3.1 波的形成（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（人教版2019）

第1节　波的形成 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 1.能区别横波和纵波，了解波峰和波谷、疏部和密部。 2．知道什么是机械波。 1.通过观察和分析，认识波是振动的传播。 2．对波动现象进行分析和推理，认识波的形成条件及过程。 观察绳波的产生和传播，探究波的特点和产生过程。 通过绳波波形的模拟和对实验现象的分析总结，培养实事求是的科学态度。 [对应学生用书P69] 一、波的形成 1．波：振动的传播称为波动，简称波。 2．波的形成(以绳波为例) (1)一条绳子可以分成一个个小段，这些小段可以看作一个个相连的质点，这些质点之间存在着弹性力的作用。 二、横波和纵波 项目 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 三、机械波 1．定义：机械振动在介质中的传播。 2．介质：波借以传播的物质。 3．介质中的质点发生振动，但并不随波迁移，传播的只是振动这种运动形式。 4．波不但传递能量，而且可以传递信息。 1．(物理与体育)在艺术体操的带操表演中，运动员手持细棒抖动彩带的一端，彩带随之像波浪一样翻卷。若彩带上有一个蝴蝶结，如图所示，当彩带上的波浪向前传播时，判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)蝴蝶结随波远离运动员。(　　×　　) (2)蝴蝶结的振动频率与运动员手(波源)的振动频率相同。(　　√　　) (3)蝴蝶结振动的能量是从运动员的手(波源)获得的。(　　√　　) (4)彩带传播的是振动形式和能量。(　　√　　) (5)在波的形成和传播中，彩带上所有质点同时运动，同时停止。(　　×　　) 2．(知识拓展)做一做(课下小实验) 把小石头扔到平静的湖水里，水面上便会激起水波。由于水波的影响，水面上的漂浮物会在原平衡位置上下振动，并不会向远方运动。 [对应学生用书P70] 探究点一___机械波的形成及特点 扇舞是常见的文艺表演形式，扇舞中的一个精美的瞬间造型如图所示。表演者排成一行，从左边第一位表演者开始，手持扇子周期性地下蹲、起立，旁边的表演者重复她的动作，只是后边的一位总比前边的一位稍迟一点点，这样就会看到扇子上下起伏形成的波沿着队伍传播，形成优美的波浪造型。 [问题设计] (1)要形成“扇子波浪”，是否需要一个表演者手持扇子先振动起来？ (2)后一位表演者与前一位表演者相比，他们的运动有何异同？ (3)“扇子波浪”沿水平方向传播，扇子随“扇子波浪”迁移了吗？ 提示：(1)需要有一个表演者手持扇子先振动起来。 (2)前一位表演者带动后一位表演者运动，但后一位表演者比前一位表演者节奏稍迟。 (3)没有，扇子只是上下振动。 1．波的形成 2．波的特点 (1)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)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都与波源的起振方向相同。 (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。 【例1】 (多选)如图所示，在一条软绳上选18个等间距的质点，质点1在外力作用下首先向上振动，其余质点在相互作用力的带动下依次振动，从而形成简谐波，由波的形成及图可知，下列说法正确的是(　　) A．质点1带动质点2是利用绳上质点间的弹力实现的，因此每个质点均做受迫振动 B．每个质点开始运动后，均在水平方向做匀速运动，在竖直方向做简谐运动 C．绳上的每一个质点开始振动时，方向都向上，振动周期都相同 D．绳上波的传播过程也是能量的传递过程，每个质点均做等幅振动，故每个质点的机械能守恒 AC　解析：每个质点开始振动后，只在竖直方向做简谐运动，水平方向上不随波迁移，波的传播过程也是能量的传递过程，每个质点均做受迫振动，合外力不为零，故每个质点的机械能并不守恒，A、C正确，B、D错误。 波动过程中介质中各质点的运动特点 (1)先振动的质点带动后振动的质点； (2)后振动的质点重复先振动的质点的振动； (3)后振动的质点的振动状态落后于先振动的质点的振动状态。 概括起来就是“带动、重复、落后”。 [练1] (多选)如图所示的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 AB　解析：根据波的产生和传播特点可知，传播过程中各质点都重复波源的振动，所以所有质点的起振方向都竖直向上，波向右传播，质点20起振最晚，A正确；时，质点4的速度方向竖直向上，B正确；T时，质点8的速度方向竖直向上，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，D错误。 [练2] (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 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存在相互作用，一个质点振动带动相邻质点振动，振动由近及远传播形成波，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，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，波不会因波源停止振动而立即停止传播，D错误。 探究点二___对横波和纵波的理解 北京时间2023年2月6日，土耳其、叙利亚发生强烈地震，如图所示的是某地震后的情形。当地震发生时，地震波在地球内部和地表传播，不仅使人感到左右摇晃，同时使人感到上下颠簸。 [问题设计] (1)地震波是横波还是纵波？ (2)横波与纵波的根本区别是什么？ 提示：(1)地震波既有横波成分也有纵波成分。 (2)横波与纵波的根本区别是质点的振动方向与波的传播方向之间的关系。 1．横波和纵波的对比 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 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.几种常见的机械波 (1)绳波是横波； (2)空气中的声波是纵波； (3)水波是比较复杂的机械波，不能简单地认为是横波，但有时可将水波理想化为横波； (4)地震波中既有横波，又有纵波。 【例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作横波 B．质点的振动方向与波的传播方向在同一条直线上的波叫作纵波 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 ABC　解析：质点的振动方向和波的传播方向垂直的波叫作横波，A正确；质点的振动方向与波的传播方向在同一条直线上的波叫作纵波，B正确；横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部，C正确；地震波中既有横波也有纵波，空气中的声波是纵波，D错误。 [练3] (多选)下列关于横波、纵波的说法正确的是(　　) A．横波中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纵波 C．横波和纵波传播的都只是振动这种运动形式 D．沿横向传播的波叫横波，沿纵向传播的波叫纵波 ABC　解析：质点的振动方向与波的传播方向垂直的波为横波，质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波为纵波，横波具有波峰和波谷，波中凸起的最高处叫波峰，凹下的最低处叫波谷，且两种波传播的都是运动形式，A、B、C正确。 探究点三___解决实际问题 [练4] (生活情境)在平静的湖面上漂浮着一个轻木块，向湖中投入一个石块，在湖面上激起水波，关于木块的运动情况，以下说法正确的是(　　) A．木块将被推至远处 B．因不知道木块离波源的远近如何，所以无法确定木块的运动情况 C．木块被推动的距离与木块的质量大小和所受水的阻力的大小等情况有关 D．无论木块离波源的远近如何，它都不能被波推动，最多只能在湖面上上下振动 D　解析：波传播的是振动这种运动形式，各质点在各自平衡位置附近往复运动，不随波向前移动，A、B、C错误，D正确。 [练5] (生活情境)把闹钟悬放在密闭的玻璃罩内，在玻璃罩外仍然可以听到闹钟的铃声，但如果将罩内空气抽去，就听不到闹钟的铃声，这说明(　　) A．声波是纵波 B．抽去罩内的空气后，闹钟不再运转了 C．气体、液体和固体都能传播声音 D．声波不能在真空中传播 D　解析：题干不能说明声波是纵波，A错误；闹钟的运转不需要空气，抽去空气后仍能正常工作，B错误；玻璃罩内有空气时能听到闹钟的铃声，抽去罩内空气，就听不到闹钟的铃声，这说明声音不能在真空中传播，D正确；C项说法本身是正确的，但由题干信息不能得出，C错误。 [对应学生用书P72] 1．下列对机械波的认识正确的是(　　) A．形成机械波一定要有波源和介质 B．波源做简谐运动形成的波中，各质点的振动情况完全不同 C．横波向右传播时，处于波峰的质点也向右迁移 D．机械波向右传播时，右方的质点比左方的质点早一些振动 A　解析：形成机械波必须具备两个条件：有波源和介质，A正确；波源做简谐运动形成的波中，某些质点的振动情况完全相同，B错误；波传播的是振动这种运动形式，质点不随波迁移，C错误；机械波向右传播时，左方的质点比右方的质点早一些振动，D错误。 2．(多选)如图所示的是沿水平方向的介质中的部分质点，相邻质点间距离相等，其中0处为波源，设波源的振动周期为T，从波源通过平衡位置竖直向下振动开始计时，经过，质点1开始振动，则下列关于各质点的振动和介质中的波的说法正确的是(　　) A．介质中所有点的起振方向都是竖直向下的，但图中质点9起振最晚 B．图中所画的质点起振时间都是相同的，起振的位置和起振方向是不相同的 C．图中质点8的振动完全重复质点7的振动，只是质点8振动时，通过平衡位置或最大位移的时间比质点7通过相同位置落后 D．只要图中所有的质点都已振动了，质点1与质点9的振动步调就完全一致，如果质点1发生的是第100次振动，则质点9发生的就是第98次振动 ACD　解析：根据波的产生和传播过程可知，传播过程中各质点的振动都是重复波源的振动，所以所有质点的起振方向都相同，为竖直向下，但从时间上来说，起振依次落后的时间，A、C正确，B错误；由于质点9比质点1晚起振两个周期，所以当所有质点都起振后，质点1与9步调完全一致，只是质点9在振动总时间上永远落后2T，D正确。 3．(多选)一列波由波源向周围扩展开去，由此可知(　　) A．介质中的各个质点由近及远地传播开去 B．介质中的各个质点的振动频率随着波的传播而减小 C.介质将振动的能量由近及远地传播开去 D．介质将振动的形式由近及远地传播开去 CD　解析：介质在传播机械波的过程中只是把振动这种运动形式和振动的能量向外传播，而介质本身并不迁移，A错误，C、D正确；质点的频率只与波源有关，不会随着波的传播而减小，B错误。 4.(2024·湖北宜昌高二检测)如图所示，一组学生在玩“人浪”游戏。学生手挽手排成一行，从左边第一名同学开始，周期性地“下蹲、起立”，呈现类似波浪的效果。则(　　) A．“人浪”是纵波 B．学生“下蹲、起立”的动作越频繁，“人浪”传播的速度一定越快 C．当“人浪”向右传播时，学生随“人浪”向右移动 D．“人浪”传播的是“下蹲、起立”这种运动形式 D　解析：学生“下蹲、起立”时身体的运动方向与“人浪”传播的方向垂直，则可知“人浪”是横波，A错误；“人浪”传播的速度快慢与学生“下蹲、起立”的动作频率无直接关系，B错误；学生只在自己所站位置“下蹲、起立”，并不会随波移动，C错误；“人浪”传播的是“下蹲、起立”这种运动形式，D正确。 5．如图所示的是某绳波形成过程的示意图。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。已知t＝0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。 (1)t＝时，质点6、10、14的运动状态(是否运动、运动方向)如何？ (2)画出t＝时的波形图，并说明质点6、10、14的运动状态。 答案：见解析 解析：(1)各质点在t＝时的情况如图甲所示： 由图甲可知，t＝时，质点6未到达波峰，正在向上运动，质点10、14未运动。 (2)t＝T时的波形图如图乙所示，质点6正在向下运动，质点10向上运动，质点14未运动。 学科网（北京）股份有限公司 $$