同步備課套餐之物理3-4講義：第十二章機械波1

學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精1波的形成和傳播[學習目標］1。知道機械波的產生條件,理解機械波的形成過程。2.知道橫波和縱波的概念.3.知道機械波傳播的特點．一、波的形成和傳播［導學探究]如圖1所示,手拿繩的一端，上下振動一次，使繩上形成一個凸起狀態(tài)，隨后形成一個凹落狀態(tài)，可以看到，這個凸起狀態(tài)和凹落狀態(tài)在繩上從一端向另一端移動．如果在繩子上某處做一紅色標記，觀察這一紅色標記的運動．(1)紅色標記做什么運動?（2)為什么會看到凸起狀態(tài)和凹落狀態(tài)在繩上從一端向另一端移動?圖1答案(1）紅色標記做上下振動（2)繩子一端振動，帶動繩子上相鄰部分振動，依次逐漸引起整個繩子振動，由于后面的點總是比前面的點的振動落后，所以會看到凸起狀態(tài)和凹落狀態(tài)在繩上從一端向另一端移動．［知識梳理]波的形成原因：以繩波為例（如圖2所示）圖21．可以將繩分成許多小部分，每一部分看做一個質點．2．在無外來擾動之前，各個質點排列在同一直線上，各個質點所在的位置稱為各自的平衡位置．3．由于外來的擾動，會引起繩中的某一質點振動，首先振動的那個質點稱為波源．4．由于繩中各質點之間存在著相互作用力，作為波源的質點就帶動周圍質點振動，周圍質點又依次帶動鄰近質點振動，于是振動就在繩中由近及遠地傳播．［即學即用］判斷下列說法的正誤．(1）質點的振動位置不斷轉換即形成波．（×)(2）在繩波的形成和傳播中，所有質點同時運動，同時停止運動．(×)(3)在繩波的形成和傳播中，所有質點的運動是近似的勻速直線運動．（×)二、橫波和縱波［導學探究］如圖3所示的繩波中，質點振動方向和波的傳播方向之間有什么關系？如圖所示的彈簧波中質點振動方向和波的傳播方向之間有什么關系？圖3答案垂直平行［知識梳理］對橫波和縱波的理解橫波縱波概念在波動中,質點的振動方向與波的傳播方向相互垂直在波動中，質點的振動方向與波的傳播方向在一條直線上介質機械橫波只能在固體介質中傳播在固體、液體和氣體介質中均能傳播特征在波動中交替、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［即學即用]判斷下列說法的正誤．(1)質點振動的方向與傳播的方向垂直的波是橫波．(√）(2)質點振動的方向與傳播的方向在同一直線上的波是縱波．(√）（3）聲波是一種橫波．（×)（4）在縱波中各質點的振動方向與波的傳播方向相同．(×)（5）橫波一定有波峰和波谷，而且波峰和波谷是相互間隔的．(√)三、機械波及其特點［導學探究］思考關于繩子上形成的橫波和彈簧上形成的縱波，回答下列問題：(1)要形成機械波需要滿足什么條件?（2）繩子上的某點和彈簧上的某點做什么運動？它們有沒有隨著波的傳播方向遷移？（3)繩子或彈簧上沿著波的傳播方向，后面的點和前面的點的振動有什么相同點和不同點？(4)機械波由近及遠傳播，你認為它在傳播什么？答案(1）介質和波源(2)機械振動，沒有移動(3）相同點：所有點均做同頻率的機械振動．不同點：后面的點總比前面的點的振動落后（4）傳播機械振動這種運動形式、傳遞能量或傳遞某種信息．［知識梳理]機械波及其特點1．介質波借以傳播的物質叫做介質．組成介質的質點之間有相互作用，一個質點的振動會引起相鄰質點的振動．2．機械波產生的條件（1)要有波源．(2)要有傳播振動的介質．3．機械波的特點（1)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，并且離波源越遠，質點的振動越滯后．（2)各質點振動周期都與波源振動周期相同．(3）介質中每個質點的振動方向都和波源的起振方向相同．(4）波傳播的是振動這種形式,而介質的每個質點只在自己的平衡位置附近振動，并不隨波遷移．（5）波在傳播“振動”這種運動形式的同時，也在傳遞能量，而且可以傳遞信息．［即學即用]判斷下列說法的正誤．(1)形成機械波一定要有振源和介質．(√)（2)振源做簡諧運動形成的波中，各質點的運動情況完全相同．(×)（3)橫波向右傳播時，處于波峰的質點也向右遷移．(×）(4)機械波向右傳播時，右方的質點比左方的質點早一些振動．(×)(5）機械波的傳播過程也就是能量的傳遞過程．(√)

一、機械波的特點波動過程中介質中各質點的運動規(guī)律波動過程中介質中各質點的振動周期都與波源的振動周期相同，其運動特點可用三句話來描述:(1)先振動的質點帶動后振動的質點;（2)后振動的質點重復前面質點的振動；(3)后振動質點的振動狀態(tài)落后于先振動的質點．概括起來就是“帶動、重復、落后”．例1（多選）如圖4所示，沿水平方向的介質中的部分質點，每相鄰兩質點的距離相等，其中O為波源，設波源的振動周期為T，從波源通過平衡位置豎直向下振動開始計時，經eq\f(T,4)質點1開始振動,則下列說法中正確的是（)圖4A．介質中所有質點的起振方向都是豎直向下的,但圖中質點9起振最晚B．圖中所畫出的質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．圖中質點8的振動完全重復質點7的振動，只是質點8振動時通過平衡位置或最大位移處的時間總是比質點7通過相同的位置時落后eq\f（T，4）D．只要圖中所有質點都已振動了,質點1與質點9的振動步調就完全一致，如果質點1發(fā)生的是第100次振動，則質點9發(fā)生的就是第98次振動答案ACD解析從題圖可知，質點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；質點7與質點8比較，質點7在質點8的前面，兩質點的振動步調相差eq\f（T,4），故C正確；質點9比質點1晚2T開始起振,一旦質點9起振后，質點1、9的振動步調就完全一致，故D正確．針對訓練1（多選）關于機械波的說法中,正確的是（）A．各質點都在各自的平衡位置附近振動B．相鄰質點間必有相互作用力C．前一質點的振動帶動相鄰的后一質點振動，后一質點的振動必定滯后于前一質點D．各質點隨波的傳播而遷移答案ABC解析波源的振動使其周圍質點依次振動，之所以能依次振動下去，就是依靠了相鄰質點間的相互作用力；沿波的傳播方向，后一質點的振動必滯后于前一質點的振動；質點只在平衡位置附近振動,并不隨波遷移．二、振動與波的關系波動和振動的區(qū)別與聯(lián)系(1）區(qū)別①研究對象不同—-振動是單個質點在平衡位置附近的往復運動，是單個質點的“個體行為”；波動是振動在介質中的傳播,是介質中彼此相連的大量質點將波源的振動傳播的“群體行為”．②力的來源不同——產生振動的回復力，可以由作用在物體上的各種性質的力提供；而引起波動的力，則總是聯(lián)系介質中各質點的彈力．③運動性質不同——振動是質點的變加速運動；而波動是勻速直線運動，傳播距離與時間成正比．（2）聯(lián)系①振動是波動的原因，波動是振動的結果;有波動必然有振動,有振動不一定有波動．②波動的性質、頻率和振幅與振源相同．例2(多選）關于振動與波的關系，下列說法中正確的是()A．振動是波的成因，波是振動的傳播B．振動是單個質點呈現(xiàn)的運動現(xiàn)象，波是許多質點聯(lián)合起來呈現(xiàn)的運動現(xiàn)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，波立即停止傳播答案AB解析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帶動、由近及遠傳播而形成波，所以選項A、B正確；波的傳播速度是波形由波源向外伸展的速度，在均勻介質中其速度大小不變，而質點振動的速度和方向都隨時間發(fā)生周期性地變化，選項C錯誤；介質中一旦形成了波,介質中的質點就會將“振動”這種運動形式由近及遠地向外傳播，當波源停止振動時，介質中已經振動起來的質點還在振動，所以波將繼續(xù)傳播，選項D錯誤．針對訓練2（多選)關于機械波和機械振動，下列說法中正確的是(）A．機械振動就是機械波，機械波就是機械振動B．有機械波，則一定有機械振動C．機械波就是質點在介質中的運動路徑D．在波傳播方向上各個質點都有相同的振動頻率和振幅答案BD解析機械振動在介質中的傳播即機械波，A錯；波的形成有兩個條件,一是要有波源，二是要有介質,所以，有機械波一定有機械振動，B對；在波的形成和傳播過程中，各質點不隨波遷移,C錯；離波源較遠的質點依靠前面質點的帶動，所以頻率、振幅相同,D對．三、由波的傳播方向確定質點的振動方向“帶動法”分析質點的振動方向機械波由近及遠的傳播過程是振動情況由近及遠的傳播過程，對于橫波來說（一般研究的是橫波）是平衡位置、波峰、波谷由近及遠的傳播過程．因此，在分析質點的振動方向時，可采用帶動法分析，即前面的質點帶動后面質點的運動,后面的質點重復前面質點的運動．具體方法是：找出該質點前面相鄰的特殊位置(平衡位置、波峰或波谷）,下一時刻該質點將達到這些特殊位置即這些特殊位置的振動情況將傳到該質點，由此可以判斷出質點的振動情況．同理，根據(jù)某質點的振動方向,采用此方法也可以判斷波向哪個方向傳播．例3如圖5所示是一列向右傳播的橫波，請標出這列波中a、b、c、d、……、h質點這一時刻的速度方向．圖5答案見解析圖解析由波的形成特點可知，介質中先振動的質點將帶動它后面的質點振動，后面質點的振動是前面質點振動的重復．比較沿波傳播方向上相鄰的兩質點，可知后面質點的振動狀態(tài)總是滯后于前面的質點．此題中質點c和g此時在最大位移處,速度為零,無速度方向可言．若以此時最大位移處的c點為參照點，由波的形成特點知d點的振動滯后于c點，要追隨移動到最大位移處,所以速度方向向下，e、f依次跟上，速度方向都向下；b的振動比c超前，已從負的最大位移處回振,所以速度方向向上；a超前于b，已回到平衡位置，速度最大，方向也向上；同理以g為參照點，可知h點速度方向向上,速度方向如圖所示．例4如圖6所示，是某繩波形成過程的示意圖．質點1在外力作用下沿垂直直線方向做簡諧運動，帶動2、3、4……各個質點依次上下振動，把振動從繩的左端傳到右端．已知t＝0時，質點1開始向上運動,t＝eq\f(T，4）時,質點1到達最上方，質點5開始向上運動．問：圖6（1）t＝eq\f(T,2)時，質點8、12、16的運動狀態(tài)(是否運動、運動方向）如何？(2）t＝eq\f(3T，4）時，質點8、12、16的運動狀態(tài)如何？(3）t＝T時,質點8、12、16的運動狀態(tài)如何？答案見解析解析各質點在各時刻的運動情況，如圖甲、乙、丙所示．(1)由圖甲可知,t＝eq\f（T，2)時,質點8未到達波峰，正在向上振動，質點12、16未振動．（2）由圖乙可知，t＝eq\f(3T,4)時，質點8正在向下振動,質點12正在向上振動，質點16未振動．(3）由圖丙可知，t＝T時，質點8、12正在向下振動，質點16正在向上振動．根據(jù)波的形成特點,先振動的質點帶動后面的質點振動，后面質點總是落后于前面質點的振動，每一個質點都在自己的平衡位置附近振動，正確畫出各時刻的波形圖，可以使問題變得更形象直觀。1．有關縱波與橫波，下列說法中正確的是()A．對于縱波，質點的振動方向與波的傳播方向一定相同B．對于橫波，質點振動方向與波的傳播方向垂直C．縱波的質點可以隨波遷移，而橫波的質點不能D．橫波只能在固體中傳播，縱波只能在液體、氣體中傳播答案B2．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7所示．規(guī)定繩上質點向上運動的方向為x軸的正方向，則P點的振動圖象是()圖7答案B3．(多選)如圖8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（)圖8A．圖中第3點的速度方向向下B．除第1點外,加速度最大的點是第5點C．只有第3、7點的振動頻率不同，其他點的振動頻率都相同D．各個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，介質中左邊的質點帶動右邊的質點振動,故2、3、4質點向下振動，6、7質點向上振動,如題圖時刻3、7兩質點在平衡位置，速度最大，1、5兩質點在最大位移處,加速度最大,故A、B對;各質點的振動周期(或頻率)由波源決定，并且是相等的，故C錯，D對．一、選擇題1．（多選）關于機械波在傳播過程中的特點，以下說法正確的是（)A．后振動的質點總是重復前一個帶動它振動的質點的振動B．縱波的質點可以隨波遷移，而橫波的質點不能C．介質中的各個質點只在自己的平衡位置附近振動D．機械波的傳播必須有介質答案ACD解析機械波的傳播過程是波源振動形式的傳播過程，介質中各質點在自己的平衡位置附近振動，不隨波遷移．A、C、D正確，B錯誤．2．一小石子落入平靜的湖面中央，圓形波紋一圈圈向外傳播，有一片樹葉落在水面上,則樹葉()A．逐漸漂向湖心B．逐漸漂向湖畔C．上下振動D．沿樹葉所在的圓圈做圓周運動答案C3．（多選）關于機械波的說法正確的是()A．相鄰的質點要相互做功B．縱波的質點可以隨波遷移，而橫波的質點不能C．波源開始時怎樣振動，其他質點開始時就怎樣振動D．除波源外，波中各質點都做受迫振動答案ACD解析機械波是由于介質中前面的質點帶動后面的質點，使波源的振動形式與波源的能量向遠處傳播而形成的,前、后質點間存在相互作用力，因而相互做功，故A正確；無論是橫波還是縱波，波傳播過程中,各質點只能在各自的平衡位置附近振動，質點不隨波遷移，因此B錯；波源依次帶動后面的質點，每個質點都做受迫振動，每個質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．4．(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振動,只是時間上落后一步C．參與振動的質點都有相同的頻率D．機械波是質點隨波遷移，也是振動能量的傳遞答案BC解析機械波的形成必須具備的兩個條件：波源和介質，物體做機械振動，若其周圍沒有傳播這種振動的介質,遠處的質點不可能振動起來形成機械波，故A選項錯誤；形成機械波的各振動質點只在平衡位置附近做簡諧振動，并不隨波遷移,離波源較遠處的質點振動的能量，是通過各質點的傳遞從波源獲得的，故D選項錯誤．5．科學探測表明,月球表面無大氣層，也沒有水，更沒有任何生命存在的痕跡，在月球上，兩宇航員面對面講話也無法聽到,這是因為（）A．月球太冷，聲音傳播太慢B．月球上沒有空氣,聲音無法傳播C．宇航員不適應月球，聲音太輕D．月球上太嘈雜，聲音聽不清楚答案B解析由于聲波是機械波，而機械波的傳播必須有介質,可是月球上沒有，所以聲音無法傳播．6.（多選)一列橫波沿水平方向傳播，某一時刻的波形如圖1所示，則圖中a、b、c、d四點在此時刻具有相同運動方向的是（)圖1A．a和c B．a和dC．b和c D．b和d答案BC解析若波向右傳播，則a、d向上振動，b、c向下振動；若波向左傳播,則a、d向下振動，b、c向上振動．7.如圖2所示是一列沿著繩向右傳播的繩波波形，此時波剛傳到B點，由圖可判斷波源A點開始的振動方向是(）圖2A．向左 B．向右C．向下 D．向上答案D解析由于波剛剛傳到B點,所以B點此時的振動方向就是波源的起振方向，由題圖根據(jù)波的傳播與質點振動的關系可以知道，B點此時正向上振動,所以波源A點剛開始的振動方向向上，選項D正確．8。（多選）一列簡諧橫波在x軸上傳播,某時刻的波形圖如圖3所示,a、b、c為三個質點，a正向上運動．由此可見()圖3A．該波沿x軸正方向傳播B．c正向上運動C．該時刻以后,b比c先到達平衡位置D．該時刻以后，b比c先到達離平衡位置最遠處答案AC解析由波傳播的規(guī)律知質點的振動是由先振動的質點帶動后振動的質點，由題圖知a質點偏離平衡位置的位移，說明a質點左側質點先于a質點振動，波是沿x軸正方向傳播的，選項A正確．質點c和質點a之間有一波谷,質點c振動方向與質點a振動方向相反，質點c向下運動，故選項B錯誤．b質點正向著平衡位置運動,故b比c先到達平衡位置,選項C正確．c比b先到達偏離平衡位置的最遠處，選項D錯誤．9．如圖4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點,繩處于水平方向．質點1在外力作用下沿豎直方向做簡諧運動，帶動2、3、4……各個質點依次上下振動，把振動從繩的左端傳到右端．t＝0時質點1開始豎直向上運動,質點振動