1、学案 1 机械波的形成和传播 目标定位 1.理解机械波的形成过程和产生条件.2.知道波的种类及横波和纵波的概念.3.明确机械波传播的特点一、波的形成和传播问题设计如图 1 所示，手持细绳的一端上下抖动，绳像波浪般翻卷这是波在绳上传播的结果，那你知道绳波是如何形成的吗？图 1答案 绳一端振动，带动绳上相邻部分振动，依次逐渐引起整个绳振动要点提炼波形成的原因：以绳波为例(如图 2 所示)图 2(1)可以将绳分成许多小部分，每一部分看做一个质点(2)在无外来扰动之前，各个质点排列在同一直线上，各个质点所在的位置称为各自的平衡位置(3)由于外来的扰动，会引起绳中的某一质点振动，首先振动的那个质点称为波
2、源(4)由于绳中各质点之间存在着相互作用力，作为波源的质点就带动周围质点振动，周围质点又依次带动邻近质点振动，于是振动就在绳中由近及远地传播二、机械波问题设计把一个闹钟放在真空罩内，当闹钟的小锤敲打铃铛的时候，我们听不到声音，你知道其中的奥秘吗？答案 声波在真空中不能传播，说明声音的传播需要介质要点提炼1介质：绳、水、空气等能够传播振动的物质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(1)产生条件：要有机械振动；要有传播振动的介质(2)特点前面的质点带动后面的质点振动，后面的质点重复前面质点的振动，并且落后于前一个质点的振动沿波的传播方向上每个质点的振动方向都和波
3、源的起振方向相同波传播的是振动这种形式，而介质中的质点并不随波迁移波在传播“振动”这种运动形式的同时，也传递能量和信息延伸思考一同学不小心把一个排球打入湖中，为使球能漂回岸边，这位同学采用不断将石头抛向湖中的方法，试分析这位同学能否通过这种方法把排球冲上岸？答案 不能根据波的传播特点，各质点只能在各自平衡位置两侧做往复运动，并不随波迁移，所以石头激起的水波虽向四周传播，水本身并未向四周运动，因此浮在水面上的排球也只能随水波上下起伏，不能到达湖岸三、横波和纵波问题设计2011 年 3 月日本东北部海域发生里氏 9.0 级强震，其引发的海啸加上核泄漏事故给日本带来巨大的损失我们可以观察到当地震发生
4、时，地面会产生前后或左右晃动，也会产生竖直方向的振动，你知道这是为什么吗？答案 地震波有横波和纵波，不同的波引起地面的振动不同要点提炼1横波和纵波是按照质点的振动方向和波的传播方向的关系来区别的：两方向垂直的为横波，两方向平行的为纵波如声波是典型的纵波2在横波中，凸起来的最高处叫做波峰，凹下去的最低处叫做波谷在纵波中，质点分布密集的部分叫做密部，质点分布稀疏的部分叫做疏部3地震波中既有横波，又有纵波，而且纵波传播速度较大4声波是纵波，它不仅能在空气中传播，也能在固体、液体中传播，水波是比较复杂的机械波，不能简单地将水波当成横波一、机械波的形成及特点例 1 关于机械波的说法中，正确的是( )A各
5、质点均在各自的平衡位置附近振动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振动，后一质点的振动必定滞后于前一质点D各质点随波的传播而迁移解析 本题要求熟知机械波的物理模型振源的振动使其周围质点依次振动，之所以能依次振动下去，就是依靠了相邻质点间的相互作用力；沿波的传播方向，后一质点的振动必滞后于前一质点的振动；质点只在平衡位置附近振动，并不随波迁移答案 ABC二、振动与波的关系例 2 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
6、即停止传播解析 机械波的产生条件是有波源和介质，由于介质中的质点依次带动、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伸展的速度，在均匀介质中其速度大小不变，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；介质中一旦形成了波，介质中的质点就会将“振动”这种运动形式由近及远地向外传播，当波源停止振动时，介质中已经振动起来的质点还在振动，所以波将继续传播，选项 D 错误答案 AB三、由波的传播方向确定质点的振动方向例 3 如图 3 所示，是某绳波形成过程的示意图质点 1 在外力作用下沿垂直直线方向做简谐运动，带动 2、3、4、各个质点依次上下振动，把振
7、动从绳的左端传到右端已知 t0 时，质点 1 开始向上运动， t 时，1 到达最上方，5 开始向上运动问：T4图 3(1)t 时，质点 8、12、16 的运动状态(是否运动、运动方向) 如何？T2(2)t 时，质点 8、12、16 的运动状态如何？3T4(3)tT 时，质点 8、12、16 的运动状态如何？解析 各质点在各时刻的运动情况如图所示(1)由甲图可知，t 时，质点 8 未到达波峰，正在向上振动，质点 12、16 未振动T2(2)由乙图可知，t 时，质点 8 正在向下振动，质点 12 正在向上振动，质点 16 未振动3T4(3)由丙图可知，t T 时，质点 8、12 正在向下振动，质点
8、 16 正在向上振动答案 见解析例 4 如图 4 所示是一列向右传播的横波，请标出这列波中 a、b、c、d、h 质点这一时刻的速度方向图 4解析 由波的形成特点可知，介质中先振动的质点将带动它后面的质点振动，后面质点的振动是前面质点振动的重复比较沿波传播方向上相邻的两质点，可知后面质点的振动状态总是滞后于前面的质点此题中质点 c 和 g 此时在最大位移处，速度为零，无速度方向可言若以此时最大位移处的 c 点为参照点，由波的形成特点知 d 点的振动滞后于 c 点，要追随移动到最大位移处，所以速度方向向下，e、f 依次跟上，速度都向下；b 的振动比 c 超前，已从负的最大位移处回振，所以速度向上；
9、a 超前于 b，已回到平衡位置，速度最大，也向上；同理以 g 为参照点，可知h 点速度向上，速度方向如图所示答案 见解析图Error!波 的 形 成 和 传 播1(机械波的形成及特点)如图 5 所示为波源开始振动后经过一个周期的波形图，设介质中质点振动周期为 T，下列说法正确的是( )图 5A若 M 质点为波源，则 M 质点开始振动时方向向下B若 M 质点为波源，则 P 质点已经振动了 T34C若 N 质点为波源，则 P 质点已经振动了 T34D若 N 质点为波源，则该时刻 P 质点动能最大答案 C解析 若 M 质点为波源，相当于 M 质点追随它左边的质点，又因为是经过一个周期的波形图，此时
10、M 质点的振动方向向上，即为开始振动的方向振动刚刚传到 N 点，P 点已振动了 T.若 N 质点为波源，则开始振动的方向向下，P 点已振动了 T，又因为 P 点离平衡14 34位置最远，此时速度为零，动能最小，故正确答案为 C.2(振动与波的关系)关于振动和波的关系，下列说法正确的是 ( )A有机械波必有振动B有机械振动必有波C离波源远的质点振动较慢D波源停止振动时，介质中的波立即停止传播答案 A解析 机械振动在介质中向外传播就形成了机械波，所以有机械波必定有机械振动但如果只有振动，而没有介质的传播就不会有机械波的产生因各质点的振动都是重复波源的振动，不论距波源远近，振动的快慢都一样；在波源停
11、止振动时，波仍将继续向外传播而不会停止3(横波与纵波的区别)下列关于横波与纵波的说法中，正确的是 ( )A振源上下振动形成的波是横波B振源左右振动形成的波是纵波C振源振动方向与波的传播方向相互垂直，形成的波是横波D横波中质点随波迁移，纵波中质点不随波迁移答案 C解析 区分横波和纵波的依据是波的传播方向和质点振动方向的关系，无论横波和纵波质点都只是在平衡位置附近振动4(由传播方向确定振动方向) 如图 6 所示为一列简谐横波在某一时刻的波形图，此时刻质点 F 的运动方向如图所示，则( )图 6A该波向左传播B质点 B 和 D 的运动方向相同C质点 C 比质点 B 先回到平衡位置D此时质点 F 和
12、H 的加速度相同答案 ACD解析 已知质点 F 向下振动，下一时刻将到达波谷，即是由相邻波谷传来的，由此可知波的传播方向向左因此质点 D、E 的运动方向也向下，则质点 A、B、H 的运动方向向上质点 F、H 相对各自平衡位置的位移相同，由简谐运动的运动学公式 a 可知两质点的加速度相同因质点 C 直接从最大位移处回到平kxm衡位置，即 tC ，而质点 B 要先运动到最大位移处，再回到平衡位置，故 tBt C.T4题组一 机械波的形成及特点1关于机械波的以下说法中，正确的是( )A发生波动需要两个条件：波源和介质B波动过程是介质质点由近及远移动的过程C波动过程是能量由近及远传递的过程D波源与介质
13、质点的振动都是自由振动答案 AC解析 波源(即振源)振动时，依靠介质中的相互作用力带动周围各部分质点振动起来，形成机械波各质点只在平衡位置附近振动，并不随波向外迁移，仅把振源的振动和能量传播开来波源和介质质点之间的相互作用力阻碍波源的振动，是一种阻力，所以波源的振动不可能是自由振动相邻的介质质点间存在相互作用，故介质质点也不是自由振动2一小石子落入平静的湖面中央，圆形波纹一圈圈向外传播，有一片树叶落在水面上，则树叶( )A逐渐漂向湖心B逐渐漂向湖畔C在落下地方上下振动D沿树叶所在的圆圈做圆周运动答案 C3关于机械波的说法正确的是( )A相邻的质点要相互做功B纵波的质点可以随波迁移，而横波的质点
14、不能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，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；无论是横波还是纵波，波传播过程中，各质点只能在各自的平衡位置附近振动，质点不随波迁移，因此 B 错；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波在传播过程中，下列说法正确的是( )A介质中的质点随波的传播而迁移B波源的能量随波传递C振动质点的频率随着波的传播而减小D波源的
15、能量靠振动质点的迁移来传播答案 B解析 各振动质点的频率都与波源的振动频率相同，振动质点并不随波迁移5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；任何一个振动的质点都是一个波源，从而带动它附近的质点振动，将振动传播开来，所以后一质点总是落后于前一质点，但振动频率相同，故 B、C
16、 选项正确形成机械波的各振动质点只在平衡位置附近做往复运动，并不随波迁移，离振源较远处的质点振动的能量，是通过各质点的传递从波源获得，故 D 选项错误题组二 振动与波的关系6沿绳传播的一列机械波，当波源突然停止振动时，有( )A绳上各质点同时停止振动，横波立即消失B绳上各质点同时停止振动，纵波立即消失C离波源较近的质点先停止振动，较远的质点稍后停止振动D离波源较远的质点先停止振动，较近的质点稍后停止振动答案 C解析 机械波沿绳传播时，绳上各个质点都在振动，一旦波源停止振动，离波源较近的质点先停止振动，离波源较远的质点后停止振动题组三 横波与纵波的区别7下列关于横波、纵波的说法正确的是( )A质
17、点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波叫横波，凸起的最高处叫波峰，凹下的最低处叫波谷B质点振动方向和波的传播方向在同一直线上的波叫横波C沿横向传播的波叫横波，沿纵向传播的波叫纵波D沿横向传播的波叫纵波，沿纵向传播的波叫横波答案 A8下列有关横波与纵波的说法中正确的是( )A沿水平方向传播的波为横波B纵波可以在固态、液态、气态介质中传播C纵波与横波不可以同时在同一介质中传播D凡是振动方向与波传播方向在同一条直线上的波都是纵波答案 BD解析 纵波与横波可以同时在同一介质中传播，如地震波中既有横波又有纵波9关于横波和纵波，下列说法正确的是( )A对于横波和纵波，质点的振动方向和波的传播方向有时相同，
18、有时相反B对于纵波，质点的振动方向与波的传播方向一定相同C形成纵波的质点，随波一起迁移D形成纵波的质点不随波迁移答案 D解析 横波质点的振动方向与传播方向相互垂直，纵波质点的振动方向与传播方向有时相同，有时相反，故 A、B 项错误；介质中的质点都是在平衡位置附近做往复运动，不会随波迁移，故 C 项错误，D 项正确题组四 由波的传播方向确定质点振动方向10如图 1 所示是一列沿着绳向右传播的绳波波形，此时波刚传到 B 点，由图可判断波源A 点开始的振动方向是( )图 1A向左 B向右C向下 D向上答案 D解析 由于波刚传到 B 点，所以 B 点此时的振动方向就是波源的起振方向，由题图根据波的传播
19、与质点振动的关系可以知道，B 点此时正向上振动，所以波源 A 点刚开始的振动方向向上，选项 D 正确11一列简谐横波在 x 轴上传播，某时刻的波形图如图 2 所示，a、b、c 为三个质点，a 正向上运动由此可见( )图 2A该波沿 x 轴正方向传播Bc 正向上运动C该时刻以后，b 比 c 先到达平衡位置D该时刻以后，b 比 c 先到达离平衡位置最远处答案 AC解析 由波传播的规律知质点的振动是由先振动的质点带动后振动的质点，由题图知 a 质点偏离平衡位置的位移，说明 a 质点左侧质点先于 a 质点振动，波是沿 x 轴正方向传播的，选项 A 正确质点 c 和质点 a 之间有一波谷，质点 c 振动
20、方向与质点 a 振动方向相反，质点 c 向下运动，故选项 B 错误b 质点正向着平衡位置运动，故 b 比 c 先到达平衡位置，选项 C 正确c 比 b 先到达离平衡位置的最远处，选项 D 错误12图 3 是某绳波形成过程示意图，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t0 时质点 1 开始竖直向上运动，质点振动周期为 T.经过四分之一周期，质点 5 开始运动，此时质点 1 已发生的位移为 x.下列判断正确的是( )图 3At 时质点 5 的运动方向向下T4Bt 时质点 7 的加速度方向向上T2Ct 时质点 5 运动的路程为 3x3T4DtT 时质点 9 向下运动答案 D
