3.1机械波的产生和传播 学案－2021年粤教版（新教材）物理选择性必修第一册

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1、第一节第一节 机械波的产生和传播机械波的产生和传播 学习目标要求 核心素养和关键能力 1.知道机械波产生的条件， 理解机械波的 形成过程和传播特点。 2.知道纵波和横波的概念。 3.理解波的图像的物理意义， 能通过图像 获取相关信息。 1.科学思维 类比的思想。 2.科学态度与责任 培养自主学习、探索身边物理问题的兴趣。 3.关键能力 (1)理解能力。 (2)分析推理能力。 一、认识机械波 1.机械波：机械振动在媒介中的传播叫作机械波。 2.波源：要产生机械波，必须有一个振动源，我们称之为波源。 3.介质：只有波源并不能产生机械波，还必须要有传播机械振动的媒介，绳子、丝带等用来传 播振动的媒介

2、被称为介质。 二、机械波的传播 1.机械波既传播振动的运动形式，同时也将波源的能量传播出去。 2.在波传播的过程中，每个质点只是在平衡位置附近振动，并未形成沿机械波传播方向的宏观 移动。 判一判 (1)有机械振动一定产生机械波。() (2)机械波就是介质中的质点由近及远的运动。() (3)机械波不但传播振动形式，而且传播能量。() (4)波的传播过程中介质中质点所作的振动属于受迫振动。() 三、横波和纵波 定义 实物波形 横波 介质质点的振动方向与波的传播方 向垂直的机械波 抖动绳子产生的横波 纵波 传播方向和质点的振动方向在同一 直线上，我们把这种机械波叫作纵 波 挤压弹簧产生的纵波 做一做

3、 绳波在某时刻的形状如图所示，O 是波源，则 P点的振动比 P 点振动_(选填“超前” 或“滞后”)，此刻 P点的振动方向_(选填“向上”或“向下”)。 答案 超前 向上 探究 1 波的形成及特点 情境导入 如图所示， 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)红色标记有没有随波迁移？ (2)当手停止抖动后，绳上的波会立即停止吗？ 答案 (1)没有，红色标记只在竖直方向上下振动。 (2)不会，当手停止抖动后，波仍向右传播。 归纳拓展

4、 1.波的形成 (1)动力学观点：介质质点间存在相互作用力，介质中前面的质点带动后面的质点振动，将波 源的振动形式向外传播。 (2)能量观点：介质中前后质点间存在相互作用力，因而相互做功，从而将波源能量向外传播。 机械波的产生过程如图所示： 2.波的传播特点 (1)振动形式由波源逐步向远处传播； (2)各质点相继发生振动，后一质点将重复前一质点的振动； (3)各质点的起振方向均相同； (4)各质点只在平衡位置附近做机械振动，而不随波迁移； (5)波传播了运动形式，传递了能量，也传递了信息。 3.振动和波动的区别与联系 振动 波动 区别 研究对象 单个质点在平衡位置附近的 往复运动， 研究的是单

5、个质点 的“个体行为” 振动在介质中的传播， 研究的 是大量质点将波源振动传播 的“群体行为” 力的来源 可以由作用在物体上的各种 性质力提供 联系介质中各质点间的弹力 运动性质 质点做变速运动 在均匀介质中是匀速直线运 动 联系 (1)振动是波动的原因，波动是振动的结果；有波动必然有振动，有振动 不一定有波动 (2)简谐波波动的频率和振幅与波源相同 【例 1】 如图甲所示，均匀介质中，各质点的平衡位置在同一直线上(图中只画出前 13 个质 点)，相邻两质点间的距离相等。计时开始时质点 1 由平衡位置向上振动，经过 6 s，前 13 个 质点第一次形成如图乙所示的波形。再过 3 s，这 13

6、个质点所形成波的形状为图中的( ) 答案 C 解析 根据振动的周期性和波的传播特点可知，质点 13 此时的振动方向向下，而波源的起振 方向向上，所以质点 13 已经振动了1 2T，设周期为 T，则 t 1 2T 3 2T6 s，得 T3 s。再过 3 s， 即再过一个周期，波形与图乙相同，故 A、B、D 错误，C 正确。 【训练 1】 (2020 运城市景胜中学期末)关于振动和波的关系，下列说法正确的是( ) A.如果波源停止振动，在介质中传播的波也立即停止 B.发声体在振动时，一定会产生声波 C.波动的过程是介质质点由近及远的迁移过程 D.波动的过程是质点的振动形式及能量由近及远的传播过程

7、答案 D 解析 由于机械波依靠介质传播，如果波源停止振动，已经振动的质点，由于惯性还要振动一 会儿，所以形成的波不会立即停止，故 A 错误；机械波是机械振动在介质中传播的过程，有 机械振动不一定有机械波，还必须有传播振动的介质，故 B 错误；波在介质中传播，不是介 质质点由近及远的传播过程，而是质点的振动形式及能量由近及远的传播过程，故 C 错误，D 正确。 探究 2 横波与纵波 情境导入 如图所示。 (1)图甲是绳波，其中质点的振动方向与波的传播方向是什么关系？ (2)图乙是声波，其中质点的振动方向与波的传播方向是什么关系？ 答案 (1)相互垂直。 (2)在同一条直线上。 归纳拓展 1.横波

8、与纵波的区别 名称 项目 横波 纵波 概念 在波动中，质点的振动方向 和波的传播方向相互垂直 在波动中，质点的振动方向 和波的传播方向在同一条直 线上 介质 不能在气体介质中传播 在固体、液体和气体介质中 均能传播 特征 在波动中交替、间隔出现波 峰和波谷 在波动中交替、间隔出现密 部和疏部 2.横波和纵波的特点 (1)横波的质点振动方向和波的传播方向相互垂直。 (2)纵波的质点振动方向和波的传播方向在同一直线上。 (3)横波有波峰和波谷，纵波有疏部和密部。 3.几种常见的机械波 (1)绳波是横波。 (2)声波是纵波。 (3)水波是比较复杂的机械波，不能简单地认为是横波，但有时将水波理想化为横

9、波。 【例 2】 (2020 四川武胜烈面中学高二期中)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.波沿水平方向传播，质点在竖直方向上下振动，这类波是横波 D.形成纵波的质点，随波一起迁移 答案 C 解析 横波质点的振动方向与波的传播方向相互垂直， 纵波质点的振动方向与波的传播方向有 时相同有时相反， 故选项 A、 B 错误， C 正确； 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，故选项 D 错误。 【训练 2】 区分横波和纵波是根据( ) A.是否沿水平方向

10、传播 B.质点振动的方向和波传播的远近 C.质点振动的方向和波传播的方向的关系 D.质点振动的快慢 答案 C 解析 横波与纵波的区别是根据波的传播方向与质点的振动方向之间的关系判断的。 如果两者 的方向在同一条直线上，则该波就是纵波；如果两者的方向相互垂直，则该波就是横波。 1.(波的形成与特点)(2020 江苏江阴高二期中)一个小石子投向平静的湖水中，会激起一圈圈波 纹向外传播，如果此时水面上有一片树叶，下列对树叶运动情况的叙述中正确的是( ) A.渐渐飘向湖心 B.渐渐飘向湖边 C.在原处上下振动 D.沿着波纹做圆周运动 答案 C 解析 一个小石子投向平静的湖水中，激起圆形的水波向外传播，

11、而水波可看作横波，传播过 程中水面各质点上下振动，既不向外移动，也不向圆心移动，更不会沿波纹作圆周运动。 2.(波的形成与特点)(多选)(2020 湖北高二月考)关于机械波的说法正确的是( ) A.相邻的质点要相互做功 B.机械波在真空中也能传播 C.波源开始时怎样振动，其他质点开始时就怎样振动 D.除波源外，波中各质点都做受迫振动 答案 ACD 解析 机械波传播的过程中，前面质点要带动相邻的后面质点一起振动，则相邻的质点要相互 做功，选项 A 正确；机械波必须要依靠介质传播，不能在真空中传播，选项 B 错误；后面的 质点要重复前面质点的振动，则波源开始时怎样振动，其他质点开始时就怎样振动，选

12、项 C 正确；除波源外，波中后面的质点总是在前面质点带动下做受迫振动，选项 D 正确。 3.(横波与纵波)关于横波和纵波，下列说法正确的是( ) A.波源上下振动形成的波是横波 B.波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 答案 C 解析 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 向与波动的传播方向在同一直线上的波是纵波，并不是上下振动与水平振动的问题，所以选项 A、B 错误，C 正确；对于 D，水平方向传播、水平方向振动不足以 说明质点振动方向与波的 传播方向在同一直线上，则 D 项错误。 4.(横波和纵波)(多选)机械波按质点振动方向与波传播方向的关系可分为横波和纵波。 关于介质 中质点的振动方向和波的传播方向，下列说法正确的是( ) A.在横波中二者方向有时相同 B.在横波中二者方向一定不同 C.在纵波中二者方向有时相同 D.在纵波中二者方向一定不同 答案 BC 解析 在横波中质点振动方向和波的传播方向相互垂直，所以二者方向一定不同，故 A 项错 误，B 项正确；在纵波中二者方向在同一直线上，既可以相同，也可以不同，故 C 项正确，D 项错误。