2020高中物理 第十二章 機械波 第1節(jié) 波的形成和傳播學案 新人教版選修3-4

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1、第1節(jié)　波的形成和傳播 1．知道機械波的產(chǎn)生條件，理解機械波的形成過程。 2．知道橫波和縱波的概念，了解橫波的波峰與波谷、縱波的密部與疏部。 3．知道機械波傳播的特點。 一、波的形成和傳播 1．介質(zhì)特點(以繩為例，如圖所示) 一條繩子可以分成一個個小段，一個個小段可以看做一個個相連的質(zhì)點，這些質(zhì)點之間存在著相互作用。 2．波的形成 當手握繩端上下振動時，繩端帶動相鄰質(zhì)點，使它也上下振動，這個質(zhì)點又帶動更遠一些的質(zhì)點……繩上的質(zhì)點都跟著振動起來，只是后面的質(zhì)點總比前面的質(zhì)點遲一些開始振動。 3．波的傳播 繩端這種上下振動的狀態(tài)就沿繩子傳出去了。振動的傳播稱為波動，

2、簡稱波。因此說波傳播的是振動這種運動形式。 二、橫波和縱波 1．機械波可分為橫波和縱波兩類 2．聲波是縱波，它不僅能在空氣中傳播，也能在固體、液體中傳播。 三、機械波 1．介質(zhì)：波借以傳播的物質(zhì)。 2．機械波：機械振動在介質(zhì)中傳播，形成了機械波。 3．機械波的產(chǎn)生條件 (1)要有波源。 (2)要有傳播振動的介質(zhì)。 4．機械波的特點 (1)傳播振動這種運動形式。 (2)傳遞能量的一種方式。依靠介質(zhì)中各個質(zhì)點間的相互作用力而使各相鄰質(zhì)點依次做機械振動來傳遞波源的能量。 (3)波還可以傳遞信息。 判一判 (1)在繩波的形成和傳播中，所有質(zhì)點同時運動，同時停止。(　　

3、) (2)質(zhì)點振動的方向與傳播的方向在同一直線上的波是縱波。(　　) (3)在縱波中各質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向相同。(　　) (4)橫波一定有波峰和波谷，而且波峰和波谷是相互間隔的。(　　) (5)橫波在固體、液體、氣體中都能傳播，縱波只能在氣體中傳播。(　　) (6)橫波向右傳播時，處于波峰的質(zhì)點也向右遷移。(　　) (7)機械波向右傳播時，右方的質(zhì)點比左方的質(zhì)點早一些振動。(　　) (8)機械波的傳播過程也就是能量的傳遞過程。(　　) 提示：(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×　(7)×　(8)√ 想一想 (1)波傳播過程中，振動質(zhì)點也隨著波一

4、起傳播出去了嗎？ 提示：沒有。波在傳播過程中質(zhì)點在其平衡位置附近振動，并沒有“隨波逐流”。 (2)當?shù)卣鸢l(fā)生時，地震波在地球內(nèi)部和地表傳播，有時使人感到左右搖晃，有時感到上下顛簸，由此可見地震波是什么波？ 提示：地震震源往往在地下某個深度的地方，地震發(fā)生時，人感到上下顛簸是因為有縱波，感到左右搖晃是因為有橫波。所以，地震波既含有縱波成分又含有橫波成分。 (3)登上月球的宇航員可以通過聲音直接交流嗎？ 提示：不可以。因為月球上是真空的，沒有傳聲介質(zhì)，所以不能通過聲音直接交流。 課堂任務(wù)　波的形成和傳播　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．機械波的形成與傳播

5、 2．機械波的特點 (1)振幅：像繩波這種一維(只在某個方向上傳播)機械波，若不計能量損失，各質(zhì)點的振幅相同。 (2)周期(頻率)：各質(zhì)點都在做受迫振動，所以各質(zhì)點振動的周期(頻率)均與波源的振動周期(頻率)相同。 (3)步調(diào)：同一介質(zhì)中，離波源越遠，質(zhì)點振動越滯后。 (4)運動：各質(zhì)點只在各自的平衡位置附近做往復振動，并不隨波遷移。各質(zhì)點的起振方向都與波源開始振動的方向相同。 (5)實質(zhì)：機械波向前傳播的是振動這種運動形式，同時也可以傳遞能量和信息。 3．振動和波的區(qū)別與聯(lián)系 例1　(多選)如圖所示，沿水平方向的介質(zhì)中的部分質(zhì)點，每相鄰兩質(zhì)點的距離相等，其中O為波源，

6、設(shè)波源的振動周期為T，從波源通過平衡位置豎直向下振動開始計時，經(jīng)質(zhì)點1開始振動，則下列說法中正確的是(　　) A．介質(zhì)中所有質(zhì)點的起振方向都是豎直向下的，但圖中質(zhì)點9起振最晚 B．圖中所畫出的質(zhì)點起振時間都是相同的，起振的位置和起振的方向是不同的 C．圖中質(zhì)點8的振動完全重復質(zhì)點7的振動，只是質(zhì)點8振動時通過平衡位置或最大位移處的時間總是比質(zhì)點7通過相同的位置時落后 D．只要圖中所有質(zhì)點都已振動了，質(zhì)點1與質(zhì)點9的振動步調(diào)就完全一致，如果質(zhì)點1發(fā)生的是第100次振動，則質(zhì)點9發(fā)生的就是第98次振動 (1)各質(zhì)點起振時，振動情況和波源相同嗎？為什么？ 提示：相同。波傳播的是振動形

7、式，故各質(zhì)點起振時振動情況均相同，且均與波源相同。 (2)質(zhì)點5與質(zhì)點1振動步調(diào)一致嗎？與質(zhì)點9呢？ 提示：質(zhì)點1、5、9振動步調(diào)一致。 [規(guī)范解答]　介質(zhì)中所有質(zhì)點的起振方向均與波源相同，都是豎直向下的，從題圖可知，質(zhì)點9是圖中距波源最遠的點，盡管與波源起振方向相同，但起振時刻最晚，故A正確，B錯誤；質(zhì)點7與質(zhì)點8比較，質(zhì)點7在質(zhì)點8的前面，兩質(zhì)點的振動步調(diào)相差，故C正確；質(zhì)點9比質(zhì)點1晚2T開始起振，一旦質(zhì)點9起振后，質(zhì)點1、9的振動步調(diào)就完全一致，且質(zhì)點9的振動次數(shù)比質(zhì)點1少兩次，故D正確。 [完美答案]　ACD 波動過程中各質(zhì)點的運動特點 先振動的質(zhì)點帶動后振動的質(zhì)點；

8、后振動的質(zhì)點重復前面質(zhì)點的振動；后面振動質(zhì)點的振動狀態(tài)落后于先振動的質(zhì)點；各個質(zhì)點起振的方向總是與波源的起振方向相同。概括起來就是“帶動、重復、落后”。 　如圖所示為波沿著一條一端固定的繩子傳播到B點時的波形圖，由圖可判斷出A點開始振動的方向是(　　) A．向左 B．向右 C．向上 D．向下 答案　C 解析　由圖可知，沿波傳播方向，B點的前邊質(zhì)點在其上方，B點要重復前邊質(zhì)點的振動，故B向上運動，故振源的起振方向也是向上的，C正確。 　圖甲中有一條均勻的繩，0、1、2、3、4…是繩上一系列等間距的點。現(xiàn)有一列簡諧橫波沿此繩傳播。某時刻，繩上9、10、11、12四點的位置和運

9、動方向如圖乙所示(其他點的運動情況未畫出)，其中點12的位移為零，向上運動，點9的位移達到最大值。試在圖丙中畫出再經(jīng)過周期時的波形圖。 答案　見解析 解析　從題中圖乙可以看出，在圖乙所示的時刻，該均勻繩上點9達到最大位移時，點12正通過平衡位置向上運動，因而由圖乙中點9、10、11、12所在位置點連成的那段曲線代表在該均勻繩上傳播的簡諧橫波在圖乙所示時刻的四分之一波形圖。由這段波形可以畫出在該均勻繩上傳播的簡諧橫波在圖乙所示時刻的從點0到點12的波形圖。由圖乙中表示的波形圖和點9、10、11、12四個點的運動方向，可以判斷出在均勻繩上傳播的簡諧橫波是向右傳播的。由于介質(zhì)中質(zhì)點都在各自的

10、平衡位置附近往復運動，所以再經(jīng)過周期時，點9在平衡位置，而點12到達負的最大位移處。由此可得出點9到點12間的波形。由這段波形也就知道了這一時刻整條繩上的波形。如圖丙所示。 課堂任務(wù)　橫波和縱波 1．對橫波和縱波的理解 橫波 縱波 概念 質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向相互垂直的波。如圖甲所示。 質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在同一直線上的波。如圖乙所示。 特征 在波動中交替、間隔出現(xiàn)波峰和波谷 在波動中交替、間隔出現(xiàn)密部和疏部 2．常見的波 (1)繩波是橫波。 (2)聲波是縱波。 (3)水波是比較復雜的機械波，不能簡單地認為是橫波，但有時將水

11、波理想化為橫波。 (4)地震波中既有橫波，又有縱波。 　 　　　　　　　　　　　　　 例2　(多選)橫波和縱波的區(qū)別是(　　) A．橫波中質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直，縱波中質(zhì)點的振動方向與波傳播方向相同或相反 B．縱波不能在空氣中傳播 C．橫波形成波峰和波谷，縱波形成疏部和密部 D．橫波中質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在同一條直線上，縱波中質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直 (1)橫波和縱波的本質(zhì)區(qū)別是什么？ 提示：質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直的波是橫波，質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在同一直線上的波是縱波。 (2)對于機械波來說，橫波和縱波哪個能在空氣中傳播？

12、 提示：空氣中的振動擠壓周圍空氣，形成疏密相間的縱波，而空氣中的振動不會給周圍空氣施加類似繩波中的拉力，所以只有縱波能在空氣中傳播。 [規(guī)范解答]　物理學中把質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直的波稱為橫波，把質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在同一直線上的波稱為縱波，對于縱波，質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向可能相同，也可能相反，A正確，D錯誤；聲波是縱波，能在空氣中傳播，B錯誤；橫波形成波峰和波谷，縱波形成疏部和密部，C正確。 [完美答案]　AC (1)橫波中，質(zhì)點的振動方向在與波的傳播方向垂直的平面內(nèi)。 (2)縱波中，質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向“在同一直線上”，有時同向有時反向。 (

13、3)機械波中的橫波只能在固體介質(zhì)中傳播，機械波中的縱波在固體、液體、氣體介質(zhì)中均能傳播。 　下列說法中不正確的有(　　) A．聲波在空氣中傳播時是縱波，在水中傳播時是橫波 B．波不但能傳遞能量，還能傳遞信息 C．發(fā)生地震時，由震源傳出的波中既有橫波又有縱波 D．一切機械波的傳播都需要介質(zhì) 答案　A 解析　聲波無論在什么介質(zhì)中傳播都是縱波，故A錯誤；波不僅能傳遞能量，還能傳遞信息，地震波既有橫波又有縱波，一切機械波的傳播都需要介質(zhì)，故B、C、D正確。 A組：合格性水平訓練 1．(波的特點)在平靜的湖面上漂著一塊小木條，現(xiàn)向湖中央扔一石子，圓形波紋一圈圈地向外傳播，當波傳播到

14、小木條處時，小木條將(　　) A．隨波紋漂向湖岸 B．不動 C．向波源處漂動 D．在原來位置上下振動 答案　D 解析　介質(zhì)中有機械波傳播時，介質(zhì)本身并不隨波一起傳播，介質(zhì)質(zhì)點只在自己的平衡位置附近振動，向外傳播的只是振動形式和能量，生活中的水面上的一些漂浮物會沿波向外移動，是因為外界另外一些因素的干擾，如風的吹動等，故D正確。 2．(振動與波的關(guān)系)關(guān)于振動與波的關(guān)系，下列說法正確的是(　　) A．有機械波必有振動 B．有機械振動必有波 C．離波源遠的質(zhì)點振動較慢 D．波源停止振動時，介質(zhì)中的波立即停止傳播 答案　A 解析　機械振動在介質(zhì)中向外傳播就形成了機械波，

15、所以有機械波必定有機械振動，A正確；但如果只有振動，而沒有介質(zhì)的傳播，就不會有機械波的產(chǎn)生，B錯誤；因各質(zhì)點的振動都是重復波源的振動，不論質(zhì)點距波源多遠，振動的快慢都一樣，C錯誤；在波源停止振動時，波仍將繼續(xù)向外傳播而不會立即停止，D錯誤。 3．(振動與波的關(guān)系)沿繩傳播的一列機械波，當波源突然停止振動時，則(　　) A．繩上各質(zhì)點同時停止振動，橫波立即消失 B．繩上各質(zhì)點同時停止振動，縱波立即消失 C．離波源較近的質(zhì)點先停止振動，較遠的質(zhì)點稍后停止振動 D．離波源較遠的質(zhì)點先停止振動，較近的質(zhì)點稍后停止振動 答案　C 解析　機械波沿繩傳播時，繩上各個質(zhì)點都在振動，一旦波源停止振

16、動，離波源較近的質(zhì)點先停止振動，離波源較遠的質(zhì)點后停止振動，故C正確。 4．(橫波和縱波)關(guān)于橫波和縱波，下列說法正確的是(　　) A．對于橫波和縱波，質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向有時相同，有時相反 B．對于縱波，質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向一定相同 C．對于縱波，介質(zhì)中質(zhì)點隨波一起遷移 D．對于縱波，介質(zhì)中質(zhì)點不隨波遷移 答案　D 解析　橫波中質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向相互垂直，縱波中質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向有時相同，有時相反，故A、B錯誤；無論橫波還是縱波，當有機械波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)中的質(zhì)點都是在平衡位置附近做往復運動，不會隨波遷移，故C錯誤，D正確。 5. (波

17、的傳播方向和質(zhì)點振動方向)振源A帶動細繩上各點上下做簡諧運動，t＝0時刻繩上形成的波形如圖所示。規(guī)定繩上質(zhì)點向上運動的方向為x軸的正方向，則P質(zhì)點的振動圖象是(　　) 答案　B 解析　由題圖及波的傳播與質(zhì)點的振動關(guān)系可知，P質(zhì)點在t＝0時刻正由平衡位置沿x軸負方向運動，故B正確，A、C、D錯誤。 6. (機械波的形成及特點)如圖所示為波源開始振動后經(jīng)過一個周期的波形圖，設(shè)介質(zhì)中質(zhì)點振動周期為T，下列說法正確的是(　　) A．若M質(zhì)點為波源，則M質(zhì)點開始振動時方向向下 B．若M質(zhì)點為波源，則P質(zhì)點已經(jīng)振動了T C．若N質(zhì)點為波源，則P質(zhì)點已經(jīng)振動了T D．若N質(zhì)點為波源

18、，則該時刻P質(zhì)點動能最大 答案　C 解析　若M質(zhì)點為波源，相當于M質(zhì)點追隨它左邊的質(zhì)點振動，又因為是經(jīng)過一個周期的波形，此時M質(zhì)點的振動方向向上，即為開始振動時的方向，A錯誤；若M質(zhì)點為波源，振動剛剛傳到N質(zhì)點，P質(zhì)點已振動了T，B錯誤；若N質(zhì)點為波源，則N質(zhì)點開始振動的方向向下，P質(zhì)點已振動了T，又因為此時P質(zhì)點離平衡位置最遠，速度為零，動能最小，故C正確，D錯誤。 B組：等級性水平訓練 7．(橫波和縱波)下列關(guān)于橫波與縱波的說法中，正確的是(　　) A．質(zhì)點上下振動形成的波是橫波 B．質(zhì)點左右振動形成的波是縱波 C．質(zhì)點振動方向與波的傳播方向相互垂直，形成的波是橫波 D．在

19、固體中傳播的波一定是橫波 答案　C 解析　區(qū)分橫波和縱波的依據(jù)是波的傳播方向和質(zhì)點振動方向的關(guān)系，而橫波和縱波都能在固體中傳播，故C正確，A、B、D錯誤。 8. (波的特點)(多選)如圖所示是做簡諧振動繩子的一段，繩中有沿繩向右傳播的一列機械波，則對于該時刻下列說法中正確的是(　　) A．圖中3質(zhì)點的速度方向向下 B．圖中除1質(zhì)點外，加速度最大的是5質(zhì)點 C．只有3、7質(zhì)點的振動頻率不同，其他質(zhì)點的振動頻率都相同 D．各個質(zhì)點振動的周期都與波源振動的周期一樣 答案　ABD 解析　由于繩波是橫波且向右傳播，繩中左邊的質(zhì)點帶動右邊的質(zhì)點振動，故2、3、4質(zhì)點向下振動，6、7質(zhì)

20、點向上振動，題圖時刻3、7兩質(zhì)點在平衡位置，速度最大，1、5兩質(zhì)點在最大位移處，加速度最大，故A、B正確；各質(zhì)點的振動周期(或頻率)由波源決定，并且與波源的振動周期(或頻率)是相等的，故C錯誤，D正確。 9．(波的特點)(多選)關(guān)于機械波的說法正確的是(　　) A．相鄰的質(zhì)點要相互做功 B．縱波的質(zhì)點可以隨波遷移，而橫波的質(zhì)點不能 C．波源開始時怎樣振動，其他質(zhì)點開始時就怎樣振動 D．除波源外，波中各質(zhì)點都做受迫振動 答案　ACD 解析　機械波是由于介質(zhì)中前面的質(zhì)點帶動后面的質(zhì)點，使波源的振動形式與波源的能量向遠處傳播而形成的，介質(zhì)中前、后質(zhì)點間存在相互作用力，因而相互做功，故A

21、正確；無論是橫波還是縱波，波傳播過程中，各質(zhì)點只能在各自的平衡位置附近振動，質(zhì)點不隨波遷移，因此B錯誤；波源依次帶動后面的質(zhì)點振動，每個質(zhì)點都做受迫振動，每個質(zhì)點的頻率都與波源頻率相同，并且都“仿照”波源振動，故C、D正確。 10．(波的特點及應(yīng)用)下列關(guān)于波的應(yīng)用正確的是(　　) A．要使放在河中的紙船逐漸靠近河岸，可向比紙船更遠處投擲石子形成水波 B．兩個在水中潛泳并且靠得較近的運動員能聽到對方發(fā)出的聲音是聲波在液體中傳播的應(yīng)用 C．光纜是利用機械波傳遞信息的 D．宇航員在宇宙飛船里，擊打船壁只能引起機械振動，不能形成聲波 答案　B 解析　機械波傳播時，介質(zhì)質(zhì)點在各自平衡位置

22、附近振動，質(zhì)點本身并不隨波遷移，所以水波并不能使河中的紙船靠近河岸，A錯誤；光纜是利用光波傳遞信息的，C錯誤；固體也能傳播聲波，D錯誤；聲波可以在液體中傳播，B正確。 11. (由振動方向判斷波的傳播方向)如圖所示為一簡諧橫波在某一時刻的波形圖，已知此時質(zhì)點A正向上運動，如圖中箭頭所示。由此可判定此橫波(　　) A．向右傳播，且此時質(zhì)點B正向上運動 B．向右傳播，且此時質(zhì)點C正向下運動 C．向左傳播，且此時質(zhì)點D正向上運動 D．向左傳播，且此時質(zhì)點E正向下運動 答案　C 解析　先根據(jù)A向上運動，說明是跟著右邊的質(zhì)點在振動，說明波源在右邊，可判定波向左傳播，故A、B錯誤；已知波

23、的傳播方向，沿波的傳播方向，比D、E質(zhì)點更早開始振動的各自相鄰的質(zhì)點都在它們的位置的上方，所以D、E向上振動，而B、C向下振動，C正確，D錯誤。 12．(波的形成)如圖是某繩波形成過程示意圖，1、2、3、4……為繩上的一系列等間距的質(zhì)點，繩處于水平方向。質(zhì)點1在外力作用下沿豎直方向做簡諧運動，帶動2、3、4……各個質(zhì)點依次上下振動，把振動從繩的左端傳到右端。t＝0時質(zhì)點1開始豎直向上運動，質(zhì)點振動周期為T，經(jīng)過四分之一周期，質(zhì)點5開始運動，此時質(zhì)點1已發(fā)生的位移大小為x0。下列判斷正確的是(　　) A．t＝時質(zhì)點5的運動方向向下 B．t＝時質(zhì)點7的加速度方向向上 C．t＝時質(zhì)點5運

24、動的路程為3x0 D．t＝T時質(zhì)點9向下運動 答案　D 解析　經(jīng)過，質(zhì)點1從平衡位置運動到波峰，位移大小為x0，則振幅A＝x0，后一個質(zhì)點重復前一個質(zhì)點的振動，質(zhì)點1開始振動時是從平衡位置開始向上振動，故質(zhì)點5開始振動時也是由平衡位置開始向上振動，A錯誤；因為質(zhì)點1到質(zhì)點7的距離是質(zhì)點1到質(zhì)點5的距離的1.5倍，所以波從質(zhì)點1傳到質(zhì)點7所需時間為T，故在t＝時質(zhì)點7已振動T，即質(zhì)點7在從平衡位置向上運動過程中，根據(jù)公式a＝－知此時質(zhì)點7的加速度方向向下，B錯誤；在t＝時刻，質(zhì)點5已振動，故其通過的路程為×4x0＝2x0，C錯誤；波從質(zhì)點1傳播到質(zhì)點9所需時間為T，在t＝T時質(zhì)點9已振動T，故此時質(zhì)點9正通過平衡位置向下振動，D正確。 - 15 -