1 波的形成和传播

第三章机械波1波的形成和传播一、波的形成和传播1.波：振动的传播称为波动，简称波.2.波的形成和传播(以绳波为例)(1)一条绳子可以分成一个个小段，一个个小段可以看做一个个相连的质点，这些质点之间存在着相互作用.(2)当手握绳端上下振动时，绳端带动相邻质点，使它也上下振动.这个质点又带动更远一些的质点……绳上的质点都跟着振动起来，只是后面的质点总比前面的质点迟一些开始振动.二、横波和纵波定义标志性物理量实物波形横波质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波(1)波峰：凸起的最高处(2)波谷：凹下的最低处纵波质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波(1)密部：质点分布最密的位置(2)疏部：质点分布最疏的位置三、机械波1.介质(1)定义：波借以传播的物质.(2)特点：组成介质的质点之间有相互作用，一个质点的振动会引起相邻质点的振动.2.机械波机械振动在介质中传播，形成了机械波.3.机械波的特点(1)介质中有机械波传播时，介质本身并不随波一起传播，它传播的只是振动这种运动形式.(2)波是传递能量的一种方式.(3)波可以传递信息.一、波的形成、传播及特点1.机械波的形成与传播2.波的特点(1)振幅：像绳波这种一维(只在某个方向上传播)机械波，若不计能量损失，各质点的振幅相同.(2)周期(频率)：各质点都在做受迫振动，所以各质点振动的周期(频率)均与波源的振动周期(频率)相同.(3)步调：离波源越远，质点振动越滞后.(4)运动：各质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波迁移.各质点的起振方向都与波源开始振动的方向相同.(5)实质：机械波向前传播的是振动这种运动形式，同时也可以传递能量和信息.例1(多选)下列关于机械波的说法中，正确的是()A.波传播过程中，质点也随着波移动B.相邻质点间必有相互作用力C.前一质点的振动带动相邻的后一质点的振动，后一质点的振动必定落后于前一质点的振动D.离波源越远，质点的振动频率越小二、横波和纵波横波和纵波的区别(1)质点的振动方向与波的传播方向的关系不同：横波中，质点的振动方向与波的传播方向垂直；纵波中，质点的振动方向与波的传播方向在同一条直线上.(2)传播介质不同：横波只能在固体介质中传播；纵波在固体、液体和气体中均能传播.(3)特征不同：横波中交替、间隔出现波峰和波谷；纵波中交替、间隔出现密部和疏部.例2关于横波和纵波，下列说法正确的是()A.振源上下振动形成的波是横波B.振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，这类波是纵波三、振动与波的关系1.区别(1)研究对象不同——振动是单个质点在平衡位置附近的往复运动，是单个质点的“个体行为”；波动是振动在介质中的传播，是介质中彼此相连的大量质点将波源的振动传播的“群体行为”.(2)力的来源不同——产生振动的回复力，可以由作用在物体上的各种性质的力提供；而引起波动的力，则总是联系介质中各质点的弹力.(3)运动性质不同——振动是质点的变加速运动；而波动是匀速直线运动，传播距离与时间成正比.2.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)波动的性质、频率和振幅与振源相同.例3(多选)关于振动和波的关系，下列说法中正确的是()A.振动是波的成因，波是振动的传播B.振动是单个质点呈现的运动现象，波是许多质点联合起来呈现的运动现象C.波的传播速度就是质点振动的速度D.波源停止振动时，波立即停止传播四、由“带动法”确定质点的振动方向带动法原理：先振动的质点带动邻近的后振动的质点.方法：在质点P靠近波源一方附近的图象上另找一点P′，P′为先振动的质点，若P′在P上方，则P 向上运动，若P′在P下方，则P向下运动.如图3所示.图3例4一列横波沿绳子向右传播，某时刻绳子形成如图4所示的形状，对此时绳上A、B、C、D、E、F 六个质点说法正确的是()图4A.质点B向右运动B.质点D和质点F的速度方向相同C.质点A和质点C的速度方向相同D.从此时算起，质点B比质点C先回到平衡位置1.(波的形成和传播)(2018·临漳一中高二下学期期中)如图5所示是某绳波形成过程的示意图，1、2、3、4……为绳上的一系列等间距的质点，绳处于水平方向.质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，带动2、3、4……各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端.t ＝0时质点1开始竖直向上运动，经过四分之一周期，质点5开始运动.下列判断正确的是( )图5A.t ＝T 4时质点5的运动方向向下B.t ＝T2时质点8的速度方向向上C.t ＝3T4时质点12的运动方向向下 D.t ＝T 时质点17开始向下运动2.(横波和纵波)有关纵波与横波，下列说法中正确的是( ) A.对于纵波，质点的振动方向与波的传播方向一定相同 B.对于横波，质点振动方向与波的传播方向垂直 C.纵波的质点可以随波迁移，而横波的质点不能D.横波只能在固体中传播，纵波只能在液体、气体中传播3.(振动与波的关系)(多选)关于机械波和机械振动，下列说法中正确的是( ) A.机械振动就是机械波，机械波就是机械振动 B.有机械波，则一定有机械振动C.机械波就是质点在介质中的运动路径D.在波传播方向上各个质点都有相同的振动频率和振幅4.(由“带动法”确定质点的振动方向)振源A 带动细绳上各点上下做简谐运动，t ＝0时刻绳上形成的波形如图6所示.规定绳上质点向上运动的方向为x 轴的正方向，则P 点的振动图象是( )图6一、选择题考点一 波的形成、传播和特点1.在敲响古刹里的大钟时，有的同学发现，停止对大钟的撞击后，大钟仍“余音未绝”，主要原因是( ) A.大钟的回声 B.大钟在继续振动，空气中继续形成声波 C.人的听觉发生“暂留” D.大钟虽停止振动，但空气仍在振动2.在一平静的湖面上漂浮着一轻木块，向湖中投入一石块，在湖面上激起水波，关于木块的运动情况，以下说法正确的是( )A.因为“随波逐流”，木块将被推至远处B.因不知道木块离波源的远近如何，所以无法确定木块的运动情况C.无论木块离波源的远近如何，它都不能被波推动，最多只能在湖面上做上下振动D.木块被推动的距离与木块的质量大小和所受水的阻力的大小等情况有关3.(多选)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4.(多选)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振动，只是时间上落后一步C.参与振动的质点都有相同的频率D.机械波是质点随波迁移，也是振动能量的传递5.一列简谐横波在介质中传播，当波源质点突然停止振动时，介质中其他质点的振动及能量传递的情况是()A.所有质点都立即停止振动B.已经振动的质点将继续振动，未振动的质点则不会振动C.能量将会继续向远处传递D.能量传递随即停止6.关于机械波，下列说法中正确的是()A.自然界所刮的风就是一种机械波B.波不仅能传递能量，而且参与振动的质点也在随波迁移C.波将波源的振动形式传播出去的同时，也可以传递信息D.传播机械波的介质一定是可以自由流动的考点二横波和纵波7.区分横波和纵波的依据是()A.是否沿水平方向传播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是相互垂直还是在同一直线上D.质点振动的快慢8.(2018·南昌十中高二下学期期中)下列关于纵波的说法中，正确的是()A.在纵波中，波的传播方向就是波中质点的移动方向B.纵波中质点的振动方向一定与波的传播方向在一条直线上C.纵波中质点的振动方向一定与波的传播方向垂直D.纵波也有波峰和波谷考点三由“带动法”确定质点的振动方向9.(2018·商州高二检测)如图2所示为波沿一条固定的绳子向右刚传播到B点时的波形，由图可判断A点刚开始的振动方向是()图2A.向左B.向右C.向下D.向上10.一列简谐横波沿x 轴传播，某时刻的波形如图3所示，已知此时质点F 的运动方向向y 轴负方向，则( )图3A.此波向x 轴正方向传播B.质点C 此时向y 轴正方向运动C.质点C 将比质点B 先回到平衡位置D.质点E 的振幅为零11.一列波在介质中向某一方向传播，图4为此波在某一时刻的波形图，并且此时振动还只发生在M 、N 之间，已知此波的周期为T ，Q 质点速度方向在波形图中是向下的，下面说法中正确的是( )图4A.波源是M ，由波源起振开始计时，P 质点已经振动了TB.波源是N ，由波源起振开始计时，P 质点已经振动了3T4C.波源是N ，由波源起振开始计时，P 质点已经振动了T4D.波源是M ，由波源起振开始计时，P 质点已经振动了T4第三章机械波1波的形成和传播[学科素养与目标要求]物理观念：1.知道机械波的产生条件，理解机械波的形成过程.2.知道横波和纵波的概念.3.知道机械波传播的特点.科学思维：通过生活中有关波的素材，建立对波的感性认识，为进一步学习打下基础.科学探究：通过视频和模拟动画，逐步体会和理解波的形成和传播及横波、纵波的概念.科学态度与责任：注重学生的亲身体验和实验观察，理解科学本质，形成对科学和技术应有的正确态度.一、波的形成和传播1.波：振动的传播称为波动，简称波.2.波的形成和传播(以绳波为例)(1)一条绳子可以分成一个个小段，一个个小段可以看做一个个相连的质点，这些质点之间存在着相互作用.(2)当手握绳端上下振动时，绳端带动相邻质点，使它也上下振动.这个质点又带动更远一些的质点……绳上的质点都跟着振动起来，只是后面的质点总比前面的质点迟一些开始振动.二、横波和纵波定义标志性物理量实物波形横波质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波(1)波峰：凸起的最高处(2)波谷：凹下的最低处纵波质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波(1)密部：质点分布最密的位置(2)疏部：质点分布最疏的位置三、机械波1.介质(1)定义：波借以传播的物质.(2)特点：组成介质的质点之间有相互作用，一个质点的振动会引起相邻质点的振动.2.机械波机械振动在介质中传播，形成了机械波.3.机械波的特点(1)介质中有机械波传播时，介质本身并不随波一起传播，它传播的只是振动这种运动形式.(2)波是传递能量的一种方式.(3)波可以传递信息.一、波的形成、传播及特点如图所示，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.1.机械波的形成与传播2.波的特点(1)振幅：像绳波这种一维(只在某个方向上传播)机械波，若不计能量损失，各质点的振幅相同.(2)周期(频率)：各质点都在做受迫振动，所以各质点振动的周期(频率)均与波源的振动周期(频率)相同.(3)步调：离波源越远，质点振动越滞后.(4)运动：各质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波迁移.各质点的起振方向都与波源开始振动的方向相同.(5)实质：机械波向前传播的是振动这种运动形式，同时也可以传递能量和信息.例1(多选)下列关于机械波的说法中，正确的是()A.波传播过程中，质点也随着波移动B.相邻质点间必有相互作用力C.前一质点的振动带动相邻的后一质点的振动，后一质点的振动必定落后于前一质点的振动D.离波源越远，质点的振动频率越小答案BC波动过程中各质点的运动规律可用三句话来描述：(1)先振动的质点带动后振动的质点.(2)后振动的质点重复前面质点的振动.(3)后振动的质点的振动状态落后于先振动的质点.概括起来就是“带动、重复、落后”.二、横波和纵波如图所示，(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.横波和纵波的区别(1)质点的振动方向与波的传播方向的关系不同：横波中，质点的振动方向与波的传播方向垂直；纵波中，质点的振动方向与波的传播方向在同一条直线上.(2)传播介质不同：横波只能在固体介质中传播；纵波在固体、液体和气体中均能传播.(3)特征不同：横波中交替、间隔出现波峰和波谷；纵波中交替、间隔出现密部和疏部.例2关于横波和纵波，下列说法正确的是()A.振源上下振动形成的波是横波B.振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解析根据横波和纵波的概念，质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波叫做横波，质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波叫做纵波，与上下振动或水平振动无关，故A、B选项错误，C选项正确；质点沿水平方向振动，波沿水平方向传播，并不能说明是沿同一直线，故D选项错误.三、振动与波的关系1.区别(1)研究对象不同——振动是单个质点在平衡位置附近的往复运动，是单个质点的“个体行为”；波动是振动在介质中的传播，是介质中彼此相连的大量质点将波源的振动传播的“群体行为”.(2)力的来源不同——产生振动的回复力，可以由作用在物体上的各种性质的力提供；而引起波动的力，则总是联系介质中各质点的弹力.(3)运动性质不同——振动是质点的变加速运动；而波动是匀速直线运动，传播距离与时间成正比.2.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)波动的性质、频率和振幅与振源相同.例3(多选)关于振动和波的关系，下列说法中正确的是()A.振动是波的成因，波是振动的传播B.振动是单个质点呈现的运动现象，波是许多质点联合起来呈现的运动现象C.波的传播速度就是质点振动的速度D.波源停止振动时，波立即停止传播答案AB解析机械波的产生条件是有波源和介质.由于介质中的质点之间相互作用，一个质点的振动带动相邻质点的振动并由近及远传播而形成波，所以选项A、B正确；波的传播速度是波形由波源向外传播的速度；而质点振动的速度和方向都随时间周期性地发生变化，选项C错误；波源一旦将振动传给了介质，振动就会在介质中向远处传播；当波源停止振动时，介质仍然继续传播波源振动的运动形式，不会因波源停止振动而立即停止传播，选项D错误.四、由“带动法”确定质点的振动方向带动法原理：先振动的质点带动邻近的后振动的质点.方法：在质点P靠近波源一方附近的图象上另找一点P′，P′为先振动的质点，若P′在P上方，则P 向上运动，若P′在P下方，则P向下运动.如图3所示.图3例4一列横波沿绳子向右传播，某时刻绳子形成如图4所示的形状，对此时绳上A、B、C、D、E、F 六个质点说法正确的是()图4A.质点B向右运动B.质点D和质点F的速度方向相同C.质点A和质点C的速度方向相同D.从此时算起，质点B比质点C先回到平衡位置答案 D解析波传播时，离波源远的质点的振动落后于离波源近的质点的振动，并跟随着离波源近的质点振动，D跟随C向上运动，F跟随E向下运动，同理，A向下运动，C向上运动，由此可知选项B、C错误；由于此时B和C都向上运动，所以B比C先到达最大位移处，并先回到平衡位置，选项A错误，D正确. [学科素养]例4考查了质点振动方向的确定方法，先振动的质点带动邻近的后振动的质点.这是从物理学视角对基于事实构建的振动模型中各质点运动规律及相互关系的分析，体现了“科学思维”的学科素养.1.(波的形成和传播)(2018·临漳一中高二下学期期中)如图5所示是某绳波形成过程的示意图，1、2、3、4……为绳上的一系列等间距的质点，绳处于水平方向.质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，带动2、3、4……各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端.t＝0时质点1开始竖直向上运动，经过四分之一周期，质点5开始运动.下列判断正确的是( )图5A.t ＝T 4时质点5的运动方向向下B.t ＝T2时质点8的速度方向向上C.t ＝3T4时质点12的运动方向向下 D.t ＝T 时质点17开始向下运动答案 B2.(横波和纵波)有关纵波与横波，下列说法中正确的是( ) A.对于纵波，质点的振动方向与波的传播方向一定相同 B.对于横波，质点振动方向与波的传播方向垂直 C.纵波的质点可以随波迁移，而横波的质点不能D.横波只能在固体中传播，纵波只能在液体、气体中传播 答案 B解析 纵波质点振动方向与传播方向在一条直线上，方向并不一定相同，故A 选项错误；机械波的质点只是在其平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移，横波和纵波都是这样，故C 选项错误；横波只能在固体中传播，纵波可在固体、液体和气体中传播，故D 选项错误.3.(振动与波的关系)(多选)关于机械波和机械振动，下列说法中正确的是( ) A.机械振动就是机械波，机械波就是机械振动 B.有机械波，则一定有机械振动C.机械波就是质点在介质中的运动路径D.在波传播方向上各个质点都有相同的振动频率和振幅 答案 BD解析 机械振动在介质中传播，形成了机械波，A 错；波的形成有两个条件，一是要有波源，二是要有介质，所以，有机械波一定有机械振动，B 对；在波的形成和传播过程中，各质点不随波迁移，C 错；离波源较远的质点依靠前面质点的带动，所以频率、振幅相同，D 对.4.(由“带动法”确定质点的振动方向)振源A 带动细绳上各点上下做简谐运动，t ＝0时刻绳上形成的波形如图6所示.规定绳上质点向上运动的方向为x 轴的正方向，则P 点的振动图象是( )图6答案 B解析 由“带动法”可知此时P 点从平衡位置开始向下运动，B 正确.一、选择题考点一 波的形成、传播和特点1.在敲响古刹里的大钟时，有的同学发现，停止对大钟的撞击后，大钟仍“余音未绝”，主要原因是( ) A.大钟的回声 B.大钟在继续振动，空气中继续形成声波 C.人的听觉发生“暂留” D.大钟虽停止振动，但空气仍在振动答案 B 解析 停止对大钟的撞击后，大钟的振动不会立即停止，振动的能量不会立即消失，大钟会做一段时间的阻尼振动，因此还会在空气中形成声波，这就是“余音未绝”的原因，所以选项B 正确.2.在一平静的湖面上漂浮着一轻木块，向湖中投入一石块，在湖面上激起水波，关于木块的运动情况，以下说法正确的是( )A.因为“随波逐流”，木块将被推至远处B.因不知道木块离波源的远近如何，所以无法确定木块的运动情况C.无论木块离波源的远近如何，它都不能被波推动，最多只能在湖面上做上下振动D.木块被推动的距离与木块的质量大小和所受水的阻力的大小等情况有关答案 C解析波传播的是振动这种形式，各质点在各自平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移，故A、B、D 错误，C正确.3.(多选)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解析机械波是由于介质中前面的质点带动后面的质点运动，使波源的振动形式与波源的能量向远处传播而形成的，前、后质点间存在相互作用力，因而相互做功，故A正确；机械波的传播必须有介质，在真空中不能传播，故B错误；波源依次带动后面的质点，每个质点都做受迫振动，每个质点的频率都与波源频率相同，并且都“仿照”波源振动，故C、D正确.4.(多选)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振动，只是时间上落后一步C.参与振动的质点都有相同的频率D.机械波是质点随波迁移，也是振动能量的传递答案BC解析机械波的形成必须具备的两个条件：波源和介质，物体做机械振动，若其周围没有传播这种振动的介质，远处的质点不可能振动起来形成机械波，故A选项错误；形成机械波的各振动质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移，故D选项错误.5.一列简谐横波在介质中传播，当波源质点突然停止振动时，介质中其他质点的振动及能量传递的情况是()A.所有质点都立即停止振动B.已经振动的质点将继续振动，未振动的质点则不会振动C.能量将会继续向远处传递D.能量传递随即停止答案 C6.关于机械波，下列说法中正确的是()A.自然界所刮的风就是一种机械波B.波不仅能传递能量，而且参与振动的质点也在随波迁移C.波将波源的振动形式传播出去的同时，也可以传递信息D.传播机械波的介质一定是可以自由流动的答案 C考点二横波和纵波7.区分横波和纵波的依据是()A.是否沿水平方向传播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是相互垂直还是在同一直线上D.质点振动的快慢答案 C8.(2018·南昌十中高二下学期期中)下列关于纵波的说法中，正确的是()A.在纵波中，波的传播方向就是波中质点的移动方向B.纵波中质点的振动方向一定与波的传播方向在一条直线上C.纵波中质点的振动方向一定与波的传播方向垂直D.纵波也有波峰和波谷答案 B考点三由“带动法”确定质点的振动方向9.(2018·商州高二检测)如图2所示为波沿一条固定的绳子向右刚传播到B点时的波形，由图可判断A点刚开始的振动方向是()。