3.1 机械波的产生和传播（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中物理选择性必修第一册（粤教版2019）

第一节　机械波的产生和传播 课程内容要求 核心素养提炼 1.了解波的形成和传播过程． 2．知道机械波是机械振动在介质中的传播． 3．能区分横波和纵波． 1.物理观念：机械波、横波、纵波． 2．科学思维：波和振动的联系． 3．科学探究：观察绳波的产生和传播，探究波的特征. 一、认识机械波 1．定义 机械振动在媒介中传播，形成机械波． 2．产生条件 (1)要有机械振动． (2)要有传播振动的介质． 二、机械波的传播 1．将绳分成许多小部分，将每一部分看作质点． 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，首先振动的这个质点称为波源． 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，并依次带动邻近质点振动，于是振动就在绳中由近及远地向外传播． [判断] (1)质点的振动位置不断变化即形成波．(×) (2)在绳波的形成和传播中，所有质点同时运动，同时停止运动．(×) (3)在绳波的形成和传播中，所有质点的运动并不是匀速直线运动．(√) 三、横波和纵波 定义 标识性物理量 实物波形 横波 质点的振动方向与波的传播方向互相垂直的波 (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 [思考] 如图是地震后场景．当地震发生时，地震波在地球内部和地表传播，有时使人感到左右摇晃，有时感到上下颠簸，由此可见地震波是什么波？ 提示　震源往往在地下某个深度的地方，地震发生时，人感到上下颠簸是因为有纵波，感到左右摇晃是因为有横波．所以，地震波既含有纵波成分又含有横波成分． 探究点一　波的形成及传播特征 艺术体操也叫韵律体操，是一种艺术性很强的女子竞赛体操项目.19世纪末20世纪初起源于欧洲．艺术体操表演项目有很多，丝带舞表演就是其中之一，如图所示是一幅丝带舞的表演图． (1)丝带上的各点有没有随波迁移？ (2)运动员的手停止抖动后，丝带上的波会立即停止吗？ 提示　(1)没有．　(2)不会． 1．机械波的形成 2．波的特点 (1)振幅：像绳波这种一维(只在某个方向上传播)机械波，若不计能量损失，各质点的振幅相同． (2)周期：各质点振动的周期均与波源的振动周期相同． (3)步调：离波源越远，质点振动越滞后． (4)运动：各质点只在各自的平衡位置附近做往复振动，并不随波迁移． (5)实质：机械波向前传播的是振动这种运动形式，同时也传递能量和信息． 3．振动和波动的区别与联系 振动 波动 区别 研究对象 单个质点在平衡位置附近的往复运动，研究的是单个质点的“个体行为” 振动在介质中的传播，研究的是大量质点将波源振动传播的“群体行为” 力的来源 可以由作用在物体上的各种性质力提供 联系介质中各质点的弹力 运动性质 质点做变加速运动 在均匀介质中是匀速直线运动 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，但有振动不一定有波动 (2)波动的性质、频率和振幅都与振源相同 细绳的一端在外力作用下从t＝0时刻开始做简谐运动，激发出一列简谐横波．在细绳上选取15个点，如图所示，图(1)为t＝0时刻各点所处的位置，图(2)为t＝时刻的波形图(T为波的周期)．在图(3)中画出t＝时刻的波形图． [思路点拨]　 (1)由前一个质点带动后一个质点确定波的传播方向． (2)各质点只在平衡位置附近上下振动． (3)确定再经过周期时各质点的位置． 解析　机械波在传播过程中，介质的质点都在各自的平衡位置附近振动，振动时间依次滞后．从波形图上看出，t＝T时刻第4个质点才开始振动，则在t＝T时刻第10个质点刚开始振动，此时第4个质点已振动了的时间回到平衡位置，第1个质点到达下方最大位移处，新的波形图如答案图所示． 答案　 [变式]　图甲中有一条均匀的绳，1、2、3、4…是绳上一系列等间距的点．现有一列简谐横波沿此绳传播．某时刻，绳上9、10、11、12四点的位置和运动方向如图乙所示(其他点的运动情况未画出)，其中点12的位移为零，向上运动，点9的位移达到最大值．试在图丙中画出再经过周期时的波形图． 解析　再经过周期波形如图： 答案　见解析 [训练1]　(多选)如图所示是做简谐振动绳子的一段，绳中有沿绳向右传播的一列机械波，则对于该时刻下列说法中正确的是(　　) A．图中3质点的速度方向向下 B．图中除1质点外，加速度最大的是5质点 C．只有3、7质点的振动频率不同，其他质点的振动频率都相同 D．各个质点振动的周期都与波源振动的周期一样 ABD　[由于绳波是横波且向右传播，绳中左边的质点带动右边的质点振动，故2、3、4质点向下振动，6、7质点向上振动，题图时刻3、7两质点在平衡位置，速度最大，1、5两质点在最大位移处，加速度最大，故A、B正确；各质点的振动周期(或频率)由波源决定，并且与波源的振动周期(或频率)是相等的，故C错误，D正确．] 探究点二　横波与纵波的对比 (1)图甲是绳波，其中质点的振动方向与传播方向是什么关系？ (2)图乙是声波，其中质点的振动方向与传播方向是什么关系？ 提示　(1)垂直． (2)在同一条直线上． 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 (多选)机械波按质点振动方向与波传播方向的关系可分为横波和纵波．关于介质中质点的振动方向和波的传播方向，下列说法正确的是(　　) A．在横波中二者方向有时相同 B．在横波中二者方向一定不同 C．在纵波中二者方向有时相同 D．在纵波中二者方向一定不同 BC　[在横波中质点振动方向和波的传播方向相互垂直，所以二者方向一定不同，故A项错，B项对；在纵波中二者方向在同一直线上，有时相同，有时相反，故C项对，D项错．] [训练2]　下列关于横波与纵波的说法，正确的是(　　) A．质点上下振动形成的波是横波 B．质点左右振动形成的波是纵波 C．质点振动方向与波的传播方向相互垂直，形成的波是横波 D．在固体中传播的波一定是横波 C　[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，而横波和纵波都能在固体中传播，故C正确．] 1.(振动与波的关系)沿绳传播的一列机械波，当波源突然停止振动时，则(　　) 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 C　[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，故C正确．] 2．(波的特点)在平静的湖面上漂着一块小木条，现向湖中央扔一石子，圆形波纹一圈圈地向外传播，当波传播到小木条处时，小木条将(　　) A．随波纹漂向湖岸　　　 B．不动 C．向波源处漂动 D．在原来位置上下振动 D　[介质中有机械波传播时，介质本身并不随波一起传播，介质质点只在自己的平衡位置附近振动，向外传播的只是振动形式和能量，生活中的水面上的一些漂浮物会沿波向外移动，是因为外界另外一些因素的干扰，如风的吹动等，故D正确．] 3．(横波和纵波)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，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．对于纵波，介质中质点随波一起迁移 D．对于纵波，介质中质点不随波迁移 D　[横波中质点的振动方向与波的传播方向相互垂直，纵波中质点的振动方向与波的传播方向有时相同，有时相反，故A、B错误；无论横波还是纵波，当有机械波在介质中传播时，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错误，D正确．] 4．(机械波的形成及特点)如图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(　　) A．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T C．若N质点为波源，则P质点已经振动了T D．若N质点为波源，则该时刻P质点动能最大 C　[若M质点为波源，相当于M质点追随它左边的质点振动，又因为是经过一个周期的波形，此时M质点的振动方向向上，即为开始振动时的方向，A错误；若M质点为波源，振动刚刚传到N质点，P质点已振动了T，B错误；若N质点为波源，则N质点开始振动的方向向下，P质点已振动了T，又因为此时P质点离平衡位置最远，速度为零，动能最小，故C正确，D错误．] 学科网（北京）股份有限公司 $$