1、机械波的产生和传播【学习目标】1知道直线上波的形成过程2理解什么是机械波，确认波是传播振动形式和传递能量的一种方式3知道什么是横波、波峰和波谷4知道什么是纵波、密部和疏部【要点梳理】要点一、机械波1机械波的形成（1）介质：能够传播机械振动的物质叫介质，它可以是固、液、气三态中任意一种可以把介质看成由许多质点构成，质点与相邻质点互相联系（2）平衡位置：在没有外来振动之前，各个质点排列在同一直线上，各个质点所在位置称为各自的平衡位置（3）波源：由于外来的扰动，在水、绳及空气的某一质点会引起振动，首先振动的这个质点即为波源（4）由于介质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，波源周围
2、质点跟着波源做受迫振动获得能量后，再带动邻近质点振动，于是振动就在介质中由近及远地传播（5）尽管各个质点都在重复波源的振动，但是各个质点振动的步调是不一致的，沿着波的传播方向离波源远的质点开始振动的时间要落后于离波源近的质点这就是说，在同一时刻，介质中各个质点离开平衡位置的位移是不相同的，这样就形成了凸凹相间（或疏密相间）的波形2均匀介质中的横波形成过程波源（被手握住的绳端）上、下做简谐振动，如图水平均质绳上的振动传播过程，如图要点二、机械波形成的条件及分类1机械波形成的条件（1）有持续振动的波源 （也叫振源）（2）传播振动的介质波源做简谐运动时，在均匀介质中传播形成简谐波2波的分类（1）横波
3、：质点的振动方向与波的传播方向垂直的波叫横波，凸起的最高处叫波峰，凹下的最低处叫波谷（2）纵波：质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波叫纵波质点分布密的部分叫密部，分布疏的部分叫疏部要点诠释：气体、液体、固体都能传播纵波，但气体不能传播横波因为气体不能发生剪切形变，无法传播横波3横波和纵波的区别横波 纵波概念 在波动中，质点的振动方向和波的传播方向相互垂直，这种波叫横波在波动中，质点的振动方向和波的传播方向在同一直线上，这种波叫纵波介质 只能在固体中传播 在固体、液体和气体中均能传播声波是纵波特征 在波动中交替、间隔出现波峰和波谷 在波动中交替、间隔出现密部和疏部要点三、振动与波1振动与
4、波动的关系类别 振动 波动运动现象 振动是单个质点所表现出的周而复始的运动现象波动是质点群联合起来表现出的周而复始的运动现象运动成因 质点由于某种原因离开平衡位置，同时受到指向平衡位置的力回复力的作用介质中质点受到相邻质点的扰动而随着运动，并将振动形式由近及远的传播开，各质点间存在相互作用的弹力联系 （1）振动是波动的起因，波动是振动的传播 （2）有波动一定有振动，有振动不一定有波动（3）波动的周期等于质点振动的周期2振动与波动的区别（1）从运动对象看：振动是一个质点或物体以平衡位置为中心的往复运动波动是在波源的带动下，介质中大量质点依次发生振动而形成的集体运动（2）从运动原因看：振动是由于质
5、点受回复力作用的结果波动是由于介质中相邻质点的带动的结果（3）从能量变化看：振动系统的动能和势能相互转化，对简谐运动来说，转化过程中总机械能保持不变波传播过程中，介质里每一振动质点的动能和势能同时达到最大，同时达到最小，质点的机械能在最大与最小值之间变化，而每个质点在不断地吸收和放出能量，因而波的传播过程也是能量的传播过程3 “带动看齐”法分析质点的振动方向在波的传播中，靠近波源的质点带动后面的质点运动，离波源远的质点追随离波源近的质点用“带动看齐”的思路可分析各个质点的振动方向方法：在质点 靠近波源一方附近的图像上另找一点 ，若 在 上方，则 向上运动，若PP P在 下方，则 向下运动，如图
6、所示P4波传播了运动形式，传递了能量，传递了信息（1）各质点都做受迫振动，其振动的频率（或周期）都与波源的频率（或周期）相同，各质点的起振方向都与波源相同，但不同步，离波源越远的质点振动越滞后（2）机械波传播的是波源的运动形式和波源提供的能量，介质中各质点并不随波迁移，而是在自己的平衡位置附近振动在横波中，波动方向与振动方向垂直均匀介质中，波动是匀速运动，振动是变速运动（3）介质中各质点靠弹力相互作用，前一质点带动后一质点振动，后一质点跟着前一质点，故可根据前一质点的位置而确定后一质点的运动方向此外，若不计能量损失，在均匀介质中各质点振动的振幅应相同（4）机械波在传播时也传递了信息【典型例题】
7、类型一、机械波的理解例 1在机械波中有（ ） A各质点都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落后于前一质点D各质点也随波的传播而迁移【思路点拨】波传播的特点是离波源近的质点带动离波源远的质点振动，离波源远的质点重复离波源近的质点的运动，因此各相邻质点间必须有力的作用，但各质点只能在平衡位置附近做简谐运动 【答案】A、B、C【解析】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【总结升华】波传
8、播的特点是离波源近的质点带动离波源远的质点振动，离波源远的质点重复离波源近的质点的运动，因此各相邻质点间必须有力的作用，但各质点只能在平衡位置附近做简谐运动举一反三:【变式 1】关于机械波的概念，下列说法中正确的是（ ） A质点振动的方向总是垂直于波传播的方向B简谐波沿长绳传播，绳上相距半个波长的两质点振动位移的大小相等C任一振动质点每经过一个周期沿波的传播方向移动一个波长D相隔一个周期的两时刻，简谐波的图象相同【答案】D【解析】对于横波，质点振动的方向总是垂直于波传播的方向。对于纵波，（如弹簧振子）质点的震动和传播的方向是平行的，所以 A 错；绳上相距半个波长是绳长，并不等于半个波长，因为绳
9、子此时是弯曲的，B 错；质点并不随着波的传播而移动 ,它只做周期的震动，C 错；相隔一个周期的所有时刻，简谐波的图象都是相同的，D 正确。举一反三:【变式 2】一列沿 方向传播的横波，其振幅为 ，波长为 ，某一时刻波的图象如图所示。在xA该时刻，某一质点的坐标为 ，经过四分之一周期后，该质点的坐标为（ ） 0、A B 5,04A、C D 、54，【答案】B类型二、波动中质点振动方向的判断例 2如图所示为沿水平方向的介质中的部分质点，每相邻两质点间距离相等，其中 为波O源设波源的振动周期为 ，自波源通过平衡位置竖直向下振动时开始计时，经过 质点 开始起振，T 4T1则下列关于各质点的振动和介质中
10、的波的说法中正确的是（ ） A介质中所有质点的起振方向都是竖直向下的，但图中质点 起振最晚9B图中所有质点的起振时间都是相同的，起振的位置和起振的方向是不同的C图中质点 的振动完全重复质点 的振动，只是质点 振动时，通过平衡位置或最大位移的878时间总是比质点 通过的相同位置时落后74TD只要图中所有质点都已振动了，质点 与质点 的振动步调就完全一致，但如果质点 发生的191是第 次振动，则质点 发生的就是第 次振动1098【答案】A、C、D【解析】据波的传播特点知，波传播过程中各质点的振动总是重复波源的振劫，所以起振方向相同，都是竖直向下，但从时间上来说，起振依次落后 的时间所以选项 A、C
11、 正确，B 项错误；由4T题意知，质点 比质点 应晚起振两个周期，所以当所有质点都起振后，质点 与质点 步调完全一致，91 19所以选项 D 正确【总结升华】质点振动方向的判断，关键搞清波的形成，才能理解各质点的振动情况举一反三:【变式】如图所示是以质点 为波源的机械波沿着一根固定的轻绳传播到质点 的波形图，则PQ质点 刚开始振动时的方向为（ ） PA向上 B向下C向左 D向右【答案】A【解析】因为每一个点都是重复它前面那个点的运动规律。因此 点将要发生的运动就是 点QP的运动情况。由图可知，波向左传播， 向上振动。因此 刚开始振动时的方向是向上。QP类型三、已知质点振动方向，找波的传播方向例
12、 3一列简谐波某时刻的波形如图所示，此时质点 的速度方向沿 轴负方向，则（ ） yA这列波沿 轴正方向传播xB当质点 位于最低点时，质点 一定到达 轴下方PbxC当质点 位于最低点时，质点 一定到达平衡位置aD当质点 位于最低点时，质点 一定到达平衡位置【思路点拨】清楚波的形成原因，掌握波的传播特点在判断过程中，要以某些特殊位置（平衡位置、波峰和波谷）为参考点进行分析【答案】B【解析】由波形图和 的振动方向知波向 负方向传播，A 项错误，此时 的速度方向向下，因Pxb为 远离平衡位置而 靠近平衡位置，因此之后 ，故 位于最低点时 一定到达 x 轴下方，PbPbv、B 对，D 错， 与 相距 ，
13、故 应在最高点，C 错a2a【总结升华】确定波的传播过程中某质点的振动方向关键是要清楚波的形成原因，掌握波的传播特点在判断过程中，要以某些特殊位置（平衡位置、波峰和波谷）为参考点进行分析举一反三:【变式】一列简谐横波在 轴上传播，某时刻的波形图如图所示， 为三个质元， 正向x abc、a上运动。由此可知（ ） A该波沿 轴正方向传播xB 正向上运动cC该时刻以后 比 先到达平衡位置bcD该时刻以后 比 先到达离平衡位置最远处【答案】ABC【解析】由 点的振动方向向上，可判断波的传播方向，确定 的运动方向，并能比较 两a cbc、点回到平衡位置的先后正向上运动，振动比左侧波峰迟，波向右传播故 A
14、 正确根据波形的平移规律， 点正向下运动故 B 正确此时 向上运动，比 先到平衡位置故 C 正确由图及运动方向判断， 比 先bc到达离平衡位置最远处故 D 错误故选 ABC类型四、振动和波的关系例 4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有机械振动必有机械波C波源停振时，介质中的波动继续向外传播D波源停振时，介质中的波动立即停止【答案】A、C【解析】该题考查机械振动和机械波的关系一个质点的振动会带动邻近质点的振动，使振动这种运动形式向外传播出去形成机械波，但在缺少介质的情况下，波动现象就无法发生，故 A 项正确，B 项错误大量质点的振动所形成的波动不会因波源的停振而立
15、即消失，因为能量不会无缘无故地消失，故 D 项错误C 项正确【总结升华】解决该题的关键是理解：（1）机械波形成的务件 （2）波在传播过程中的特点举一反三:【变式】一列横波沿水平方向传播，某一时刻的波形如图所示，则图中 四点此时刻abcd、具有相同运动方向的是（ ） A 和 B 和 acdC 和 D 和 b【答案】BC【解析】在横波的图象中，我们可用“上坡下，下坡上”的经验来判断质点的振动方向或波的传播方向.利用该结论，不论波向左或向右传播，可直观地看出， 和 ， 和 的振动方向是一样的.adbc类型五、波的形成例 5图（a）中有一条均匀的绳， 是绳上一系列等间隔的点现有一列简谐横波沿1234、
16、此绳传播某时刻，绳上 四点的位置和运动方向如图（b）所示（其他点的运动情况未画90、出） ，其中点 的位移为零，向上运动，点 的位移达到最大值试在图（c）中画出再经过 周期129 34时点 的位置和速度方向，其他点不必画图（c）的横、纵坐标与图（a） 、 （b）完全相同3456、【思路点拨】根据横波的形成原理，由题中给出 四点的位置和运动方向。可画出其9102、他各点的位置和运动方向，如图实线所示，居中的直线为各点的平衡位置。【解析】根据横波的形成原理，由题中给出 四点的位置和运动方向。可画出其他各、点的位置和运动方向，如图实线所示，居中的直线为各点的平衡位置。根据各点此时的运动方向，即可找到
17、再过 各个质点的位置和运动方向如图虚线所示34T则可知经过 周期时点 的位置和速度方向，如图所示34456、【总结升华】本题仅给出波形的一部分，要求考生从波形的移动来判断某一时刻绳子上各点的位移和速度，标出速度的大小和方向，实际考查了波的形成过程，考查了考生分析、判断、解决问题的能力确实是一道理论联系实际的好题当你对波的知识理解不清时，请你多画一些不同时刻介质形成波形的图做比较。举一反三:【变式】如图，沿波的传播方向上有间距均为 的六个质点 ，均静止在各1mabcdef、自的平衡位置，一列横波以 的速度水平向右传播， 时到达质点 ， 开始由平衡位置向上1m/s0t运动， 时，质点 第一次到达最高点，则在 这段时间内（ ） 1sta4s5、A质点 的加速度逐渐增大cB质点 的速度逐渐增大C质点 向下运动dD质点 保持静止f【答案】ACD
