培养观察、分析、归纳的能力。
知识点一 机械波的形成和传播
1．波：振动的传播称为波动，简称波。
2．波的形成(以绳波为例)
(1)一条绳子可以分成一个个小段，这些小段可以看作一个个相连质点，这些质点之间存在着弹力的作用。
(2)当手握绳端上下振动时，绳端带动相邻的质点，使它也上下振动。这个质点又带动更远一些的质点……绳上的质点都跟着振动起来，只是后面的质点总比前面的质点迟一些开始振动。
知识点二 机械波
1．介质：能够传播振动的物质。
2．机械波的形成：机械振动在介质中传播，形成机械波。
3．特点
(1)介质中有机械波传播时，介质本身并不随波的传播而向前移动，因此说它传播的只是机械振动这种运动形式。
(2)介质中本来静止的质点，随着波的传来而发生振动，可见波是传递能量的一种方式。
(3)我们能用语言进行交流，说明波可以传递信息。
知识点三 横波和纵波
1．横波与纵波的比较
2．声波
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，也能在固体、液体中传播。
横波和纵波的分类依据是什么？
提示：波的传播方向和质点振动方向的关系。
思考辨析(正确的打√，错误的打×)
(1)质点的振动位置不断转换即形成波。(×)
(2)在绳波的形成和传播中，所有质点的运动是近似的匀速直线运动。(×)
(3)如果波源停止振动，介质中的波也会立即停止。(×)
(4)机械波向右传播时，右方的质点比左方的质点早一些振动。(×)
(5)机械波的传播过程也是能量的传递过程。(√)
(6)横波中质点的振动方向和波的传播方向垂直。(√)
(7)纵波中质点随波向前迁移。(×)
如图所示是艺术体操比赛中的带操表演，运动员手持细棒抖动彩带的一端，彩带随之波动翻卷，翩翩起舞。请问：
(1)波是怎样形成的？
(2)波的传播有什么特点？
提示：(1)彩带后面的质点在前面质点的带动下形成了带波。
(2)彩带的每一点并没有随波向远处迁移，只是向远处传递了机械振动这种运动形式和能量。
考点1 波的形成和传播
1．机械波的形成
2．波的特点
(1)振幅：像绳波这种一维(只在某个方向上传播)机械波，若不计能量损失，各质点的振幅相同。
(2)周期：各质点振动的周期均与波源的振动周期相同。
(3)步调：离波源越远，质点振动越滞后。
(4)立场：各质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波迁移，且起振方向与波源的起振方向相同。
(5)机械波向前传播的是振动这种运动形式，同时也传递能量和信息。
【典例1】 如图所示是某绳波形成过程的示意图，质点1在外力作用下沿垂直直线方向做简谐运动，带动其余质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端。已知t＝0时，质点1开始向上运动，t＝T4时，1到达最上方，5开始向上运动。问：
(1)t＝T2时，质点8、12、16的运动状态(是否运动、运动方向)如何？
(2)t＝3T4时，质点8、12、16的运动状态如何？
思路点拨：解答此题要注意以下三点：
(1)波在传播过程中前一质点带动后一质点振动。
(2)各质点的起振方向都与波源相同。
(3)各质点的振动频率都与波源的振动频率相同。
[解析] 各质点在各时刻的振动情况，如图所示。
甲
乙
(1)由甲图可知，t＝T2时，质点8未到达波峰，正在向上振动，质点12、16未振动。
(2)由乙图可知，t＝3T4时，质点8正在向下振动，质点12向上振动，质点16未振动。
[答案] 见解析
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，如上例中波源1和质点5、9、13这些点的位置确定后，其他点可顺势找出。
[跟进训练]
1．(多选)如图所示，水平放置的弹性长绳上有一系列均匀分布的质点1、2、3、…使质点1沿竖直方向做简谐运动，振动将沿绳向右传播，从质点1经过平衡位置向上运动时开始计时，当振动传播到质点13时，质点1恰好完成一次全振动。此时质点10的加速度( )
A．为零B．为最大值
C．方向向上 D．方向向下
BD [根据题意，当振动传播到质点13时，质点1恰好完成一次全振动，故此时质点1～13间波形为一个完整的正弦波形，此时质点10处于正向最大位移处，回复力最大，方向指向平衡位置，即向下；根据牛顿第二定律，可知加速度最大，且方向也指向平衡位置，即向下，故选B、D。]
考点2 横波和纵波
横波和纵波的比较
特别提醒：在现实生活中，绳上波为横波，声波为纵波，有些机械波既有横波，也有纵波。例如：地震波既有横波成分，又有纵波成分。
【典例2】 关于横波和纵波，下列说法正确的是( )
A．振源上下振动形成的波是横波
B．振源水平振动形成的波是纵波
C．波沿水平方向传播，质点上下振动，这类波是横波
D．质点沿水平方向振动，波沿水平方向传播，这类波是纵波
C [根据纵波与横波的定义知，质点振动方向与波的传播方向垂直的波是横波，质点振动方向与波的传播方向平行的波是纵波，并不是上下振动与水平振动的问题，所以A、B错误，C正确；波沿水平方向传播，且质点沿水平方向振动不足以说明质点振动方向与波的传播方向平行，则D错误。]
[跟进训练]
2．(多选)关于横波和纵波，下列说法正确的是( )
A．对于纵波，质点的振动方向和波的传播方向有时相同，有时相反
B．对于横波，质点的运动方向与波的传播方向一定垂直
C．形成纵波的质点随波一起迁移
D．空气介质只能传播纵波
ABD [质点的振动方向与波的传播方向垂直的波是横波，质点的振动方向与波的传播方向平行的波是纵波，纵波质点的运动方向与波的传播方向有时相同，有时相反，A、B正确；无论横波还是纵波，质点都不随波迁移，C错误；横波不能在空气中传播，空气只能传播纵波，D正确。]
1．(多选)关于机械波的形成和传播，下列说法中正确的是( )
A．机械波只能在介质中传播，波源周围如果没有介质，就不能形成机械波
B．离波源较近的质点总比离波源较远的质点振动得迟一些
C．离波源较近的质点总比离波源较远的质点振动得早一些
D．一旦波源振动起来，介质中的各个质点也就立刻振动起来
AC [机械波形成的条件是有波源和介质，两者缺一不能形成机械波；机械波的形成可表述为离波源近的质点带动离波源远的质点振动，故离波源近的质点振动得早一些。所以A、C正确。]
2．(多选)一列横波某时刻的波形如图所示，则关于质点A在此时刻的受力情况，下列说法正确的是 ( )
A．如果波向右传播，则质点A受到向上的作用力
B．如果波向右传播，则质点A受到向下的作用力
C．如果波向左传播，则质点A受到向上的作用力
D．如果波向左传播，则质点A受到向下的作用力
BD [波在介质中传播的过程中任何质点都参与波的传播，都会振动。振动需要回复力，质点A所受的回复力总是指向平衡位置，所以题图中A受到的力向下，与波的传播方向无关。故B、D正确。]
3．(新情境题，以地震为背景，考查纵波和横波)中国地震台网测定：老挝发生6.0级地震，离我国边境线仅4公里，造成云南震感强烈。已知地震波分三种：横波(S波)，波速vS＝4.5 km/s；纵波(P波)，波速vP＝9.9 km/s；面波(L波)，vL