人教版 (2019)选择性必修 第一册1 波的形成优秀导学案

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第一册1 波的形成优秀导学案，文件包含人教版2019高中物理选择性必修第一册31《波的形成》导学案教师版docx、人教版2019高中物理选择性必修第一册31《波的形成》导学案学生版docx等2份学案配套教学资源，其中学案共14页， 欢迎下载使用。

【学习目标】
1.通过观察和分析，认识波是振动的传播，知道波在传播振动形式的同时也传播能量和信息。
2.能对波动现象进行分析和推理，认识波的形成过程。
3.能区别横波和纵波，知道什么是波峰和波谷，密部和疏部，
4.知道机械波的概念和形成机械波的条件。
【学习重难点】
1.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。
2.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。
【知识回顾】
一、简谐运动
1.定义1：如果物体的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图像(x ­t图像)是一条正弦曲线，这样的振动是一种简谐运动。
2.定义2:如果物体在运动方向上所受的力与它偏离平衡位置的位移大小成__正比__，并且总是指向平衡位置__，质点的运动就是简谐运动。
二、简谐运动的能量
1．振动系统的状态与能量的关系
(1)振子的速度与动能：速度不断__变化__，动能也在不断__变化__。
(2)弹簧形变量与势能：弹簧形变量在不断__变化__，因而势能也在不断__变化__。
2．简谐振动的能量
振动系统的能量一般指振动系统的机械能。振动的过程就是动能和势能互相转化的过程。
(1)在最大位移处，__势能__最大，__动能__为零；
(2)在平衡位置处，__动能__最大，__势能__最小；
(3)在简谐运动中，振动系统的机械能__守恒__(选填“守恒”或“减小”)，而在实际运动中都有一定的能量损耗，因此简谐运动是一种理想化的模型。
【自主预习】
一、波的形成
以绳波为例：
(1)设想将绳分成许多小段，每一段都可以看成__质点__。
(2)相邻质点间有相互作用，当振源质点振动时，会带动相邻质点__振动__。这一质点又会带动下一质点振动。
(3)后面质点的运动__重复__前面质点的运动。
(4)后面质点运动滞后前面质点的运动，同一时刻，各质点离开平衡位置的__位移__是不同的，从而形成凹凸相间(疏密相间)的波形。
二、横波和纵波
机械波可分为横波和纵波两类，其波形及描述对比如下：
三、机械波
1．介质
(1)定义：绳、弹簧、水、空气等__波__借以传播的物质。
(2)特点：组成介质的质点之间有__相互作用__，一个质点的振动会引起相邻质点的振动。
2．形成
机械振动在__介质__中传播，形成机械波。
3．两个产生条件
(1)要有__振源__。
(2)要有传播振动的__介质__。
4．传递的三个特点
(1)介质中的机械波传播时，介质本身并不随波一起传播，它传播的只有__振动__这种运动形式。
(2)波是传递__能量__的一种方式。
(3)波可以传递__信息__。
【课堂探究】
【新课导入】
观察以下视频中运动的有什么特点？这种运动叫什么？
国旗、水波、彩带上的波浪翻卷实际是振动在传播的结果。振动的传播称为波动，简称波。
波是怎么形成的？波向前传播时每个点也在向前运动吗？
【新课教学】
任务一、波的形成
实验探究
带着如下问题先观察下面演示实验后思考：手拿绳的一端，上下振动一次，使绳上形成一个凸起状态，随后形成一个凹落状态，可以看到，这个凸起状态和凹落状态在绳上从一端向另一端移动.如果在绳子上某处做一红色标记，观察这一红色标记的运动.
(1)红色标记做什么运动？
(2)为什么会看到凸起状态和凹落状态在绳上从一端向另一端移动？
提示：标记在做振动，各个质点都在做振动。
（二）成因分析
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？
（三）波的形成
（1）绳子各部分看成许多质点组成，各部分之间存在着相互作用的弹力．
（2）沿波的传播方向上后一个质点比前一个质点落后一段时间，质点依次被带动．
（3）振动的形式传播出去形成波．
然后提问波有什么特点？然后总结波有下图的特点：
任务二、横波和纵波
横波
绳波中各质点的振动方向和波的传播方向间有怎样的关系？这种波叫什么？
横波：参与振动的质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波。
纵波
观察推拉弹簧形成的波，判断这种波在传播的过程中各质点的振动方向和波的传播方向间有怎样的关系？这种波叫什么？
纵波：质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波．
（三）声波
阅读课文，发声体振动时在空气中产生的声波是横波还是纵波？
提示：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。：
当地震发生时，地震波在地球内部和地表传播，有时使人感到左右摇晃，有时感到上下颠簸，由此可见地震波是什么波？
提示：地震震源往往在地下某个地方，地震发生时，人感到上下颠簸是因为有纵波，感到左右摇晃是因为有横波，所以，地震波既含有纵波成分又含有横波成分。另外，横波振幅比纵波大，破坏力大，所以横波的水平晃动力是造成建筑物损坏的主要原因。
任务三、机械波
（一）机械波
通过前面的学习，我们已经知道：
对绳一端的抖动依次引起了绳中各段的振动，振动在绳中的传播形成了绳波；
对水面一处的扰动由近及远引起了水面各部分的振动，此振动在水中的传播形成了水波；
击鼓时，对鼓皮的扰动引起了周围空气的振动，此振动在空气中的传播形成了声波.
由此，你能得出什么结论？
提示：这些波都是振动状态在某些物体中的传播.
阅读课文，什么是介质，什么是机械波，并尝试总结机械波的产生条件？
1. 介质：波借以传播的物质.
2.机械波：机械振动在介质中的传播，形成机械波.
3.产生机械波的条件:同时存在波源和介质，且质点之间有相互作用。
（二）波的特点
机械波有什么特点？
1.各质点的振动
①沿波传播的方向由近及远的传播。
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;
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；
⑤各质点的起振方向都与波源的起振方向相同。
2.传播规律：波在同一种均匀介质中匀速传播。
（三）波动与振动区别和联系
波动与振动有什么区别和联系？
(1)区别：振动是一个质点的往复运动; 波动是介质中许多质点的集体运动。
(2)联系：
①都是周期性的运动；
②从构成介质的某一质点来看，所呈现的现象是振动，从构成介质的整体来看，所呈现的现象是波动；
③振动是形成波动的必要条件，但有振动不一定存在波动；
④波动是振动形式的传播过程。
【自我测评】
1.（2021湖北潜江高二下检测）如图所示为一横波在某一时刻的波形图，已知此时质点A 正向上运动，如图中箭头所示，由此可判断此横波( )
A.向右传播，且此时质点B 正减速运动
B.向右传播，且此时质点C 位移正增大
C.向左传播，且此时质点D 加速度正减小
D.向左传播，且此时质点E 势能正减小
【答案】C
【详解】由题意，此时质点A 正向上运动，波形将向左平移，所以此横波向左传播，此时质点B 、C 的振动方向向下，D 、E 振动方向向上，B 向平衡位置运动，速度增大，C 向波谷运动，位移增大，D 向平衡位置运动，加速度减小，E 向波峰运动，位移增大，势能增大，故C 正确，A 、B 、D 错误。
2.振源A 带动细绳上各点上下做简谐运动，t=0 时刻绳上形成的波形如图所示。规定绳上质点向上运动的方向为x 轴的正方向，则P 质点的振动图像是( )
【答案】B
【详解】由题图及波的传播与质点的振动关系可知，P 质点在t=0 时刻正由平衡位置沿x 轴负方向运动，故B 正确，A 、C 、D 错误。
3.如图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 ，下列说法正确的是( )
A.若M 质点为波源，则M 质点开始振动时方向向下
B.若M 质点为波源，则P 质点已经振动了34T
C.若N 质点为波源，则P 质点已经振动了34T
D.若N 质点为波源，则该时刻P 质点动能最大
【答案】C
【详解】若M 质点为波源，相当于M 质点追随它左边的质点振动，又因为是经过一个周期的波形，此时M 质点的振动方向向上，即开始振动时的方向向上，A 错误；若M 质点为波源，振动刚刚传到N 质点，P 质点已振动了14T ，B 错误；若N 质点为波源，则N 质点开始振动的方向向下，P 质点已振动了34T ，又因为此时P 质点离平衡位置最远，速度为零，动能最小，故C 正确，D 错误。
【学后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？定义
标识性物理量
实物波形
横
波
质点的振动方向与波的传播方向相互__垂直__的波
①波峰：凸起的__最高处__
②波谷：凹下的__最低处__
纵
波
质点的振动方向与波的传播方向在__同一直线上__的波
①密部：质点分布__最密__的位置
②疏部：质点分布__最疏__的位置