2019-2020年高中物理 第十二章 機(jī)械波教案 新人教版選修3.doc
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2019-2020年高中物理 第十二章 機(jī)械波教案 新人教版選修3 一、教學(xué)目標(biāo) 1.通過(guò)本節(jié)習(xí)題課的復(fù)習(xí),進(jìn)一步熟悉全章的基本內(nèi)容,提高解決問(wèn)題的能力。 2.本章要求同學(xué)們: ①理解機(jī)械波的產(chǎn)生,知道機(jī)械波傳播的物理實(shí)質(zhì)。 ②理解波的圖象的物理意義,能夠利用波的圖象解決實(shí)際問(wèn)題。 ③知道什么是波的波長(zhǎng)、周期(頻率)和頻率,以及波長(zhǎng)、周期(頻率)和波速的關(guān)系,理解它們的決定因素。 ④知道什么是波的衍射和干涉,知道產(chǎn)生衍射和干涉的條件。 ⑤知道什么是多普勒效應(yīng),并能利用多普勒效應(yīng)解釋簡(jiǎn)單的生活現(xiàn)象。 二、復(fù)習(xí)重點(diǎn): 波的三大關(guān)系的綜合應(yīng)用: ①波的圖象、質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向和波的傳播方向之間的關(guān)系; ②波長(zhǎng)、周期(頻率)和波速的關(guān)系v=λ/T或v=λf; ③空間距離和時(shí)間的關(guān)系s=vt. 三、教學(xué)方法: 復(fù)習(xí)提問(wèn),講練結(jié)合,課件演示 四、教具 學(xué)案,計(jì)算機(jī),大屏幕,課件 五、教學(xué)過(guò)程 (一)知識(shí)回顧 Ⅰ 機(jī)械波的形成 機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播叫機(jī)械波,形成機(jī)械波要有機(jī)械振動(dòng)做為波源,還要有傳播機(jī)械波的介質(zhì),機(jī)械波是通過(guò)介質(zhì)將振動(dòng)的形式和能量傳播出去,波源和介質(zhì)是形成機(jī)械波的必要條件。 機(jī)械波傳播的是波源的運(yùn)動(dòng)形式和波源提供的能量,介質(zhì)中的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)并沒(méi)有隨波遷移。從局部看,介質(zhì)中的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)都在各自的平衡位置附近振動(dòng),從整體看,介質(zhì)中距波源較近的質(zhì)點(diǎn)先振動(dòng),并且?guī)?dòng)距波源較遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)隨之振動(dòng),向外傳播波源的運(yùn)動(dòng)形式和波源提供的能量。介質(zhì)中的各質(zhì)點(diǎn)都做受迫振動(dòng),所以介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期和頻率都與波源的振動(dòng)周期和頻率相同,這個(gè)周期和頻率就叫做機(jī)械波的周期和頻率,波的傳播是需要時(shí)間的,在波傳播過(guò)程中,介質(zhì)中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期和頻率是相同的,但它們振動(dòng)的步調(diào)不同,在波傳播方向上后面的質(zhì)點(diǎn)總是追隨前面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng),其步調(diào)總比前面質(zhì)點(diǎn)滯后一些。 機(jī)械波分橫波和縱波兩種,介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直的波叫橫波,介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在同一直線上的波叫縱波Ⅱ 描述波的物理量──波長(zhǎng),周期(頻率)和波速 波長(zhǎng)的意義可從兩個(gè)角度去理解,反映了研究波的兩種方法,從振動(dòng)的角度來(lái)講,兩個(gè)相鄰的,在振動(dòng)過(guò)程中對(duì)平衡位置的位移總是相等的質(zhì)點(diǎn)間的距離叫波長(zhǎng),如相鄰的兩個(gè)波峰或波谷間的距離就是一個(gè)波長(zhǎng),從波傳播的角度來(lái)講,振動(dòng)在一個(gè)周期里在介質(zhì)中傳播的距離等于一個(gè)波長(zhǎng)。 波的周期和頻率就是介質(zhì)中各個(gè)點(diǎn)振動(dòng)的周期和頻率,它等于波源的周期和頻率,波的周期和頻率與波傳播的介質(zhì)無(wú)關(guān)并在波傳播過(guò)程中保持不變。 波傳播振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)形式,某一時(shí)刻,介質(zhì)中的A點(diǎn)處在波峰(或振動(dòng)的某一位置),隨著波的傳播,可以看到波峰沿著波的傳播方向移動(dòng),經(jīng)過(guò)一段時(shí)間介質(zhì)B點(diǎn)達(dá)到波峰,即振動(dòng)由A傳到B點(diǎn),波傳播的距離和所有時(shí)間的比叫波速。 由波長(zhǎng)意義可以得出波的公式:,它是表示波傳播規(guī)律的一個(gè)基本公式,在機(jī)械波中,波的周期和頻率由波源的周期和頻率決定,在波傳播過(guò)程中是不變的,波速是由介質(zhì)的性質(zhì)決定的,不同介質(zhì)波速不同。波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),周期和頻率不變,波長(zhǎng)與波在介質(zhì)中的波速成正比 Ⅲ 波的圖象 波在介質(zhì)中傳播時(shí),介質(zhì)中不同質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間變化的情況是不同的,介質(zhì)中某一點(diǎn)的振動(dòng)位移既跟時(shí)間有關(guān),又跟它距波源的距離有關(guān),為了表示波在介質(zhì)中的傳播情況,通常選定某一時(shí)刻,用縱坐標(biāo)表示該時(shí)刻各個(gè)質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)平衡位置的位移,橫坐標(biāo)表示介質(zhì)中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的平衡位置,用平滑的曲線連接此時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)位移矢量的末端,這就是該時(shí)刻波的圖象。波的圖象是一條正弦或余弦曲線,從波的圖象中可以看出:在波的傳播方向上的介質(zhì)中各點(diǎn)在某時(shí)刻離開(kāi)平衡位置的位移;波的波長(zhǎng);介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅,若知道波的傳播速度,則可由波的公式,求出波的周期和頻率。 波的傳播具有時(shí)間的周期性和空間的周期性,時(shí)間的周期性是指每隔一個(gè)周期或一個(gè)周期整數(shù)倍的時(shí)間,波形總是重復(fù)出現(xiàn)的,這是因?yàn)槊扛粢粋€(gè)周期整數(shù)倍的時(shí)間,介質(zhì)中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況總是重復(fù)的;空間的周期性是指沿波的傳播方向上每隔一個(gè)波長(zhǎng)整數(shù)倍的距離的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況總是相同的,因此如果將波的圖象沿著波的傳播方向平行移動(dòng)一個(gè)波長(zhǎng)的整數(shù)倍距離,波形也是相同的。 Ⅳ 波的干涉和衍射,波的干涉和衍射是波特有的現(xiàn)象 波的干涉是頻率相同的兩列波疊加,使介質(zhì)中某些區(qū)域的振動(dòng)加強(qiáng),某些區(qū)域的振動(dòng)減弱,并且振動(dòng)加強(qiáng)的減弱的區(qū)域互相間隔,形成穩(wěn)定分布的現(xiàn)象。 波的衍射是波繞過(guò)障礙物偏離直線傳播的現(xiàn)象,障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小,或跟波長(zhǎng)差不多時(shí),才有比較明顯的衍射現(xiàn)象。 Ⅴ 多普勒效應(yīng) 由于波源或觀察者相對(duì)于介質(zhì)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),觀察者所接收到的波頻率有所變化的現(xiàn)象就叫做多普勒效應(yīng).多普勒效應(yīng)是波動(dòng)過(guò)程所具有的共同特性,不僅聲波(機(jī)械波)有多普勒效應(yīng),光波也具有多普勒效應(yīng)。 (二)例題精講 【例1】如圖1所示,一列沿x軸正方向傳播的機(jī)械橫波在某一時(shí)刻的圖象,從圖中可看出這列橫波的振幅是______米,波長(zhǎng)是_______米,P點(diǎn)處的質(zhì)點(diǎn)在此時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)方向是________。 0.04 -0.04 圖1 分析解答:從波的圖象可直接讀出振幅0.04m,波長(zhǎng)2m,判斷P處質(zhì)點(diǎn)此時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)方向有兩種方法:其一是前質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)后質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)法,離波源較遠(yuǎn)的后質(zhì)點(diǎn)總要追隨,模仿離波源較近的前質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng),只是其振動(dòng)步調(diào)比前質(zhì)點(diǎn)滯后一些,從圖1中看出,波沿x軸正方向傳播,介質(zhì)中的A點(diǎn)與P點(diǎn)相比,A是前質(zhì)點(diǎn),P是后質(zhì)點(diǎn),相差λ/4距離,P質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)T/4時(shí)間將到達(dá)A質(zhì)點(diǎn)現(xiàn)在的位置處,由此判斷出P質(zhì)點(diǎn)是向y軸正方向運(yùn)動(dòng)的。其二是波形平移法,如圖1所示,將原波形(實(shí)線)沿波的傳播方向推進(jìn)一段很小距離得到推進(jìn)后的波形(虛線),比較質(zhì)點(diǎn)在原波形上的位置P和在推后波形上的位置P’,顯然原在P處的質(zhì)點(diǎn)到達(dá)了P’處,同樣得出此時(shí)刻在P處的質(zhì)點(diǎn)是沿正方向運(yùn)動(dòng)的。 點(diǎn)評(píng):根據(jù)波的圖象可直接讀出該時(shí)刻介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)對(duì)平衡位置的位移,質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅和波長(zhǎng),要熟練掌握根據(jù)波傳播方向,判斷質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向可有兩種基本方法、即前質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)后質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)法和波形平移法,根據(jù)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向判斷波傳播方向,可采取上述相反的方法判斷。 【例2】如圖2所示,a、b是水平繩上的兩點(diǎn),相距42厘米,一列正弦波沿繩傳播,方向從a到b,每當(dāng)a點(diǎn)經(jīng)過(guò)平衡位置向上運(yùn)動(dòng)時(shí),b點(diǎn)正好到達(dá)上方最大位移處,則此波的波長(zhǎng)可能是( ) A.168厘米 B.184厘米 C.56厘米 D.24厘米 分析解答:題中給出,每當(dāng)a點(diǎn)經(jīng)過(guò)平衡位置向上運(yùn)動(dòng)時(shí),b點(diǎn)正好到達(dá)上方最大位移處,則ab間距離為3λ/4或或……,如圖2所示,寫(xiě)出通式,(k=0,1,2……),由此可得到波長(zhǎng)的可能值:當(dāng)k=0時(shí),42=,λ=56厘米,此為波長(zhǎng)最大值,k=1時(shí),λ=24厘米,故本題選項(xiàng)C、D都正確。 圖2 點(diǎn)評(píng):由質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期性和波速、波長(zhǎng)、頻率的關(guān)系v=lf,將導(dǎo)致求解波的問(wèn)題中,波速、波長(zhǎng)、頻率(周期)的多解問(wèn)題,本題是在已知波傳播方向的情況下討論波長(zhǎng)的多解問(wèn)題,若不知傳播方向,還要討論波沿反方向傳播時(shí)波長(zhǎng)的可能值,將兩個(gè)方向傳播時(shí),波長(zhǎng)的可能值含在一起才是完整的,否則,將漏解。 【例3】如圖3所示,實(shí)線是一列簡(jiǎn)諧波在某一時(shí)刻的波形圖,虛線是0.2S后它的波形圖,這列波可能的傳播速度是_________。 分析解答:從圖中先讀出λ=4m,由于本題沒(méi)有給出波傳播方向,所以波向x軸正方向和波向x軸反方向傳播兩種情況都要考慮。 ⑴設(shè)波沿x軸正方向傳播,則由圖可知,在Δt=0.2S時(shí)間內(nèi),圖中實(shí)線波形向右移動(dòng),,……,可得到虛線波形圖,則波傳播的距離可能值為,(n=0,1,2……),波傳播速度的可能值為,n=0,1,2……。 本題還可以通過(guò)分析介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況,求出波的可能周期或頻率,利用波長(zhǎng)、波速、頻率(周期)的關(guān)系得到波的傳播速度,圖中實(shí)線波形變成虛線波形需經(jīng)過(guò)(n+)T時(shí)間,則(n+)T=Δt=0.2S,可能的周期值為T(mén)=Δt/(n+),可能的波速值為v=λ/T=λ(n+)/Δt=20(n+) (m/S),n=0,1,2……。 ⑵設(shè)波沿x軸負(fù)方向傳播,圖中實(shí)線波形向左移動(dòng),,……可得到虛線波形,則波傳播距離可能值為S=(n+)λ,(n=0,1,2……),波傳播速度的可能值為 n=0,1,2……。 圖中實(shí)線波形變成虛線波形,可能的周期值為T(mén)=Δt/(n+),可能波速值為v=λ/T=λ(n+)/Δt=20(n+) (m/S),n=0,1,2……。 點(diǎn)評(píng):從本題分析解答可以看出,在波傳播過(guò)程中,如果沒(méi)有條件限制,其波速有多解性,解題時(shí)一定要認(rèn)真分析,不要發(fā)生漏解。 第2課時(shí) 【例4】如圖4所示,是一列簡(jiǎn)諧橫波在t=0時(shí)刻的波形圖,并且此時(shí)波沿x軸正方向傳播到x=2.5cm處,已知從t=0到t=1.1s時(shí)間內(nèi),P點(diǎn)第三次出現(xiàn)在波峰位置,則P點(diǎn)的振動(dòng)周期是_____S,經(jīng)過(guò)______S另一質(zhì)點(diǎn)Q第一次到達(dá)波峰 圖4 分析解答:由于波沿x軸正方向傳播,媒質(zhì)中前質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)后面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng),質(zhì)點(diǎn)P將在T/4后到達(dá)零位置質(zhì)點(diǎn)現(xiàn)在的位置,所以質(zhì)點(diǎn)P運(yùn)動(dòng)方向向下,經(jīng)過(guò)3T/4將出現(xiàn)在第一次波峰處,故P質(zhì)點(diǎn)第三次到達(dá)波峰經(jīng)歷時(shí)間為(2+)T=1.1S,所以T=0.4S,波速v=l/T=2/0.4=5(m/s),由圖可知此時(shí)位置1的質(zhì)點(diǎn)在波峰,它要傳到位置6的Q質(zhì)點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間t=S/v=6-1/5=1S,所以經(jīng)過(guò)1S質(zhì)點(diǎn)Q第一次到達(dá)波峰。 【例5】如圖5所示,S1、S2是兩個(gè)相干波源,它們振動(dòng)同步且振幅相同。實(shí)線和虛線分別表示在某一時(shí)刻它們所發(fā)出的波的波峰和波谷。關(guān)于圖中所標(biāo)的a、b、c、d四點(diǎn),下列說(shuō)法中正確的有 圖5 A.該時(shí)刻a質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)最弱,b、c質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)最強(qiáng),d質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)既不是最強(qiáng)也不是最弱 B.該時(shí)刻a質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)最弱,b、c、d質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)都最強(qiáng) C. a質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)始終是最弱的, b、c、d質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)始終是最強(qiáng)的 D.再過(guò)T/4后的時(shí)刻a、b、c三個(gè)質(zhì)點(diǎn)都將處于各自的平衡位置,因此振動(dòng)最弱 解:該時(shí)刻a質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)最弱,b、c質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)最強(qiáng),這不難理解。但是d既不是波峰和波峰疊加,又不是波谷和波谷疊加,如何判定其振動(dòng)強(qiáng)弱?這就要用到充要條件:“到兩波源的路程之差是波長(zhǎng)的整數(shù)倍”時(shí)振動(dòng)最強(qiáng),從圖中可以看出,d是S1、S2連線的中垂線上的一點(diǎn),到S1、S2的距離相等,所以必然為振動(dòng)最強(qiáng)點(diǎn)。 描述振動(dòng)強(qiáng)弱的物理量是振幅,而振幅不是位移。每個(gè)質(zhì)點(diǎn)在振動(dòng)過(guò)程中的位移是在不斷改變的,但振幅是保持不變的,所以振動(dòng)最強(qiáng)的點(diǎn)無(wú)論處于波峰還是波谷,振動(dòng)始終是最強(qiáng)的。 本題答案應(yīng)選B、C 圖6 【例6】如圖6兩個(gè)正弦波沿同一條直線向相反方向傳播,在相遇階段,波形將怎樣變化? 解:根據(jù)波的獨(dú)立傳播原理和疊加原理可作出如右圖形。 點(diǎn)評(píng): 獨(dú)立傳播原理:幾列波相遇時(shí),能夠保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)繼續(xù)傳播,不互相影響。 疊加原理:介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的位移、速度、加速度都等于幾列波單獨(dú)轉(zhuǎn)播時(shí)引起的位移、速度、加速度的矢量和。 (三)同步練習(xí) 1.關(guān)于機(jī)械波和機(jī)械振動(dòng)的關(guān)系,下列說(shuō)法中正確的是( ) A.有機(jī)械振動(dòng)就有機(jī)械波 B.有機(jī)械波就一定有機(jī)械振動(dòng) C.機(jī)械波中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率相同 D.機(jī)械波在傳播過(guò)程中介質(zhì)中的各質(zhì)點(diǎn)是同時(shí)開(kāi)始振動(dòng)的 2.聲波在鋼軌中傳播的速度大于在空氣中傳播的速度,則當(dāng)聲音由空氣傳到鋼軌中時(shí)( ) A.頻率變小,波長(zhǎng)變大 B.波長(zhǎng)變小,頻率變大 C.頻率不變,波長(zhǎng)變大 D.頻率不變,波長(zhǎng)變小 圖7 3.一列簡(jiǎn)諧波在x軸上傳播,在某時(shí)刻波形圖如圖7所示,已知此時(shí)質(zhì)點(diǎn)E的運(yùn)動(dòng)方向向下,則( ) A.此波沿x軸正方向傳播 B.質(zhì)點(diǎn)C此時(shí)向下運(yùn)動(dòng) C.質(zhì)點(diǎn)A將比質(zhì)點(diǎn)B先回到平衡位置 D.質(zhì)點(diǎn)D的振幅為零 .均勻介質(zhì)中沿波的傳播方向上A、B兩點(diǎn)相距L,振動(dòng)從A傳到B所用時(shí)間小于兩個(gè)周期,某時(shí)刻A處于負(fù)的最大位移處,而B(niǎo)恰在平衡位置向正方向運(yùn)動(dòng),則這列波的波長(zhǎng)是_____。 (四)能力訓(xùn)練 圖8 5.在圖8所示的坐標(biāo)中,有一列橫波沿x軸的負(fù)方向傳播速度為6m/s,當(dāng)位于x1=3cm的A質(zhì)點(diǎn)恰在平衡位置,且振動(dòng)方向向上,位于x2=6cm的質(zhì)點(diǎn)B正處于x軸下方最大位移處,求: (1)這列波的最小頻率。畫(huà)出最小頻率所對(duì)應(yīng)的波形。 (2)若不受最小頻率的限制寫(xiě)出波長(zhǎng)的表達(dá)式。 6.一列簡(jiǎn)諧橫波,在波傳播方向上有相距為S=1m的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)a和b,當(dāng)質(zhì)點(diǎn)a在正的最大位移處時(shí),b質(zhì)點(diǎn)剛好通過(guò)平衡位置向位移負(fù)方向運(yùn)動(dòng)。 (1)試確定這列波的波長(zhǎng)可能值。 (2)這列波的波長(zhǎng)最大值是多少?此種情況下波向什么方向傳播? 【參考答案】 ⒈B、C;⒉C;⒊B;⒋4L/3,4L/7 5、(1)波形略。(2)λ=cm(n=0,1,2……) 6、(1)波由a→b傳,λ=m(n=0,1,2……);波由b→a傳,λ=m(n=0,1,2……);(2)4m,由b→a 【章節(jié)點(diǎn)評(píng)】 由于波的傳播具有時(shí)間的周期性和空間的周期性,在傳播方向上具有雙向性,在求解波的問(wèn)題上,如果沒(méi)有條件限制,波速,波長(zhǎng),頻率(周期)將出現(xiàn)多解問(wèn)題,要研究題意,避免漏解。- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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