3.1 波的形成（学生用书）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年新教材高中物理选择性必修第一册（人教版2019）

物理 选择性必修第一册 课堂学案 第三章 机械波 第1节 波的形成 答案精解P [学习目标]1.知道什么是机械波,知道机械波的传播特点,能区分横波和纵波(物理观念).2.知 道机械波的形成过程和产生条件,会判断质点的振动方向(科学思维) 课前 教材预案 l教材梳理 体、气体中均能传播,例如,声波就是一种纵波 知识点波的形成 不仅能在空气中传播,也能在液体,固体中传播 知识点③机械波 1.波: 的传播称为波动,简称波 2.形成过程 1.介质 以绳波为例,如图所示. (1)定义:波借以传播的 (2)特点:组成介质的质点之间有 个质点的振动会引起相邻质点的振动 相邻的 当手握绳端上下振动时,绳端 2.机械波 (1)形成:机械振动在。 质点,使它也上下振动.这个质点又 中传播,形成了 更远一些的质点......最后,绳子上的质点都跟 机械波. (2)产生条件:① 着振动起来,只是后面的质点总比前面的质点 ;②传播振动的 开始振动,绳端这种上下振动的状态 就沿绳子传播出去了, (3)特点 注意:由干波的形成实际上是从波源开始依次 ①介质中有机械波传播时,介质本身并不随波一 起传播,它传播的只有 带动介质中的各个质点参与振动,所以各个质 这种运动形式 点都在做受迫振动,因此各个质点振动的周其 ②介质中本来静止的质点,随着波的传播而发 (频率)都与波源的周期(频率)相同 生振动,这表示它获得了能量,可见波是传递 的一种方式. 知识点②横波和纵波 ③我们能用语言进行交流,说明波可以传播 定义 标志性物理量 实物波形 注意:机械波在传播“振动”这种运动形式的同 质点的振动方(1)波峰:凸起 时,也传递能量和信息:介质中各质点本身并 向与波的传播的。 横波 方向 (2)波谷:凹下 不随波的传播而迁移,而是在各自的平衡位置 上成波 的 的波 附近振动. I自主检测 质点的振动方(1)密部:质点分 { 1.判断下列说法的正误 向与波的传播布 的位置 _ 纵波 & 方向 (2)疏部:质点分 (1)物体只要做机械振动,就一定会产生机 械波. 布___的位置 的波 ) (2)机械波向右传播时,右方的质点比左方的 ( 注意:横波只能在固体中传播,纵波在固体、液 质点早一些振动 ) .58. 第三章 机械波 源,则此刻A点的振动方向 (3)在绳波的形成和传播中,所有质点同时开 .(均选填 始运动,同时停止运动. ( “向上”或“向下”) (4)如果波源停止振动,介质中的波也会立即 停止。 ) 2.绳波在某时刻的形状如图所示,若O是波源; 则此刻A点的振动方向 ,若O是波 课堂 深度探究 考点对波的形成的理解 (2)波动中各质点振动的性质、频率和振幅书 与波源相同. 【情境导学】如图所示,手拿绳的一端,上下振 【例题1】如图所示是某绳波形成过程的示意图 动,使绳上形成一个凸起状态,随后形成一 质点1在外力作用下沿垂直直线方向做简谐 个回落状态,可以看到,这个凸起状态和凹 运动,带动其余质点依次上下振动,把振动从 落状态在绳上从一端向另一端移动,如果在 绳的左端传到右端.已知1一0时,质点1开始 绳子上某处做一红色标记,观察这一红色标 向上振动,一 记的运动,红色标记有没有随波迁移?红色 标记是怎样运动的? 5开始向上振动.问 -0123456789101121314151617181920 1 _ 1 567891011121314151617181920 (1.- -T时,质点8、12、16的运动状态(是否 知识拓展 运动、运动方向)如何? 1.机械波的形成 (2)-3T时,质点8、12、16的运动状态如何? 前一质 以振动 波质点问的 1点带动 的形武 介质 4作用后一 向外传 波 思维导引:波的形成过程中,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 2.波的特点 的振动. (1)机械波的传播离不开介质,没有介质就无 法形成机械波 (2)介质中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. 【变式1】(多选)如图所示是某绳形成横波过程 (3)离波源越远,质点振动越滞后,但每一个质 的示意图,1、2、3、4..为绳上的一系列等间距 点的起振方向与波源起振方向相同 的质点,绳处于水平方向,质点1在外力作用 (4)机械波向前传播的是振动这种运动形式 下沿竖直方向做简谐运动,并把振动从绳的 各质点只在各自的平衡位置附近振动,并不随 左端传到右端,当/一0时,质点1开始振动且 波迁移 速度竖直向上,经过T(T为周期),质点5 3.振动和波动的联系 1. 开始振动,下列判断正确的是 ) (1)振动是波动的原因,波动是振动的结果;有 +123878梦4s17) 波动必然有振动,有振动不一定有波动 .59. 物理 选择性必修第一册 课堂学案 A.介质中所有质点的起振方向都是竖直向上 B.由干横波,纵波的振动方向与波的传播方 的,但图中质点20起振最晚 向的关系不同,因此横波,纵波不可能沿后 B.T时,质点4振动的速度方向竖直向上 一方向传播 C.横波、纵波在同一介质中的传播速度一定 C.T时,质点8振动的速度方向竖直向下 相等 D.,-T时质点16开始振动 D.只要存在介质,不管是固体、液体或气体 均可传播横波和纵波 考点2横波和纵波 思维导引:横波和纵波是机械波的两种类型 【情境导学】如图所示. 是按波的传播方向与质点的振动方向的关系 来分类的. _UMNMWAA 误区防错 关于横波和纵波的两点提醒 交 乙 1.水波的认识方面:水波既不是横波也不是 (1)图甲是绳波,其中质点的振动方向与波 纵波,它属于比较复杂的机械波,但有时 的传播方向是什么关系? 也理想化地视其为横波。 (2)图乙是推拉弹箭产生的波,其中质点的 2.纵波的认识方面:在纵波中各质点的振动 振动方向与波的传播方向是什么关系 方向与波的传播方向在同一直线上,而不 是方向相同,声波在空气中是纵波,在固 体和液体中时既可能是纵波也可能是横 波,地震波中既有横波又有纵波且二者传 知识拓展 播速度不同. 1.横波和纵波的对比 名称 【变式2】(多选)关于横波和纵波,下列说法正确 横波 纵波 的是 ( 项目 ) A.质点的振动方向和波的传播方向垂直的波 在波动中,质点的 在波动中,质点的振 叫横波 概念 振动方向和波的传 动方向和波的传播方 B.质点的振动方向与波的传播方向在同一直 播方向相互垂直 向在同一条直线上 线上的波叫纵波 只能在固体介质中 在固体、液体和气体 C.横波有波峰和波谷,纵波有密部和疏部 介质 传播 介质中均能传播 D.地震波是横波,声波是纵波 在波动中交替、间 在波动中交替、间隔 考点③机械波 特征 隔出现波峰和波谷 出现密部和疏部 【例题3】(多选)一列简谐横波沿x轴传播,某时 2.几种常见的波 刻的波形如图所示,已知此时质点F的运动 (1)绳波是横波 方向沿y轴负方向,则 ( ) (2)空气中产生的声波是纵波; (3)地震波中既有横波,又有纵波 (4)水波既不是横波,也不是纵波,是一种比较 复杂的机械波 【例题2】下列关于横波、纵波的说法正确的是 A.此波向:轴负方向传播 C _ B.质点C此时向y轴负方向运动 A.同一波源在同一介质中形成的机械波可同 C.质点C将比质点B先回到平衡位置 时具有横波和纵波 D.各质点的振幅相同 .60. 第三章 机械波 思维导引:此时质点F的振动方向沿y轴负 【变式3】如图是以质点P为波源的机械波在绳 方向,重复的是与它相邻的右边质点的振动. 上传到质点Q时的波形. 解题技巧 质点的起振方向和振动方向的判定 1.质点的起振方向 (1)请判断此机械波的类型 质点的起振方向是指质点刚开始振动的 (2)判断图示时刻Q质点的振动方向 方向,由于介质中的质点都重复波源的掘 (3)P点从平衡位置刚开始振动时,是朝着哪 动,所以介质中的所有质点的起振方向都 个方向运动的? 与波源开始振动的方向相同. (4)此波的形成是否是P质点移动到Q质点 2.质点的振动方向 形成的? 质点的振动方向是指某时刻质点的运动 方向,可利用“带动法”判定: (1)原理:先振动的质点带动邻近的后振 动的质点。 (2)方法:在质点P靠近波源一方附近的 图像上另找一点P,P为先振动的质点, 若P在P上方,则P向上运动,若P在F 下方,则P向下运动,如图所示。 ### P上 p下运动 课末 随堂演练 1.(洗的形成)(多选)关于振动和波的关系,下列 时刻绳子形成如图所示的形状,对此时绳上 说法正确的是 ) ( A、B、C、D、E、F六个质点,下列说法正确的是 ( 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 A.质点B向右运动 D.波源停止振动时,波立即停止传播 B.质点D和质点F的速度方向相同 2.(波的形成与传播)(多选)关于机械波的形成 C.质点A和质点C的速度方向相同 和传播,下列说法正确的是 ( __ D.从此时算起,质点B比质点C先回到平衡 A.物体做机械振动,一定产生机械波 位置 B.后振动的质点总是跟着先振动的质点重复 4.(机械波的传播)如图所示是一列沿着绳向右传 振动,只是时间落后 播的绳波波形,此时波刚传到质点B,由图可判断 C.同一机械波参与振动的所有质点有相同的 波源质点A开始时的振动方向是 频率 #__#_:误选 D.机械波传播过程中各质点随波迁移,波的传 播也是振动能量的传递 3.(机械波的传播)一列横波沿绳子向右传播,某 反示完成P.课时作业(十六) .61·[变式门BD解析在单摆振动过程中，因不断克服空气阻力 (2)小钢球直径为d=20mm十3.5×0.01mm=20.035mm. 做功而使摆球的机械能逐渐转化为内能，选项C错误，D正 确：单摆做阻尼振动的过程中，再次经过同一位置时，势能 (3》单摆周期公式T=2√ 不变，动能减小，选项A错误，B正确。 【情境导学】 梦理得1一条下， 答系当洗衣机脱水桶转动的频率等于洗衣机的固有频率时发 生共振，振动剧烈。 由因缘知国线的外率一最一士8-受8mg-m/。 [例题2]BD解析物体在外界驱动力作用下的振动叫作受迫 解得g=9.87m/s2. 叛动，物体做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的 频率，跟物体的固有频率没有关系，驱动力的频率接近物体 (4)若将摆线长度L误认为摆长1，有T=2x 的因有频率时，受迫振动的振幅增大，选项B、D正确，A,C 错误. 则得到的图线为L=T-d 4r2 [变式2习B服玩振据图像可得当转逢为n=20r/mm=弓/， 仍用上选图像法处理致据，国线斜率不变，仍为叠，故得到 振动系统受迫振动的振幅最大，所以振动系统的固有周期 的重力加速度值不变. 为T=1」 一=3s,选项A错误，B正确：由图可知，开始时圆 答案(1)ABD(2)20.035(3)9.87(4)不变 2.解析(1)用游标卡尺测量摆球直径d-19mm十0.02mm× 盘转速越大，驱动力频率越大，此时摆件振动的振幅变大， 10=19.20mm. 当达到共振时振幅最大，再随肴转速增大，驱动力频率增 (2)单摆的摆长为 大，振幅又减小，选项C错误：受迫振动的频率与驱动力频 率相同，转速越大，驱动力频率越大则摆件振动的频率越 L=90.1mm+2×1.20mm=99.7mm… 大，选项D错误 L 课末·随堂演练 根据T=2x√ 1.BC解析阻尼振动中，摆球的振幅逐渐减小，由于周期与振 幅无关，故振动过程中周期不变，选项A错误，B正确：因A、 可得g-兴 B两时刻的位移相同，故摆球A时刻的势能等于B时刻的 带入数据g=4X3.14)X0.997m/g=9.86m/s. 势能，选项C正确：由于振动的能量逐渐减小，故摆球A时 22 刻的动能大于B时刻的动能，选项D错误 (3)由图可知，随着摆线长度的增加，△g逐渐减小，原因是随 2.B解析匀速转动摇把后，振子将做受迫振动，驱动力的周期 着摆线长度1的增加，什号越接近于，此时计算得到的8 跟摇把转动的周期是相同的，振子做受迫振动的周期又等于 的差值越小 驱动力的周期，其频率也等于驱动力的频率，与振子自由上下振 答案1)19.20(2)9.86(3)随着摆线长度的增加，△g逐 动的频率无关，摇把匀速转动时的转速为240r/min=4r/s, 故户4比，所以凰动力的周期T=子。=025s 渐减小随着摆线长度1的增加，则1十号越接近于，此时计 算得到的g的差值越小 3.ACD解析处于共振状态时，振幅最大，选项A正确：振子 做受迫振动的频率等于驱动力的频率，所以驱动力频率为 第三章 机械波 ∫时，受追振动的振福比共振小，但振子振动的频率为， 选项B错误：当驱动力频率等于振子固有频率时，振子处于 第1节波的形成 共振状态，所以如果振子微自由振动，则它的频率为，选 课堂·深度探究 项C正确：振子可以微频率为的等幅振动，选项D正确. 4,解析人挑水时，通过扁担对水桶施加周期性的驱动力，当驱 【情境导学】 答系没有：红色标记只在竖直方向上下振动. 动力的频率等于桶里水的固有频率时，水发生共振，水的振 动就越来越刷烈，就会从桶中溅出来 [例题1门解析各质点在各时刻的情况如图所示， 答率见解析 章末复习方案 90I121314151671RI920 章末·真题演练 命题视角1 1.解析(1)使用光电门测量时，光电门U形平面与被测物体的 运动方向垂直是光电门使用的基本要求，选项A正确：测量 131451617929 摆线长度时，要保证摆线处于仲直状态，选项B正确：单摆是 一个理想化模型，若采用质量较轻的橡胶球，空气阻力对摆 球运动的影响较大，选项C错误：无初速度、小摆角释放的目 的是保持摆球在竖直平面内运动，无法形成圆锥摆，且单摆 乙 只有在摆角很小的情况下才可视为简谐运动，使用T ①由甲因可知，1=号时，质点8未到达波峰，正在向上振 计算单摆的周期，选项D正确，故选ABD 2Ng 动，质点12、16未振动. ·182· (2)由乙困可知1平时，质点8正在向下振动，质点12向 3.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，且不随波迁 上振动，质点16未振动. 移，由此可知，A向下运动，B、C、D向上运动，E、F向下运 答案见解析 动，故质，点A和质点C的速度方向相反，质点D和质点F的 [变式1门AB解粉根据波的产生和传播特点可知，传播过程 速度方向相反，选项A,B,C错误：由于此时B和C都向上运 中各质点的振动都在重复波源的振动，所以所有质点的起 动，所以B比C先到达最大位移处，并先回到平衡位置，选 振方向都相同，为竖直向上，波向右传播，质点20起振最 项D正确. 晚，选项A正确.子时，质点4的達度方向竖直向上，选项B 4.解析由于波刚刚传到质点B,所以质点B此时的振动方向 就是波源的起振方向，由图根据波的传播与质，点振动的关系 正确T时，质点8振动的地度方向竖直向上，选项C错 可知，质点B此时正向上振动，所以波源质，点A刚开始的振 动方向向上 误.振动在一个周期内传播一个波长，1=T时质点17开始 答系向上 振动，选项D错误. 【情境导学】 第2节 波的描述 答案(1)相互垂直(2)在同一条直线上 课堂·深度探穷 [例题2]A解析同一波源产生的波可同时具有横波，纵波， 【情境导学】 如地震波，选项A正确：虽然传播这两种波的介质质点振 答案(1)是一条正弦曲线。 动方向与波传播方向的关系不同，但并不妨碍两者沿同一 (2)此时P质点的速度方向沿y轴正方向. 方向传播，选项B错误：在同一介质中，横波和纵波传播速 [例题门解析(1)由于波沿x轴正方向传播，质点A在“下坡 度一般不同，如地震波中纵波比横波传播得快，选项C错 区”，所以它向上运动：质点C、质点D均在“上坡区”，所以 误：横波可以在固体内传播，不可以在液体、气体中传播，而 质点C,D都向下运动. 纵波可在固体、液体和气体中传播，选项D错误。 [变式2]ABC解析质，点的振动方向和波的传播方向垂直的 (2)再经过号T,质点A又回到平衡位置，所以质点A道过 波叫横波，选项A正确：质，点的振动方向与波的传播方向 的路程为4cm:质点C也回到平衡位置，其位移为0. 在同一直线上的波叫纵波，选项B正确：横波有波峰和波 答率(1)上下下(2)40 谷，纵波有密部和疏部，选项C正确：地震波有横波也有纵 [变式1]A解析图中时刻x=3m处质点的速度沿y轴正方 波，空气中的声波是纵波，选项D错误。 向，根据同侧法可知该列简谐横波沿x轴正方向传播，选项 [例题3]ACD解析在机械波传播的过程中，靠近波源的质点 A正确；图中时刻x=2m处的质点位移最大，此时速度为 的振动带动相邻的后面质，点的振动，即后面质点要重复前 零，选项B错误：图中时刻x=4m处的质点处于平衡位置， 面质点的振动.由题意可知质点F的振动方向沿y轴负方 速度最大，加速度为零，选项C错误：横波中的质，点只在平 向，即质，点F正在重复右边质点的振动，说明波从右向左传 衡位置附近垂直横波传播方向振动，不会随波迁移，选项D 播，即此波向x轴负方向传播，选项A正确；质点C此时刚 错误. 到达波峰，速度为0，此后才向y轴负方向运动，选项B错 [例题2习C服团由题意知T-号=2，f=子=0,5选 误：质点B要先向y轴正方向运动到达波峰位置再回到平 衡位至，而质点C直接从波峰位置回到平衡位置，选项C正 项A.D错误：由题意知受X=3m,解得X=2m,选项B错 确：振幅指的是质点离开平衡位置的最大距离，在简谐运动 中各质点的振幅相同，选项D正确. 误=今=号=1m,选项C正确 [变式3]解析(1)此机械波为横波. [变式2]ABD解杨1=0时，质点Q的运动方向沿y轴正方 (2)P质点为波源、Q质点在右侧质点带动下将向上振动. 向，由“同侧法”可知波沿x抽负方向传播，选项A正确：由 (3)由(2)知，当波恰好传到Q质点时，Q质点振动方向向 上，故波源P质点从平衡位置开始振动时的方向向上 随图可知波长A=4m,由=亭得T=合=青=08，选 (4)质点不能随波迁移. 项B正确：经过时间1=3.4s=4工，质点Q运动的路程 课末·随堂演练 s<4×4A十A=17cm,选项C错误：在题图所示状态质，点 1,AB解析机械波的产生条件是有波源和介质，由于介质中 Q向上运动，质点P向下运动，故质点P比质点Q先回到 的质点之间的相互作用，一个质点的银动带动相邻质点的振 平衡位置，选项D正确。 动并由近及远传播而形成波，选项A、B正确：波的传播速度 [例题3]解析(1)由题图甲得波长入=4m,由题图乙得周期 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 T=15,所以波速=产 =4m/s. 随时间周期性地发生变化，逃项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稀，当波源停止振动 (2)解法一平移法： 时，介质仍然续传播波源振动的运动形式，不会因波源停 由题图乙可知1,0s时质点P向一y方向振动，所以图甲中 止振动而立即停止传播，选项D错误. 的波沿x轴向左传播，由题意知，△1=3.58-1s=2.5s, 2.C解析只有物体微机械振动，而其周围没有传播这种振 传将距离△x=va=4×2.5m=10m=(2+号)A,所以只 动的介质，不可能形成机械波，选项A错误：任何一个振动 的质点都是由波源带动，并将振动传播开来的，所以后一质 需将波形沿x轴负向平移号X=2m即可，如图所示。 ,点总是落后前一质点，并且所有质点振动的频率相同，选项 m 0.2 B、C正确：形成机械波的各个质点，只在平衡位置附近往复 运动，并没有随波迁移，离波源远的质点派动的能量是通过 各质点的传递从波源获得的，选项D错误 ·183