2024-2025學(xué)年高中物理第十二章機(jī)械波1波的形成和傳播學(xué)案新人教版選修3-4

PAGE10-1波的形成和傳播一、波的形成和傳播1．組成介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)之間有相互作用，一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)會(huì)引起相鄰質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)．機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播，形成機(jī)械波．2．介質(zhì)中有機(jī)械波傳播時(shí)，介質(zhì)本身并不隨波一起傳播，因此它傳播的只是振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)形式．3．介質(zhì)中原來靜止的質(zhì)點(diǎn)，隨著波的傳來而發(fā)生振動(dòng)，可見波是傳遞能量的一種方式．4．我們能用語言進(jìn)行溝通，說明波可以傳遞信息．二、橫波與縱波1．橫波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相互垂直的波，叫做橫波．在橫波中，凸起的最高處叫做波峰，凹下的最低處叫做波谷．2．縱波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在同始終線上的波，叫做縱波．在縱波中，質(zhì)點(diǎn)分布最密的位置叫做密部，質(zhì)點(diǎn)分布最疏的位置叫做疏部．3．聲波：發(fā)聲體振動(dòng)時(shí)在空氣中產(chǎn)生的聲波是縱波．聲波不僅能在空氣中傳播，也能在液體、固體中傳播．但不管在哪種介質(zhì)中，聲波都是縱波．如圖所示，將一支燃燒的蠟燭放在音響喇叭的紙盆前，讓音響播放音樂，開大音量，蠟燭的火焰會(huì)隨著音樂來回?fù)u擺，就像在跳舞一樣．你知道這是為什么嗎？提示：紙盆的振動(dòng)產(chǎn)生聲波，帶動(dòng)四周空氣發(fā)生疏密改變，這種疏密相間的狀態(tài)向外傳播經(jīng)過蠟燭火焰處時(shí)，引起火焰的搖擺．考點(diǎn)一波的形成和傳播1．波的概念振動(dòng)的傳播稱為波動(dòng)，簡稱波．2．波源引起波動(dòng)的振動(dòng)體叫波源．3．介質(zhì)能夠傳播機(jī)械振動(dòng)的物質(zhì)叫介質(zhì)，它可以是固、液、氣三態(tài)中隨意一種，可以把介質(zhì)看成由很多質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成，各質(zhì)點(diǎn)跟相鄰質(zhì)點(diǎn)相互聯(lián)系．4.波的形成在介質(zhì)中，波源首先振動(dòng)，帶動(dòng)鄰近的點(diǎn)依次振動(dòng)，形成向遠(yuǎn)處傳播的波動(dòng)．【實(shí)例精講】當(dāng)手握繩端上下振動(dòng)時(shí)，繩端帶動(dòng)相鄰質(zhì)點(diǎn)，使它也上下振動(dòng)．這個(gè)質(zhì)點(diǎn)又帶動(dòng)更遠(yuǎn)一些的質(zhì)點(diǎn)……繩上的質(zhì)點(diǎn)都很快振動(dòng)起來，只是后面的質(zhì)點(diǎn)總比前面的質(zhì)點(diǎn)遲一些起先振動(dòng)．如圖所示．5．波的傳播繩端這種上下振動(dòng)的狀態(tài)沿繩子傳出去，因此說波傳播的是振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)形式．它有以下特點(diǎn)：(1)振動(dòng)由振源逐步向遠(yuǎn)處傳播；(2)各質(zhì)點(diǎn)相繼發(fā)生振動(dòng)，后一質(zhì)點(diǎn)將重復(fù)前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)；(3)各質(zhì)點(diǎn)的起振方向均相同；(4)各質(zhì)點(diǎn)只在平衡位置旁邊做機(jī)械振動(dòng)，而不隨波遷移．【說明】盡管介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)都參加了振動(dòng)，但振動(dòng)的依次有先有后，而以后的振動(dòng)過程完全相同，但在某一時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀況一般來說都不相同．這就是說，同一時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的位移不同，這樣就形成了各種波形．6．波的形成條件波源通過質(zhì)點(diǎn)間的彈力作用帶動(dòng)四周質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，故波的傳播必需有彈性介質(zhì)存在，即有波源和介質(zhì)．【例1】(多選)如圖所示，沿水平方向的介質(zhì)中的部分質(zhì)點(diǎn)，每相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離相等，其中0為波源，設(shè)波源的振動(dòng)周期為T.自波源通過平衡位置向下振動(dòng)時(shí)起先計(jì)時(shí)，經(jīng)過eq\f(T,4)，質(zhì)點(diǎn)1起先振動(dòng)，則下列說法中正確的是()A．介質(zhì)中全部的質(zhì)點(diǎn)的起振方向都豎直向下，但圖中質(zhì)點(diǎn)9起振最晚B．圖中所畫的質(zhì)點(diǎn)的起振時(shí)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(diǎn)8的振動(dòng)完全重復(fù)質(zhì)點(diǎn)7的振動(dòng)，只是質(zhì)點(diǎn)8起振后，通過平衡位置或最大位移處的時(shí)間總是比質(zhì)點(diǎn)7通過相同位置時(shí)落后eq\f(T,4)D．只要圖中全部的質(zhì)點(diǎn)都已振動(dòng)了，質(zhì)點(diǎn)1與質(zhì)點(diǎn)9的振動(dòng)步調(diào)就完全一樣，但假如質(zhì)點(diǎn)1發(fā)生的是第100次振動(dòng)，則質(zhì)點(diǎn)9發(fā)生的是第98次振動(dòng)【導(dǎo)思】1.波源起振后，假設(shè)介質(zhì)之間沒有相互作用，能形成波嗎？2．波源起振后，后面的質(zhì)點(diǎn)是由前面的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)引起的，因此各質(zhì)點(diǎn)起振方向有什么特點(diǎn)？3．形成波后，沿波傳播方向各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期有什么關(guān)系？4．在同一介質(zhì)中，波源振動(dòng)的每個(gè)周期，波傳播的距離有什么關(guān)系？【解析】從圖中可知，質(zhì)點(diǎn)9是圖中距波源最遠(yuǎn)的點(diǎn)，盡管與振源起振方向相同，但起振時(shí)刻最晚，故A正確，B錯(cuò)誤；質(zhì)點(diǎn)7與質(zhì)點(diǎn)8相比較，質(zhì)點(diǎn)7是質(zhì)點(diǎn)8的前一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，7、8兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)步調(diào)相差eq\f(T,4)，故C正確；波由質(zhì)點(diǎn)1傳播到質(zhì)點(diǎn)9正好是2個(gè)周期的時(shí)間，質(zhì)點(diǎn)9比質(zhì)點(diǎn)1晚2T起先起振，一旦質(zhì)點(diǎn)9起振后，質(zhì)點(diǎn)1、9振動(dòng)步調(diào)完全一樣，故D正確．【答案】ACD細(xì)繩的一端在外力作用下從t＝0時(shí)刻起先做簡諧運(yùn)動(dòng)，激發(fā)出一列簡諧橫波，如圖所示，在細(xì)繩上選取15個(gè)點(diǎn)，圖甲為t＝0時(shí)刻各點(diǎn)所處的位置，圖乙為t＝T/4時(shí)刻的波形圖(T為波的周期)．請(qǐng)你在圖丙中畫出t＝3T/4時(shí)刻的波形圖．答案：t＝eq\f(3,4)T時(shí)刻的波形如下圖所示．解析：由題知，t＝eq\f(T,4)時(shí)刻，第1個(gè)質(zhì)點(diǎn)到達(dá)最高點(diǎn)，第4個(gè)質(zhì)點(diǎn)起振，則再經(jīng)eq\f(T,4)，即t＝eq\f(T,2)時(shí)刻，第4個(gè)質(zhì)點(diǎn)到達(dá)最高點(diǎn)，第7個(gè)質(zhì)點(diǎn)起振，再經(jīng)eq\f(T,4)，即t＝eq\f(3,4)T時(shí)刻，第7個(gè)質(zhì)點(diǎn)到達(dá)最高點(diǎn)，第10個(gè)質(zhì)點(diǎn)起振．考點(diǎn)二橫波和縱波1．橫波(1)概念：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向跟波的傳播方向相互垂直的波，叫做橫波．(2)波形特點(diǎn)：凹凸相間．【說明】形成橫波的各質(zhì)點(diǎn)可在與波傳播方向垂直的隨意方向上振動(dòng)．(3)波峰和波谷：在橫波中，凸起的最高處叫做波峰，凹下的最低處叫做波谷．2．縱波(1)概念：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向跟波的傳播方向在同始終線上的波，叫做縱波．(2)波形特點(diǎn)：疏(疏部)密(密部)相間．(3)密部和疏部：在縱波中，質(zhì)點(diǎn)分布最密的位置叫做密部，質(zhì)點(diǎn)分布最疏的位置叫做疏部．【留意】氣體、液體、固體三種介質(zhì)都能傳播縱波，但氣體不能傳播橫波．因?yàn)闅怏w不能發(fā)生剪切形變，無法傳播橫波．3．橫波和縱波的區(qū)分4.實(shí)際生活中的縱波與橫波聲波是縱波，地震波既有橫波又有縱波．水波比較困難，水的內(nèi)部只能傳播縱波，由于表面張力作用，水的表面可以傳播橫波和縱波，因此水波既不是橫波，也不是縱波，稱為水紋波(如圖所示)．【例2】關(guān)于橫波和縱波，下列說法正確的是()A．振源上、下振動(dòng)形成的波是橫波B．振源水平振動(dòng)形成的波是縱波C．波沿水平方向傳播，質(zhì)點(diǎn)上下振動(dòng)，這類波是橫波D．質(zhì)點(diǎn)沿水平方向振動(dòng)，波沿水平方向傳播，這類波是縱波【導(dǎo)思】推斷橫波與縱波的方法是依據(jù)波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向的關(guān)系．【解析】依據(jù)縱波與橫波的概念，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波傳播方向垂直者為橫波，同始終線者為縱波，并不是上、下振動(dòng)與水平振動(dòng)的問題．所以A、B兩項(xiàng)錯(cuò)誤，C正確．對(duì)于D，水平傳播、水平振動(dòng)還不足以說明是同始終線，則D項(xiàng)錯(cuò)誤．【答案】C關(guān)于橫波和縱波，下列說法正確的是(D)A．對(duì)于橫波和縱波質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向有時(shí)相同，有時(shí)相反B．對(duì)于縱波質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向肯定相同C．形成縱波的質(zhì)點(diǎn)，隨波一起遷移D．空氣介質(zhì)只能傳播縱波解析：形成橫波的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的方向只能與波的傳播方向垂直，形成縱波的質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向總是與波的傳播方向平行，有時(shí)相同，有時(shí)相反，故A、B選項(xiàng)都錯(cuò)誤；無論是橫波還是縱波，質(zhì)點(diǎn)都是在平衡位置旁邊往復(fù)運(yùn)動(dòng)，不會(huì)隨波遷移，故C錯(cuò)誤；因?yàn)榭諝饨橘|(zhì)只能通過壓縮而產(chǎn)生相互作用力，故空氣介質(zhì)只能傳播縱波，D選項(xiàng)正確．考點(diǎn)三機(jī)械波1．機(jī)械波機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播，形成機(jī)械波．【說明】生活中常見的波大部分是機(jī)械波，如聲波、水波等，無線電波、光屬于電磁波．2．介質(zhì)與機(jī)械波的傳播介質(zhì)中有機(jī)械波傳播時(shí)，介質(zhì)中的物質(zhì)并不隨波一起傳播，傳播的只是振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)形式，同時(shí)傳播波源的能量和包含的信息．3．機(jī)械波的特點(diǎn)(1)各質(zhì)點(diǎn)都做受迫振動(dòng)，其振動(dòng)的頻率(或周期)都與波源(或周期)的頻率相同，各質(zhì)點(diǎn)的起振方向都與波源相同，但不同步，離波源越遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)越滯后．(2)機(jī)械波傳播的是波源的運(yùn)動(dòng)形式和波源供應(yīng)的能量，介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)并不隨波遷移，而是在自己的平衡位置旁邊振動(dòng)．在橫波中，波動(dòng)方向與振動(dòng)方向垂直．勻稱介質(zhì)中，波動(dòng)是勻速運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)是變速運(yùn)動(dòng)．(3)介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)靠彈力相互作用，前一質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)后一質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，后一質(zhì)點(diǎn)跟著前一質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，故可通過前一質(zhì)點(diǎn)的位置而確定后一質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向．此外，若不計(jì)能量損失，在勻稱介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅應(yīng)相同．(4)機(jī)械波在傳播時(shí)也傳遞了信息．【例3】沿繩傳播的一列機(jī)械波，當(dāng)波源突然停止振動(dòng)時(shí)()A．繩上各質(zhì)點(diǎn)同時(shí)停止振動(dòng)，橫波馬上消逝B．繩上各質(zhì)點(diǎn)同時(shí)停止振動(dòng)，縱波馬上消逝C．離波源較近的各質(zhì)點(diǎn)先停止振動(dòng)，較遠(yuǎn)的各質(zhì)點(diǎn)稍后停止振動(dòng)D．離波源較遠(yuǎn)的各質(zhì)點(diǎn)先停止振動(dòng)，較近的各質(zhì)點(diǎn)稍后停止振動(dòng)【導(dǎo)思】1.由于波源的振動(dòng)依次引起后面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，從而形成機(jī)械波，試想有機(jī)械波肯定存在機(jī)械振動(dòng)嗎？2．機(jī)械波是由波源的振動(dòng)引起的，那么有機(jī)械振動(dòng)肯定形成機(jī)械波嗎？3．假如波源停止振動(dòng)，機(jī)械波能立刻消逝嗎？為什么？4．機(jī)械波的形成是由前面的質(zhì)點(diǎn)依次帶動(dòng)后面的質(zhì)點(diǎn)形成的，那么波源停止振動(dòng)后，是離波源近的質(zhì)點(diǎn)先停止振動(dòng)還是遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)先停止振動(dòng)？為什么？【解析】波形成后，假如波源停止振動(dòng)，波不會(huì)馬上消逝，A、B錯(cuò)；波源的能量不斷向遠(yuǎn)處傳播，故離波源較近的質(zhì)點(diǎn)先停止振動(dòng)，C正確，D錯(cuò)．【答案】C(多選)關(guān)于機(jī)械波的形成和傳播，下列說法中正確的是(BC)A．物體做機(jī)械振動(dòng)，肯定產(chǎn)朝氣械波B．后振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)總是跟著先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)重復(fù)振動(dòng)，只是時(shí)間落后一步C．參加振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)群有相同的頻率D．機(jī)械波是質(zhì)點(diǎn)隨波遷移，也是振動(dòng)能量的傳遞解析：機(jī)械波的形成必需具備的兩個(gè)條件：振源和介質(zhì)，只有物體做機(jī)械振動(dòng)，而其四周沒有傳播這種振動(dòng)的介質(zhì)，遠(yuǎn)處的質(zhì)點(diǎn)不行能振動(dòng)起來形成機(jī)械波，故A選項(xiàng)錯(cuò)誤；形成機(jī)械波的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)，只在平衡位置旁邊往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并沒有隨波遷移，離振源遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的能量，是通過各質(zhì)點(diǎn)的傳遞從振源獲得，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤．【例4】如圖所示是以質(zhì)點(diǎn)P為振源的機(jī)械波沿著一條固定的輕繩傳播到質(zhì)點(diǎn)Q的波形圖，則質(zhì)點(diǎn)P剛起先振動(dòng)時(shí)的方向?yàn)?)A．向上 B．向下C．向左 D．向右【導(dǎo)思】1.由題中條件可知波向哪個(gè)方向傳播？2．傳到Q點(diǎn)時(shí)，Q點(diǎn)向哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)？【解析】由于是波源帶動(dòng)了后面的質(zhì)點(diǎn)依次振動(dòng)，且后面的質(zhì)點(diǎn)總是重復(fù)前面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)狀態(tài)，所以介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)起先振動(dòng)時(shí)的方向都與波源起先振動(dòng)時(shí)的方向相同．此時(shí)波剛傳播至Q點(diǎn)，Q點(diǎn)此時(shí)的振動(dòng)狀態(tài)即與波源P起先振動(dòng)時(shí)的狀態(tài)相同．由波的傳播特點(diǎn)可知Q點(diǎn)此時(shí)是向上運(yùn)動(dòng)的，所以波源P點(diǎn)剛起先振動(dòng)時(shí)的方向也向上．正確選項(xiàng)為A.【答案】A下圖是一列向右傳播的橫波，請(qǐng)標(biāo)出這列波中a、b、c、d…h(huán)等質(zhì)點(diǎn)在這一時(shí)刻的速度方向．解析：a、b兩質(zhì)點(diǎn)速度方向向上，d、e、f質(zhì)點(diǎn)速度方向向下，h質(zhì)點(diǎn)速度方向向上．c、g兩質(zhì)點(diǎn)速度為零．重難疑點(diǎn)辨析振動(dòng)和波動(dòng)的區(qū)分與聯(lián)系【典例】(多選)下列有關(guān)機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波的說法中正確的是()A．有機(jī)械振動(dòng)就肯定有機(jī)械波B．機(jī)械波中各質(zhì)點(diǎn)振幅肯定相同C．機(jī)械波中各質(zhì)點(diǎn)均做受迫振動(dòng)D．機(jī)械波中各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)周期相同【思路分析】依據(jù)振動(dòng)與波動(dòng)的關(guān)系以及質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的特點(diǎn)分析問題．【解析】有機(jī)械振動(dòng)不肯定有機(jī)械波，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；機(jī)械波傳播中要消耗能量，所以振動(dòng)幅度漸漸減小，各質(zhì)點(diǎn)的振幅不肯定相等，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；機(jī)械波傳播中各質(zhì)點(diǎn)都要受到它前面質(zhì)點(diǎn)的作用，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都在做受迫振動(dòng)，各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期相同，故選項(xiàng)C、D正確．【答案】CD波動(dòng)與振動(dòng)是兩個(gè)不同的概念，有些同學(xué)會(huì)錯(cuò)誤地認(rèn)為振動(dòng)就是波動(dòng)．我們知道在波的傳播過程中，肯定有質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，但質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，不肯定能夠形成波動(dòng)，波動(dòng)是很多質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)而形成的，振動(dòng)則是單個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)．1．(多選)關(guān)于機(jī)械波的以下說法中，正確的是(AC)A．發(fā)生波動(dòng)須要兩個(gè)條件：波源和介質(zhì)B．波動(dòng)過程是介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)由近及遠(yuǎn)移動(dòng)的過程C．波動(dòng)過程是能量由近及遠(yuǎn)傳遞的過程D．波源與介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)都是自由振動(dòng)解析：波源(即振源)振動(dòng)時(shí)，依靠介質(zhì)中的相互作用力帶動(dòng)四周各部分質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)起來，形成機(jī)械波．各質(zhì)點(diǎn)只在平衡位置旁邊做振動(dòng)，并不隨波向外遷移，僅把振源的振動(dòng)和能量傳播開來．波源和介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用力阻礙波源的振動(dòng)，是一種阻力，所以波源的振動(dòng)不行能是自由振動(dòng)．相鄰的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)間存在相互作用，故介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)也不是自由振動(dòng)．2．一小石子落入安靜的湖面中心，圓形水紋一圈圈向外傳播，有一片樹葉落在水面上，則樹葉(C)A．漸漸漂向湖心B．漸漸漂向湖畔C．在落下地方上下振動(dòng)D．沿樹葉所在的圓圈做圓周運(yùn)動(dòng)3．(多選)關(guān)于機(jī)械波的說法正確的是(ACD)A．相鄰的質(zhì)點(diǎn)要相互做功B．縱波的質(zhì)點(diǎn)可以隨波遷移，而橫波的質(zhì)點(diǎn)不能C．振源起先時(shí)怎樣振動(dòng)，其他質(zhì)點(diǎn)起先時(shí)就怎樣振動(dòng)D．除振源外，波中各質(zhì)點(diǎn)都做受迫振動(dòng)解析：機(jī)械波是由于介質(zhì)中前面的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)后面的質(zhì)點(diǎn)，使振源的振動(dòng)形式與振源的能量向遠(yuǎn)處傳播而形成的，前、后質(zhì)點(diǎn)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(zhì)點(diǎn)只能在各自的平衡位置旁邊振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)不隨波遷移，因此B錯(cuò)；振源依次帶動(dòng)后面的質(zhì)點(diǎn)，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都做受迫振動(dòng)，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的頻率都與振源頻率相同，并且都“仿照”振源振