3.1 波的形成(word教参)-【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）

第三章　机械波 第1节　波的形成 （见学生用书P58） 　　[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）. 知识点 1　波的形成 1.波：　振动　的传播称为波动，简称波. 2.形成过程 以绳波为例，如图所示. 当手握绳端上下振动时，绳端　带动　相邻的质点，使它也上下振动.这个质点又　带动　更远一些的质点……最后，绳子上的质点都跟着振动起来，只是后面的质点总比前面的质点　迟一些　开始振动，绳端这种上下振动的状态就沿绳子传播出去了. 注意：由于波的形成实际上是从波源开始依次带动介质中的各个质点参与振动，所以各个质点都在做受迫振动，因此各个质点振动的周期（频率）都与波源的周期（频率）相同. 知识点 2　横波和纵波 定义 标志性物理量 实物波形 横波 质点的振动方向与波的传播方向　相互垂直　的波 （1）波峰：凸起的　最高处　 （2）波谷：凹下的　最低处　 纵波 质点的振动方向与波的传播方向　在同一直线上　的波 （1）密部：质点分布　最密　的位置 （2）疏部：质点分布　最疏　的位置 注意：横波只能在固体中传播，纵波在固体、液体、气体中均能传播.例如，声波就是一种纵波，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.介质 （1）定义：波借以传播的　物质　. （2）特点：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）形成：机械振动在　介质　中传播，形成了机械波. （2）产生条件：①　波源　；②传播振动的　介质　. （3）特点 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　振动　这种运动形式. ②介质中本来静止的质点，随着波的传播而发生振动，这表示它获得了能量，可见波是传递　能量　的一种方式. ③我们能用语言进行交流，说明波可以传播　信息　. 注意：机械波在传播“振动”这种运动形式的同时，也传递能量和信息；介质中各质点本身并不随波的传播而迁移，而是在各自的平衡位置附近振动. 1.判断下列说法的正误. （1）物体只要做机械振动，就一定会产生机械波.（　×　） （2）机械波向右传播时，右方的质点比左方的质点早一些振动.（　×　） （3）在绳波的形成和传播中，所有质点同时开始运动，同时停止运动.（　×　） （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　向上　，若O'是波源，则此刻A点的振动方向　向下　.（均选填“向上”或“向下”） 考点 1　对波的形成的理解 【情境导学】如图所示，手拿绳的一端，上下振动，使绳上形成一个凸起状态，随后形成一个凹落状态，可以看到，这个凸起状态和凹落状态在绳上从一端向另一端移动.如果在绳子上某处做一红色标记，观察这一红色标记的运动.红色标记有没有随波迁移？红色标记是怎样运动的？ 答案：没有；红色标记只在竖直方向上下振动. 1.机械波的形成 2.波的特点 （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. （3）离波源越远，质点振动越滞后，但每一个质点的起振方向与波源起振方向相同. （4）机械波向前传播的是振动这种运动形式，各质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波迁移. 3.振动和波动的联系 （1）振动是波动的原因，波动是振动的结果；有波动必然有振动，有振动不一定有波动. （2）波动中各质点振动的性质、频率和振幅均与波源相同. 【例题1】如图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，带动其余质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端.已知t＝0时，质点1开始向上振动，t＝时，质点1到达最上方，质点5开始向上振动.问： （1）t＝时，质点8、12、16的运动状态（是否运动、运动方向）如何？ （2）t＝时，质点8、12、16的运动状态如何？ 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的振动. 解析：各质点在各时刻的情况如图所示. 甲 乙 （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. （2）由乙图可知，t＝时，质点8正在向下振动，质点12向上振动，质点16未振动. 答案：见解析 【变式1】（多选）如图所示是某绳形成横波过程的示意图，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，并把振动从绳的左端传到右端.当t＝0时，质点1开始振动且速度竖直向上，经过T（T为周期），质点5开始振动.下列判断正确的是（　　） A.介质中所有质点的起振方向都是竖直向上的，但图中质点20起振最晚 B.T时，质点4振动的速度方向竖直向上 C.T时，质点8振动的速度方向竖直向下 D. t＝T时质点16开始振动 答案：AB　 解析：根据波的产生和传播特点可知，传播过程中各质点的振动都在重复波源的振动，所以所有质点的起振方向都相同，为竖直向上，波向右传播，质点20起振最晚，选项A正确. 时，质点4的速度方向竖直向上，选项B正确.T时，质点8振动的速度方向竖直向上，选项C错误.振动在一个周期内传播一个波长，t＝T时质点17开始振动，选项D错误. 考点 2　横波和纵波 【情境导学】如图所示. （1）图甲是绳波，其中质点的振动方向与波的传播方向是什么关系？ （2）图乙是推拉弹簧产生的波，其中质点的振动方向与波的传播方向是什么关系？ 答案：（1）相互垂直　（2）在同一条直线上 1.横波和纵波的对比 名称 项目 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 在波动中，质点的振动方向和波的传播方向在同一条直线上 介质 只能在固体介质中传播 在固体、液体和气体介质中均能传播 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 2.几种常见的波 （1）绳波是横波； （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.同一波源在同一介质中形成的机械波可同时具有横波和纵波 B.由于横波、纵波的振动方向与波的传播方向的关系不同，因此横波、纵波不可能沿同一方向传播 C.横波、纵波在同一介质中的传播速度一定相等 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 思维导引：横波和纵波是机械波的两种类型，是按波的传播方向与质点的振动方向的关系来分类的. 答案：A　 解析：同一波源产生的波可同时具有横波、纵波，如地震波，选项A正确；虽然传播这两种波的介质质点振动方向与波传播方向的关系不同，但并不妨碍两者沿同一方向传播，选项B错误；在同一介质中，横波和纵波传播速度一般不同，如地震波中纵波比横波传播得快，选项C错误；横波可以在固体内传播，不可以在液体、气体中传播，而纵波可在固体、液体和气体中传播，选项D错误. 关于横波和纵波的两点提醒 1.水波的认识方面：水波既不是横波也不是纵波，它属于比较复杂的机械波，但有时也理想化地视其为横波. 2.纵波的认识方面：在纵波中各质点的振动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播速度不同. 【变式2】（多选）关于横波和纵波，下列说法正确的是（　　） A.质点的振动方向和波的传播方向垂直的波叫横波 B.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 C.横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部 D.地震波是横波，声波是纵波 答案：ABC　 解析：质点的振动方向和波的传播方向垂直的波叫横波，选项A正确；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，选项B正确；横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部，选项C正确；地震波有横波也有纵波，空气中的声波是纵波，选项D错误. 考点 3　机械波 【例题3】（多选）一列简谐横波沿x轴传播，某时刻的波形如图所示，已知此时质点F的运动方向沿y轴负方向，则（　　） A.此波向x轴负方向传播 B.质点C此时向y轴负方向运动 C.质点C将比质点B先回到平衡位置 D.各质点的振幅相同 答案：ACD　 解析：在机械波传播的过程中，靠近波源的质点的振动带动相邻的后面质点的振动，即后面质点要重复前面质点的振动.由题意可知质点F的振动方向沿y轴负方向，即质点F正在重复右边质点的振动，说明波从右向左传播，即此波向x轴负方向传播，选项A正确；质点C此时刚到达波峰，速度为0，此后才向y轴负方向运动，选项B错误；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置，而质点C直接从波峰位置回到平衡位置，选项C正确；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. 思维导引：此时质点F的振动方向沿y轴负方向，重复的是与它相邻的右边质点的振动. 质点的起振方向和振动方向的判定 1.质点的起振方向 质点的起振方向是指质点刚开始振动的方向，由于介质中的质点都重复波源的振动，所以介质中的所有质点的起振方向都与波源开始振动的方向相同. 2.质点的振动方向 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P下方，则P向下运动，如图所示. 【变式3】如图是以质点P为波源的机械波在绳上传到质点Q时的波形. （1）请判断此机械波的类型. （2）判断图示时刻Q质点的振动方向. （3）P点从平衡位置刚开始振动时，是朝着哪个方向运动的？ （4）此波的形成是否是P质点移动到Q质点形成的？ 解析：（1）此机械波为横波. （2）P质点为波源、Q质点在右侧质点带动下将向上振动. （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. （4）质点不能随波迁移. 1.（波的形成）（多选）关于振动和波的关系，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 D.波源停止振动时，波立即停止传播 答案：AB　 解析：机械波的产生条件是有波源和介质.由于介质中的质点之间的相互作用，一个质点的振动带动相邻质点的振动并由近及远传播而形成波，选项A、B正确；波的传播速度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随时间周期性地发生变化，选项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播，当波源停止振动时，介质仍然继续传播波源振动的运动形式，不会因波源停止振动而立即停止传播，选项D错误. 2.（波的形成与传播）（多选）关于机械波的形成和传播，下列说法正确的是（　　） 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重复振动，只是时间落后 C.同一机械波参与振动的所有质点有相同的频率 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 答案：BC　 解析：只有物体做机械振动，而其周围没有传播这种振动的介质，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，所以后一质点总是落后前一质点，并且所有质点振动的频率相同，选项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，离波源远的质点振动的能量是通过各质点的传递从波源获得的，选项D错误. 3.（机械波的传播）一列横波沿绳子向右传播，某时刻绳子形成如图所示的形状，对此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点，下列说法正确的是（　　） A.质点B向右运动 B.质点D和质点F的速度方向相同 C.质点A和质点C的速度方向相同 D.从此时算起，质点B比质点C先回到平衡位置 答案：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，且不随波迁移，由此可知，A向下运动，B、C、D向上运动，E、F向下运动，故质点A和质点C的速度方向相反，质点D和质点F的速度方向相反，选项A、B、C错误；由于此时B和C都向上运动，所以B比C先到达最大位移处，并先回到平衡位置，选项D正确. 4.（机械波的传播）如图所示是一列沿着绳向右传播的绳波波形，此时波刚传到质点B，由图可判断波源质点A开始时的振动方向是　　　　. 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. 答案：向上 学科网（北京）股份有限公司 $$