第三章

機械波第一節(jié)

波的形成和描述新課導入

各式各樣的波就在我們身邊。池塘里碧波蕩漾、大海中波浪滔天；音樂廳琴聲繚繞使人心潮激蕩……

機械波有什么特點？它們在傳播過程中有什么規(guī)律？人們又是如何利用這些規(guī)律的呢？新課導入

隨著一滴滴晶瑩剔透的水珠落向平靜的水面，水面上出現了一圈圈的波紋，逐漸向遠處擴散開來。波是怎樣形成與傳播的？本節(jié)我們將學習波的形成、分類及描述波的物理量1.知道什么是機械波以及機械波的形成條件和過程2.能區(qū)分橫波和縱波3.知道什么是波的圖像，能在簡諧波的圖像中讀出質點振動的振幅、波長、周期等物理量4.知道波動圖像判斷質點的振動情況；知道質點的振動圖像判斷波動情況學習目標波的形成與傳播新課導入繩波水波聲波地震波(1)這幾種波在剛開始形成時有什么共同點？(2)這幾種波在傳播的過程中有什么共同點？新課講解繩波水波聲波地震波用手抓住繩子的一端上下振動，形成沿繩傳播的波。水面上某點的連續(xù)振動沿水面?zhèn)鞑?，就形成了水波。音?聲帶振動在空氣中傳播形成聲波。地球內部的運動在地殼中傳播形成地震波(1)都需要某個點先振動，然后帶動其他點的振動來形成波。(2)都需要在某種物質中傳播。新課講解機械波機械振動在介質中傳播形成的波稱為機械波，簡稱波。波源：能夠產生振動的物體或質點介質：傳播波的物質。振動的繩端、水面上的振動點、振動的聲帶、地震的震源……繩、水、空氣、地殼等波源和介質是形成機械波的條件。同時存在波源和介質。（機械波不能在真空中傳播）注意：有振動不一定存在波，有波一定存在振動！新課講解A-AYX0P0P1P2P3P4P5P6P7P8P9P10P11相鄰兩質點間有相互作用P0P1P2P3P4P5P6P7P8P9P10P11質點P1在外力作用下振動后，后面質點P2、P3…會如何運動？設想把繩子分成許多小的部分每一小部分可視為質點新課講解A-AYX0

P0P1P2P3P4P5P6P7P8P9P10P11機械波傳播時，前一質點的振動

帶動

后一質點的振動，后一質點的振動

滯后

前一質點的振動。波的傳播特點機械波傳播時，機械波向外傳遞的是

平衡位置

這種運動形式，介質中的每個質點僅在

機械振動

附近振動，并不隨波向前移動。介質中原本靜止的質點，隨著波的傳播而發(fā)生振動，表明這些振動質點獲得了能量，因此，波也是傳遞

能量

的一種方式。想一想1.繩子上的質點有沒有隨波遷移？答案質點只在各自的平衡位置附近振動，不隨波遷移。2.繩上各質點是不是同時開始振動的？答案介質各個質點不是同時起振的，離振源近的質點先起振。點擊開始播放3.繩上各質點振動的步調一致嗎？答案前面質點帶動后面質點的振動，后面質點重復前面質點的振動，

起振方向相同。想一想4.在波的傳播過程中，介質中各點振動的周期（頻率）是否相同？答案傳播過程中各質點的振動都是受迫振動，且驅動力來源于

振源，所以各質點周期等于波源周期。5.振動停止后波是否立即停止傳播？答案振動停止后波的傳播并不立即停止仍向前傳播一段時間。點擊開始播放6.在波的傳播過程中，波傳遞的是什么？答案機械波傳播的是振動形式、能量。小試牛刀(1)物體做機械振動，一定產生機械波。(

)(2)在繩波的形成和傳播中，所有質點同時開始運動，同時停止運動。(

)(3)波源振動停止后，波不能繼續(xù)傳播。(

)(4)波在傳播振動的同時，也將波源的能量傳遞出去。(

)×√××波的分類情境導入繩波中各質點的振動方向與波的傳播方向相互垂直；推拉彈簧形成的波各質點的振動方向與波的傳播方向在同一直線上。

觀察繩波和推拉彈簧形成的波，判斷這兩種波在傳播的過程中各質點的振動方向和波的傳播方向間有怎樣的關系？新課講解振動方向傳播方向橫波：質點的振動方向與波的傳播方向垂直波形特點：凹凸相間的波紋波峰與波谷：凹下部分的最低點叫波谷凸起部分的最高點叫做波峰點擊播放動畫新課講解傳播方向振動方向縱波：質點的振動方向與波的傳播方向在一條直線上點擊播放動畫波形特點：疏密相間。密部和疏部：質點分布較稀的部分叫疏部質點分布較密的部分叫密部想一想1.關于一條沿水平方向傳播的橫波，各個振動質點的振動方向必定沿豎直方向嗎？答案不一定。橫波是振動質點的振動方向與波的傳播方向垂直，可以沿豎直方向，也可以沿水平方向，只要二者垂直即為橫波。想一想答案是縱波。在空氣中，發(fā)聲物體的振動會使它周圍的空氣發(fā)生疏密變化，這種疏密相間的狀態(tài)向外傳播便形成了聲波。2.在空氣中傳播的聲波是橫波還是縱波？它是怎樣形成的？新課講解

地震波，既包含橫波，又包含縱波。在震中附近，橫波引起地面水平晃動，縱波引起地面上下顛簸。因為縱波在地球內部的傳播速度大于橫波，所以地震時，人們一般先感覺到上下顛簸，然后才感覺到有很強的水平晃動。橫波是地震造成破壞的主要原因。小試牛刀(來自教材)一列簡諧波沿x軸傳播，在某時刻波的圖像如圖所示。已知此時質點e的運動方向向下，則A.此波沿x軸正方向傳播B.質點c此時向下運動C.質點a將比質點b先回到平衡位置D.質點d振幅為0√波的描述新課導入

波在介質中傳播時，各質點都在平衡位置附近振動，而整個波形不斷地向前傳播。如何描述波的運動情況呢？新課講解波的圖像建立坐標系描點連線用橫坐標x表示沿波傳播方向上各質點的

平衡位置

，縱坐標y表示各個質點

離開平衡位置的位移

。規(guī)定位移方向向上為正值。在坐標平面內，以某一時刻各個質點的x、y值描出各對應點。用一條平滑的曲線把各點連接起來就得到該

時刻

波的圖像，也稱波形曲線或波形。xyOx1y1x1y1新課講解波的圖像反映了介質中的

各個質點

在

某一時刻

的位移情況。(1)波源做簡諧運動時，在各個時刻波的圖像是一條

正弦（或余弦）曲線

，這種波稱為

簡諧波

。(2)簡諧波中各質點的振動是簡諧振動。物理聊吧

簡諧運動的圖像是一條正弦(或余弦)曲線；橫波中的各質點做簡諧運動時，其圖像也是一條正弦(或余弦)曲線。如圖所示的兩圖像中，一個是振動圖像，另一個是波的圖像，你能將它們區(qū)分開來嗎？它們的物理意義分別是什么？請說出理由，并與同學討論交流。(1)辨析方法：看橫軸，振動圖像的橫坐標軸t表示時間，波的圖像橫坐標軸x表示波傳播方向上各質點的平衡位置，所以題圖a是振動圖像，題圖b是波的圖像。(2)物理意義：振動圖像表示介質中“某一個質點”在“各個時刻”的位移，波的圖像表示介質中“各個質點”在“某一時刻”的位移?？梢孕蜗蟮卣f：波的圖像是“照相式”的，而振動圖像是“錄像式”的。(3)下一時刻的圖像的獲得：振動圖像是在原圖像的后面延續(xù)，而波的圖像需要將現在的圖像向左或向右“平移”相應的距離。yOtyOxabtx小試牛刀(多選)根據圖甲、乙所示，判斷下列說法正確的是A.甲是振動圖像，乙是波的圖像B.甲是波的圖像，乙是振動圖像C.甲中A質點向下振動，乙中B時刻質點向下振動D.甲中A質點向上振動，乙中B時刻質點向下振動√√新課講解

波傳播過程，各質點的振動周期都等于波源的振動周期，這個周期就是波的周期，用T

表示。

介質中質點振動的頻率就是波的頻率，用

f

表示。新課講解波長λ兩個

相鄰

的、相對平衡位置的位移和振動方向總是

相同

的質點間的距離①在橫波中，兩個相鄰

波峰

或兩個相鄰

波谷

之間的距離等于波長②在縱波中，兩個相鄰

密部

或兩個相鄰

疏部

中央的距離等于波長

物理學中，將振動傳播的距離與傳播時間之比稱為波速。

經過一個周期，振動在介質中傳播的距離等于一個波長?；?/p>

通常，機械波在介質中的波速是由介質本身的性質決定的。在不同的介質中，波速是不同的。新課講解0°C時聲波在幾種介質中的波速說明：頻率、波速、波長的決定因素1．周期和頻率：只取決于波源，與v、λ無任何關系．2．速度v：決定于介質的性質，同一種均勻介質，波在其中傳播的速度恒定．3．波長λ：由

，波長λ由波源和介質共同決定．

①

機械波

（1）產生條件：

①要有波源（機械振動）；②要有傳播振動的介質（相鄰質點間存在相互作用力）.

（2）機械波的形成本課小結1即振源波借以傳播的物質波源介質產生振動各質點間有相互作用前一質點帶動后一質點振動，振動形式傳播出去形成機械波

（3）傳播特點

①波傳播的是振動的形式和能量.

②離波源越遠，質點振動的相位越落后，但各個質點的起振方向與波源的起振方向相同.

③各個質點都在前面質點的帶動下做受迫振動，各個質點振動的周期、頻率都與波源振動的周期、頻率相同.

④波可以傳遞信息.

本課小結如聲波

橫波與縱波

（1）橫波：質點的振動方向與波的傳播方向相互垂直的波，有波峰和波谷.

（2）縱波：質點的振動方向與波的傳播方向在同一直線上的波，有密部和疏部.

波的描述

（1）波長：兩個相鄰的、相對平衡位置的位移和振動方向總是相同的質點間的距離，稱為波長.在橫波中，兩個相鄰波峰（或波谷）之間的距離等于波長.在縱波中，兩個相鄰密部（或疏部）之間的距離等于波長.本課小結2凸起的最高處凹下的最低處3質點分布最密的地方質點分布最疏的地方“波長”定義的關鍵，缺一不可

（2）周期和頻率：

在同一列機械波中，各個質點的振動周期（頻率）是相同的，它們都等于波源的振動周期（頻率）.周期

T和頻率

f互為倒數，即

（3）波速：

，由介質本身的性質決定，在不同的介質中，波速一般不同.另外，波速還與溫度有關.本課小結與波的頻率、質點振動的振幅無關反映振動在介質中傳播的快慢當堂檢測1.（多選）關于機械波的形成，下列說法中正確的是（

）A.物體做機械振動，一定產生機械波B.后振動的質點總是跟著先振動的質點重復振動，只是時間落后一步C.參與振動的質點都有相同的頻率D.機械波是介質隨波遷移，也是振動能量的傳遞BC解析：A錯：機械波的形成必須具備的兩個條件：振源和介質。只有物體做機械振動，而其周圍沒有傳播這種振動的介質，遠處介質的質點不可能振動起來而形成機械波。B、C對：任何一個振動的質點都是一個波源，帶動它周圍的質點振動，將振動傳播開來，所以后一質點總是落后，但振動頻率相同。D錯：形成機械波的各振動質點只在平衡位置附近往復運動，并沒有隨波遷移，離波源遠的質點振動的能量是通過各質點的傳遞從波源獲得。2.（多選）關于振動和波的關系，下列說法正確的是 （）A.振動是波形成的原因，波是振動的傳播形式B.振動是單個質點呈現的運動現象，波是許多質點聯系起來呈現的運動現象C.波的傳播速度就是質點振動的速度D.波源停止振動時，波立即停止傳播AB解析：A、B對：機械波的產生條件是有波源和介質，由于介質中的質點依次被帶動起來由近及遠傳播而形成波。C錯：波的傳播速度是波形由波源向外延伸的速度，在均勻介質中其速度大小不變，而質點振動的速度大小和方向都隨時間周期性地發(fā)生變化。D錯：波源一旦將振動傳給了介質，振動就會在介質中向遠處傳播，當波源停止振動時，介質仍然繼續(xù)傳播波源振動的運動形式，不會隨波源停止振動而立即停