高中物理选修34第十二章 机械波 教学案.docx

高中物理选修34第十二章 机械波 教学案.docx

《高中物理选修34第十二章 机械波 教学案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理选修34第十二章 机械波 教学案.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高中物理选修34第十二章机械波教学案

12.1、波的形成和传播

学习目标

1、理解波的形成过程及质点的振动特点

2、理解波的传播过程的特点

3、知道横波和纵波的异同，机械波的一般特点

学习难点

波的形成和传播过程的特点

课堂学习

一、绳波的形成和传播特点（观察波的形成演示后学生总结）

1．各个质点都在自己的平衡位置附近做运动

2．所有质点的起振方向都

3．各质点都重复振源的振动，只在时间上依次落后

4．波的形状向前速推移,且波的前端波形保持不变（即可能波峰始终在前）

5．振源完成一次全振动，刚好形成一个完整的波形

6．质点只在自己的平衡位置附近振动,并不“随波逐流”

问题1：

为什么振源的振动会带动其他质点的振动？

问题2：

你能用一句精炼的话总结波的形成原因吗？

二、波的分类：

①横波:

振动方向与的传播方向垂直,传播过程中会形成波峰和波谷。

凸起的叫波峰，凹下的叫波谷

②纵波:

质点的振动方向与波的传播方向,传播过程中会形成疏部和密部.

常见纵波：

声波地震波既有横波又有纵波。

三、机械波

1．形成条件：

振源、弹性介质

2．波传播的是能量和振动这种运动形式

典例精讲

例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．后振动的质点总是跟着先振动的质点重复振动，只是时间落后一步

C．参与振动的质点群有相同的频率

D．机械波是介质随波迁移，也是振动能量的传递

例2．一列简谐横波在x轴上传播，某时刻的波形图如图所示，a、b、c为三个质元，a正向上运动．由此可知（　　）

A．该波沿x轴正方向传播

B．c正向上运动

C．该时刻以后，b比c先到达平衡位置

D．该时刻以后，b比c先到达离平衡位置最远处

例3．位于坐标原点处的波源A沿y轴做简谐运动．A刚好完成一次全振动时，在介质中形成简谐横波的波形如图所示，B是沿波传播方向上介质的一个质点，则（　　）

A．波源A开始振动时的运动方向沿y轴负方向

B．此后的

周期内回复力对波源A一直做负功

C．经半个周期时间质点B将向右迁移半个波长

D．在一个周期时间内A所受回复力的功为零

巩固练习

．关于机械波，下列说法正确的是

A．各质点都在各自的平衡位置附近振动

B．相邻质点间必有相互作用力

C．前一质点的振动带动后一质点的振动，后一质点的振动必定落后于前一质点

D．各质点随波的传播而迁移

2．机械波按质点振动方向和传播方向的关系可分为横波和纵波

（1）关于介质中质点的振动方向和波的传播方向的关系，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

（2）如图所示，若一列波在x轴上传播，a点是波传播方向上的某一质点，则质点a的传播方向一定上下振动吗？

3．一列横波沿水平方向传播，某一时刻的波形如图所示。

则图中a、b、c、d四点在此时刻具有相同运动方向的是

A．a和cB．a和dC．b和cD．b和d

4.不论横波还是纵波，介质中各个质点发生振动并不随波迁移。

因此，波传播的是_________________，而不是介质本身。

5.波传来前，各个质点是静止的，波传来后开始振动，说明他们获得了能量。

这个能量是从波源通过前面的质点传来的。

因此：

波是传递_________的一种方式。

6.图（a）中有一条均匀的绳，

是绳上一系列等间隔的点．现有一列简谐横波沿此绳传播．某时刻，绳上

四点的位置和运动方向如图（b）所示（其他点的运动情况未画出），其中点

的位移为零，向上运动，点

的位移达到最大值．试在图（c）中画出再经过

周期时点

的位置和速度方向，其他点不必画．[图（c）的横、纵坐标与图（a）、（b）完全相同]

12．3、波的图象

学习目标：

1．明确波的图象的物理意义。

知道振动图象与波动图形的区别

2．掌握波的周期性的特点，知道描述波的物理量─波长，周期（频率）和波速

学习难点：

波的图象的物理意义，振动图象与波动图形的区别；

课堂学习：

1、波的图象（又叫某一时刻波形图）：

在平面直角坐标系中：

横坐标表示,纵坐标表示。

用纵坐标表示某一时刻，各质点，连结各位移矢量的末端，得到的曲线即为波的图像，简谐波的图像是曲线。

如果波的图象是正弦曲线，这样的波叫正弦波，也叫。

介质中有简谐波传播时，介质的质点在做运动

2、物理意义：

3、应用：

如右图中，设波沿x轴正方向传播，由波的图像可得信息

（1）该时刻各质点以及该波的

（2）若知道波速的方向，可知各质点的

（3）已知该时刻各质点的运动方向，可判断

（4）已知波速v的大小可求

（5）已知波速v的大小和方向，可画前、后一时刻的

2．波的图象的物理意义：

3．比较振动图象与波形图象

　　　两种图象

比较内容　　　

振动图象

波的图象

图象特点

研究对象

研究时间

横坐标

纵坐标

图象信息

图象变化

一完整曲线对应横坐标

典例精讲

例1.右图所示为一列向右传播的简谐横波在某时刻的波形，由图像可知

A．质点b此时位移为零

B．质点b此时向-y方向运动

C．质点d振幅是2cm

D．质点a再经过T/2通过的路程是4cm，偏离平衡位置的位移是4cm

例2．关于如下图所示的波形图，下列说法不正确的是

A．此列波各质点的振幅是0.1m

B．x=15m处质点的位移是0.1m

C．若A的速度方向沿y正方向，则B的速度方向亦沿y轴正方向

D．A的加速度方向沿y轴负方向，而B、C的加速度方向沿y轴正方向

巩固练习

1．如下图所示，为一列沿x轴负方向传播的简谐波在某一时刻的图像，下列说法正确的是

A．该时刻a点和d点处的质点位移相同，加速度方向相反

B．该时刻b点和c点处的质点位移相同，速度方向相同

C．质点b比质点c先回到平衡位置

D．质点a比质点d先回到平衡位置

2．一列简谐波在t=0时刻的波形图如下图（a）所示，下图（b）表示该波传播的介质中某质点此后一段时间内的振动图象，则：

若波沿x轴正方向传播，（b）图应为

A．a点的振动图象

B．b点的振动图象

C．c点的振动图象

D．d点的振动图象

3.介质中坐标原点O处的波源在t＝0时刻开始振动，产生的简谐波沿x轴正向传播，t0时刻传到L处，波形如图所示．下列能描述x0处质点振动的图象是（　　）

12.3波长、频率和波速

学习目标

1．知道什么是波的波长，能在波的图像中求出波长。

　　2．知道什么是波传播的周期（频率），理解各质点振动周期与波源振动周期的关系。

　　3．知道波速的物理意义及决定因素，理解波长、周期（频率）和波速之间的关系，能用它解决实际问题。

　4．能在某一时刻的波的图像和波的传播方向上，画出下一时刻和前一时刻的波的图像。

学习重点：

波速、周期（频率）的决定因素以及公式V=λ/T=λf的理解与应用

学习难点：

波传播中的多解问题

课堂学习:

1．波长：

（1）定义：

（2）物理实质：

相距一个（或整数个）波长的两个质点的振动位移在任何时刻都，而且振动速度的大小和方向也，即相距一个（或整数个）波长的两个质点在任何时候的运动状态都

（3）对于横波，相邻的或相邻的之间的距离等于波长；对于纵波，相邻的两个中央或相邻的两个中央间的距离等于波长。

2．波速：

（1）定义：

波的传播速度，即振动形式的传播速度，也是波的的传播速度。

（2）决定因素：

机械波在介质中的传播速度由决定，与波源的振动频率。

3．周期和频率：

（1）在振动中，各个质点的振动周期或频率是的，它们都等于的周期和频率，这个周期和频率也叫波的周期和频率。

（2）当波从一种介质进入另一种介质时，波的频率。

（3）在波的传播方向上，介质中各质点都做，其频率都等于的振动频率．

4．波长、频率（周期）和波速之间的关系：

经过一个周期T，振动在介质中的传播距离等于

典例精讲

例1.一列沿着x轴正方向传播的横波，在t=O时刻的波形如图甲所示．图甲中某质点的振动图象如图乙所示．质点N的振幅是m，振动周期为s，图乙表示质点（从质点K、L、M、N中选填）的振动图象．该波的波速为m/s．

例2.渔船常利用超声波来探测远处鱼群的方位，已知某超声波的频率为1.0×105Hz，某时刻该超声波在水中传播的波动图象如图15所示．

（1）从该时刻开始计时，画出x＝7.5×10－3m处质点做简谐运动的振动图象（至少一个周期）．

（2）现测得超声波信号从渔船到鱼群往返一次所用的时间为4s，求鱼群与渔船间的距离（忽略船和鱼群的运动）．

巩固练习：

1．关于波长，下列说法中正确的是

A．在一个周期内，沿着波的传播方向，振动在介质中传播的距离是一个波长

B．两个相邻的、在振动过程中运动方向总是相同的质点间的距离是一个波长

C．在横波中，两个相邻波峰（或者两个相邻波谷）之间的距离等于波长

D．在纵波中，两个相邻密部（或者两个相邻疏部）之间的距离等于波长

2．如下图所示，是一列简谐波在某一时刻的波形图，下列说法正确的是

A．质点A、C、E、G、I在振动过程中相位总是相同的

B．质点B、F在振动过程中相位总是相同的

C．质点D、H的平衡位置之间的距离是一个波长

D．质点A、I在振动过程中相位总是相同的，它们的平衡位置之间的距离是一个波长

3．在介质中有一沿水平方向传播的机械波。

一质点由平衡位置竖直向上运动，经0.1s到达最大位移处，在这段时间内波传播了0.5m。

则

A．周期是0.2sB．波长是0.5m

C．波速是2m/sD．经1.6s传播了8m

4.下图甲所示是一列简谐横波在t=0.2s时的波形图，其中O是波源，图乙是波上某一点P的振动图象。

（1）该波的波长是m，周期是s，波速为m/s

（2）说明P质点的位置。

（3）画出t=0.4s和t=0.55s的波形图。

专题：

波动和振动的综合分析

题型一：

波的形成和传播实质

例1．一根弹性绳沿x轴方向放置，左端在原点O处，用手握住绳的左端使其沿y轴方向做周期为1s的简谐运动，于是在绳上形成一简谐波．绳上质点N的平衡位置为x＝5m，振动传播到质点M时的波形如图

所示．求：

（1）绳的左端振动后经多长时间传播到质点N；

（2）质点N开始振动时，绳的左端已通过的路程；

（3）如果从N开始振动计时，画出质点N振动的位移—时间图线．

题型二：

波动和振动多解问题

例2．如图实线是某时刻的波形图象，虚线是经过0.2s时的波形图象．求：

（1）波传播的可能距离；

（2）可能的周期；

（3）可能的波速；

（4）若波速是35m/s，求波的传播方向；

（5）当0.2s小于一个周期时，传播的距离、周期、波速．

课后总结

一、波的形成及传播规律的应用

1．波的形成及特点

波源把自己的振动方式通过介质的质点由近及远的传播，就形成了波．

（1）质点只在自己的平衡位置振动，并不随波的传播向前迁移；

（2）介质中每个质点的起振方向都和波源的起振方向相同；

（3）每个质点的振动周期都等于波的传播周期，质点振动一个周期波传播一个波长；

（4）波传播的是波源的振动形式和能量，也能传递信息．

2．波的传播方向与质点的振动方向的判断方法

内容

图象

上下坡法

沿波的传播方向，上坡时质点向下振动，下坡时质点向上振动

同侧法（带动法）

波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧

微平移法

将波形图沿传播方向进行微小平移，再由x轴上某一位置的两波形曲线上的点来判定

3.波长、波速和频率的关系

（1）关系式：

v＝λf

（2）机械波的波速取决于介质，与波的频率无关．在同一均匀介质中，机械波的传播是匀速的．

（3）机械波的频率取决于波源振动的频率，当波从一种介质进入另一种介质时，波的频率不变．

（4）在波的传播方向上，介质中各质点都做受迫振动，其频率都等于振源的振动频率．

二、造成波动问题多解的主要因素有:

1.周期性

机械波在时间和空间上具有周期性．

一方面，每经过一个周期T或nT，介质中的质点完成一次（或n次）全振动回到原来的状态，波形图线与原来的图线完全相同，这在传播时间与周期关系上形成多解，t＝nT＋Δt；另一方面，波形沿波的传播方向向前推进λ或nλ，在波形图上，相距λ、2λ、3λ、…、nλ的质点振动步调完全一致，后面的质点好象是前面质点振动情况的“复制”，这在传播距离与波长关系上形成多解，x＝nλ＋Δx.

2.双向性

①传播方向双向性:

波的传播方向不确定。

②振动方向双向性:

质点振动方向不确定。

3.介质中质点间距离与波长的关系的不确定性

已知两质点平衡位置间的距离及某一时刻它们所在的位置，由于波的空间周期性，则两质点存在着多种可能波形．做这类题时，可先根据题意，在两质点间先画出最简波形，然后再作一般分析，从而写出两质点间的距离与波长关系的通式．

巩固练习

1.如图所示为一列简谐横波的波形图，其中实线是t1＝1.0s时的波形，虚线是t2＝2.0s时的波形，已知（t2－t1）小于一个周期。

关于这列波，下列说法中正确的是（　　）

A．它的振幅为10cm，波长为8m

B．它一定是向x轴正方向传播

C．它的周期可能是4.0s

D．它的传播速度可能是10m/s

2.一列简谐横波沿直线由A向B传播，A、B相距0.45m，如图是A处质点的振动图象．当A处质点运动到波峰位置时，B处质点刚好到达平衡位置，这列波的波速可能是（）

A．4.5m/s　　　　　B．3.0m/sC．1.5m/sD．0.7m/s

3.一列简谐横波沿直线传播，已知介质中a、b两质点平衡位置间的距离为2m，a、b两质点的振动情况如右图所示，则下列说法中错误的是（　　）

A．波长可能为

m

B．波长一定小于

m

C．波速可能为

m/s

D．波速可能大于

m/s

4.一列简谐横波沿直线传播，该直线上的a、b两点相距4.42m，图中实、虚两条曲线分别表示平衡位置在a、b两点处质点的振动曲线．从图示可知（　　）

A．此列波的频率一定是10Hz

B．此列波的波长一定是0.1m

C．此列波的传播速度可能是34m/s

D．a点一定比b点距波源近

5．一列简谐横波沿直线传播，在波的传播方向上有P、Q两个质点，它们相距0.8m．当t＝0时，P、Q两点的位移恰好是正最大值，且P、Q间只有一个波谷．当t＝0.6s时，P、Q两点正好处于平衡位置，且P、Q两点只有一个波峰和一个波谷，且波峰距Q点的距离第一次为0.2m．求：

（1）波由P传至Q，波的周期；

（2）波由Q传至P，波的速度；

（3）波由Q传至P，从t＝0时开始观察，哪些时刻P、Q间（P、Q除外）只有一个质点的位移大小等于振幅．

6.如图甲所示，为一列沿水平方向传播的

简谐横波在t＝0时的波形图，图乙是这列波中质点p的振动图线，那么：

图甲　　　　　　图乙

（1）该波的传播速度为________m/s；

（2）该波的传播方向为________（填“向左”或“向右”）；

（3）图甲中Q点（坐标为x＝2.25m处的点）的振动方程为：

y

＝________cm.

7.一列波在t1时刻的波形图如图中的实线所示，t2时刻的波形图如图中的虚线所示，已知Δt=t2－t1=0.5s,求

①这列波可能的波速？

②若波速为0.68m/s，这

列波向哪个方向传播？

12.5波的衍射和波的干涉

学习目标：

1．通过观察水波的衍射现象，认识衍射现象的特征；

2．知道什么是波的衍射现象和发生明显衍射现象的条件；

3．知道衍射现象是波特有的现象。

4．知道两列频率相同的波才能发生干涉现象；知道干涉现象的特点；

5．知道波的干涉现象是特殊条件下的叠加现象，知道干涉现象是波特有的现象；

6．通过观察波的独立前进，波的叠加和水波的干涉现象，认识波的干涉条件及干涉现象的特征。

学习重点：

波速、周期（频率）的决定因素以及公式V=λ/T=λf的理解与应用。

波的叠加及发生波的干涉的条件。

学习难点：

波传播中的多解问题；对稳定的波的干涉图样的理解。

课堂学习

1．波可以，这种现象叫波的衍射。

“闻其声而不见其人”是声波的___________现象。

2．光波的波长在___________的范围，跟一般障碍物的尺寸相比非常___________，所以通常的情况下看不到光的___________，就说光沿___________。

3．实验表明，当缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长__________，或者比波长更________时，能观察到明显衍射现象。

4．一切波发生衍射，衍射是___________特有的现象。

5．波的叠加：

两列波在空间相遇以后，互不干扰，仍以各自的运动特征向前传播，只是在重叠区域里，任一质点的总位移等于___________。

6．波的干涉：

（1）产生稳定干涉的条件：

___________；

（2）现象：

两波相遇时，某些区域振动总是加强，某些区域振动总是减弱，且加强和减弱区互相___________；（3）对两个完全相同的波源产生的干涉，凡__________处，振动加强；凡___________处，振动减弱。

7．和是波特有的现象。

典例精讲

例1.如图所示是观察水面波衍射的实验装置，AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O是波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹（图中曲线）之间距离表示一个波长，则波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是（　　）

A．此时能明显观察到波的衍射现象

B．挡板前后波纹间距离相等

C．如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象

D．如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显地观察到衍射现象

例2.如图中实线和虚线所示，振幅、周期、起振方向都相同的两列正弦波（都只有一个完整波形）沿同一条直线向相反方向传播，在相遇阶段（一个周期内），试画出每隔T/4后的波形图。

并分析相遇后T/2时刻叠加区域内各质点的运动情况。

例3.如图所示，S1、S2是两个相干波源，它们振动同步且振

幅相同。

实线和虚线分别表示在某一时刻它们所发出的波的

波峰和波谷。

关于图中所标的a、b、c、d四点，下列说法

中正确的有

A.该时刻a质点振动最弱，b、c质点振动最强，d质点振

动既不是最强也不是最弱

B.该时刻a质点振动最弱，b、c、d质点振动都最强

C.a质点的振动始终是最弱的，b、c、d质点的振动始终是最强的

D.再过T/4后的时刻a、b、c三个质点都将处于各自的平衡位置，因此振动最弱

巩固练习

1．下列说法正确的是

A．孔的尺寸比波长大得多时不会发生衍射现象

B．孔的尺寸比波长小才发生衍射现象

C．只有孔的尺寸跟波长相差不多或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象

D．只有波才有衍射现象

2．下列现象属于波的衍射现象的是

A．在空旷的山谷里喊叫，可以听到回声

B．“空山不见人，但闻人语响”

C．“余音绕梁，三日不绝”

D．夏日的雷声有时轰鸣不绝

3．一列水波穿过小孔产生了衍射现象，衍射的水波与原来的水波相比

A．波长变短了B．频率变高了C．波速没有变化D．质点的振幅变小了

4．已知空气中的声速为340m/s。

现有几种声波：

①周期为1/20秒②频率为104Hz③波长为10米。

它们传播时，若遇到宽约为13m的障碍物，能产生显著衍射现象的是

A．①和②B．②和③C．①和③D．都可以

5．在同一介质中两列频率相同，振动步调一致的横波互相叠加，则（）

A．波峰与波谷叠加的点振动一定是减弱的

B．振动最强的点经过

T后恰好回到平衡位置，因而该点的振动是先加强，后减弱

C．振动加强区和减弱区相间隔分布，且加强区和减弱区不随时间变化

D．加强区的质点某时刻位移可能是零

6．当两列振动情况完全相同的水波发生干涉时，如果两列波的波峰在P点相遇，下列说法正确的是

A．质点P的振动始终是加强的

B．质点P的振幅最大

C．质点P的位移始终最大

D．质点P的位移有时为零

7．两列沿相反方向传播的、振幅和波长都相同的半波如图甲所示，在相遇的某一时刻如图乙所示，两列波“消失”，此时图中a、b质点的振动方向是（　　）

A．a向上，b向下　　　　　　B．a、b都静止

C．a向下，b向上D．a、b都向上

8．如图表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇.图中实线表示某时刻的波峰，虚线表示的是波谷，下列说法正确的是（）

A．a、c两点的振动加强，b、d两点的振动减弱

B．e、f两点的振动介于加强点和减弱点之间

C．经适当的时间后，加强点和减弱点的位置互换

D．经半个周期后，原来位于波峰的点将位于波谷，原来位于波谷的点将位于波峰

9.如图所示，在某一均匀介质中，A、B是振动情况完全相同的两个波源，其简谐运动表达式均为x＝0.1sin（20πt）m，介质中P点与A、B两波源间的距离分别为4m和5m，两波源形成的简谐横波分别沿AP、BP方向传播，波速都是10m/s.

①求简谐横波的波长．

②P点的振动________（填“加强”或“减弱”）．

12.6多普勒效应学案

学习目标：

1．知道多普勒效应，了解一些多普勒效应的实际应用。

　　2．会解释多普勒效应。

学习重点、难点：

多普勒效应的应用

课堂学习:

1．多普勒效应：

当波源和观察者互相靠近或者互相远离时，观察者接收到的波的频率会这种现象叫多普勒效应，一切波都存在多普勒效应。

利用多普勒效应可以测，测，测。

2．当波源相对于介质不动，观察者向波源运动时，观察者接收到的频率（填“大于”“小于”“等于”）波源频率，当观察者远离波源时，观察者接收到的频率（填“大于”“小于”“等于”）波源频率，当观察者相对于介质不动，而波源做远离观察者的运动时，观察者接收到的频率。

3.超声波：

频率高于的声波。

它有两个特点：

（1）

（2）。

4.多普勒效应的成因分析

（1）接收频率：

观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数。

当波以速度v通过接收者时，时间t内通过的完全波的个数为N＝

，单位时间内通过接收者的完全波的个数，即接收频率。

（2）多普勒效应的两种情况

①波源不动

②观察者不动

典例精讲

例.如图表示产生机械波的波源O做匀速运动的情况下，图中的圆表示波峰．

（1）该图表示的是（　　）

A．干涉现象　B．衍射现象

C．反射现象D．多普勒效应

（2）波源正在移向（　　）

A．A点B．B点

C．C点D．D点

（3）观察到波的频率最低的点是（　　）

A．A点B．B点

C．C点D．D点

巩固练习

1．关于多普勒效应，下列说法正确的是：

A．多普勒效应是由于波的干涉引起的B．多普勒效