第3章 第1节 机械波的形成和传播-【优学精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册教用Word(教科版)

第1节　机械波的形成和传播 1．知道机械波的形成条件及过程。　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。　5.会根据波传播的波形图分析质点的运动方向。 一、机械波的形成和传播 1．机械波的形成 观察绳波的产生和传播： (1)一根软绳放置在水平面上，固定一端，用手握住绳的另一端，拉直软绳。当手向左抖动一次时，一个______________________凸起的形状沿绳向另一端传去；当手向右抖动一次时，一个______________凸起的形状沿绳向另一端传去；当手左右连续抖动时，________________的形状沿绳向另一端传去。 (2)绳上的各小段可以看作质点，由于绳的各部分之间都有相互作用的弹力联系着，当手抖动绳的一端，紧靠这一端的质点1向上运动时，它就会带动质点2向上运动，质点2又带动质点3，依次传递下去。 (3)每一个质点都在________________________________ 绳端的振动，后一个质点的运动状态总是________于前一个质点的运动状态。振动状态在绳上的传播形成了波。 2．机械波的传播 (1)介质：绳、水、空气等能够________振动的物质，叫作介质。 (2)机械波：________________在介质中的传播形成了机械波。 (3)波源：产生________________的部分通常叫作波源。 (4)振动传播的方向就是波的传播方向。绳上的质点只在各自的平衡位置附近左右振动，并没有随波的传播而向前移动。 (5)机械波是________________这一运动形式(包括波源的____________________)的传播，机械波的传播也是____________的传播，波是传递能量的一种方式。 二、横波与纵波 1．横波 (1)定义：若介质中质点的振动方向和波的传播方向________，这种波称为横波。 (2)波峰：凸起来的____________叫波峰。 (3)波谷：凹下去的____________叫波谷。 (4)介质能传播横波的必要条件是介质内各质点间存在着________的作用力。气体和液体内部，各质点间没有这种________作用力，因此在气体和液体内部不能传播横波。 2．纵波 (1)定义：若介质中质点的振动方向和波的传播方向________，这种波称为纵波。 (2)密部：介质中质点分布密集的部分叫作密部。 (3)疏部：介质中质点分布稀疏的部分叫作疏部。 (4)介质能传播纵波的必要条件是介质内各质点间存在着________的作用力，各种弹性介质都能传播纵波。 判断下列说法是否正确。 (1)在水平方向传播的波为横波。(　　) (2)在机械波中各质点不随波的传播而迁移。(　　) (3)机械波的形成和传播中，所有质点同时开始运动，同时停止运动。(　　) (4)机械波在传播过程中，各质点振动的周期、起振的方向都相同。(　　) (5)纵波指的是质点的振动方向和波的传播方向垂直的波。(　　) 提示：(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)× [答案自填] 向左　向右　凸凹相间　重复　滞后　传播　机械振动　初始振动　机械振动　振动信息　机械能　垂直　最高处　最低处　横向　横向　平行　纵向 知识点一　机械波的形成和传播 如图所示，一组学生手挽手排成一行，从左边第一个同学开始，周期性地下蹲、起立，依次带动旁边的同学重复他的动作，只是后边的一位总是比前边的一位稍迟一点点，这样就会看到凹凸相间的波沿着队伍传播。运动会上的团体操表演常常用这种办法来表现波浪。 (1)形成“人浪”要具备哪些条件？ (2)同学为什么要手肩互搭？ (3)后一位同学与前一位同学相比，他们的运动有何异同？ (4)“人浪”沿水平方向传播，人随“人浪”迁移了吗？ 提示：(1)要有一个人先振动起来。 (2)有前一位同学带动后一位同学的作用。 (3)都同样振动，但节奏稍迟。 (4)没有，人只是上下振动。 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振动，并不随波迁移，且起振方向与振源的起振方向相同。 (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。 (2024·四川泸定中学期中)关于振动和波的关系，正确说法是(　　) A．物体做机械振动，一定会产生机械波 B．如果波源停止振动，在介质中传播的波动也立即停止 C．介质中有机械波传播，其中质点不一定在做机械振动 D．介质中每一个质点开始振动的方向一定和波源开始振动的方向相同 [解析]　物体做机械振动，不一定会产生机械波，介质中有机械波传播，其中质点一定在做机械振动，故A、C错误；如果波源停止振动，在介质中传播的波动并不会立即停止，故B错误；介质中每一个质点开始振动的方向一定和波源开始振动的方向相同，故D正确。 [答案]　D (多选)如图是一条软绳，绳上选有18个质点，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。由波的形成及图示可知，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，在水平方向做匀速运动，在竖直方向做简谐运动 C．绳子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．绳子上波的传播过程，也是能量的传播过程，虽然每个质点均做等幅振动，但每个质点的机械能并不守恒 [解析]　质点1带动质点2是利用绳上质点间的弹力实现的，因此每个质点都做受迫振动，A正确；每个质点开始振动后，只在竖直方向做简谐运动，水平方向不随波迁移，B错误；绳子上每一个质点的起振方向都相同，振动周期等于波源振动周期，C正确；波的传播过程，也是能量的传播过程，虽然每个质点均做等幅振动，但每个质点的机械能并不守恒，比如最高点和最低点动能为零，重力势能不等，D正确。 [答案]　ACD 知识点二　横波和纵波 当地震发生时，地震波在地球内部和地表传播，人有时会感到左右摇晃，有时会感到上下颠簸。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。 1．横波和纵波的比较 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平行 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 实例 绳上形成的波 声波、弹簧上的波 2.说明 (1)发声体振动时在空气中产生的声波是纵波。声波不仅能在空气中传播，也能在固体、液体中传播。 (2)不管是横波还是纵波，如果传播的振动是简谐运动，这种波就叫简谐波。 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．波沿水平方向传播，质点在竖直方向上下振动，这类波是横波 D．形成纵波的质点，随波一起迁移 [解析]　横波质点的振动方向与波的传播方向相互垂直，纵波质点的振动方向与传播方向有时相同，有时相反，故A、B错误，C正确；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D错误。 [答案]　C 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中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，故横波、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 [解析]　同一波源产生的机械波中可同时具有横波和纵波，如地震波，A正确；虽然横波与纵波的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，B错误；在同一介质中，横波和纵波的传播速度一般不同，如地震波中纵波比横波传播得快，C错误；机械波中横波可以在固体内传播，不可以在液体和气体中传播，纵波可在固体、液体和气体中传播，D错误。 [答案]　A 知识点三　对机械波的理解 1．机械波传播的是振动形式、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。 2．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)与波源的周期(频率)相同。 3．在不考虑能量损失时，各质点振动的振幅相同，各质点的起振方向都与波源开始振动的方向相同。 (多选)下列关于机械波的说法正确的是(　　) A．波传播过程中，质点也随着波移动 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的振动，后一质点的振动必定落后于前一质点的振动 D．离波源越远，质点的振动频率越小 [解析]　机械波在传播过程中，各质点都在各自的平衡位置附近振动，不随波迁移，故A错误；根据波向前传播的特点，前面的质点带动后面的质点振动，相邻质点间必有相互作用力，故B正确；机械波自产生的地方由近及远地向前传播，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，故C正确；各质点都在波源的带动下做受迫振动，则各个质点的振动频率都等于波源的振动频率，D错误。 [答案]　BC 一学生看见平静的湖面上漂浮着一小块泡沫，想把它拾起来扔到垃圾桶，于是向湖中投入一石块，在湖面上激起水波，关于泡沫的运动情况，下列说法正确的是(　　) A．泡沫不能被波浪推动，最多只能在湖面上做上下振动 B．投入的石块质量越大，波浪越容易将泡沫推至岸边 C.不知泡沫离波源的远近如何，无法确定泡沫的运动情况 D．因“随波逐流”，波浪会将泡沫推至岸边 [解析]　波传播的是振动这种形式，各质点在各自平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移，B、C、D错误，A正确。 [答案]　A 1．(机械波的形成和传播)关于机械波，下列说法不正确的是(　　) A．介质中有机械波传播时，介质本身随波一起传播 B．若波源做简谐运动，参与振动的质点的振动频率都相同 C．如果波源停止振动，已产生的波在介质中继续传播 D．波既能传递能量，又能传递信息 解析：选A。波传播时，介质并不随波传播，A错误；参与振动的质点的频率都等于波源的频率，故B正确；波源停止振动，波还会继续传播，C正确；超声波碎石就是利用声波传递能量，我们用语言进行交流，就是利用声波传递信息，D正确。 2．(机械波的形成和传播)(2023·上海市新场中学期中)一列波由波源向周围扩展开去，下列说法错误的是(　　) A．介质中各质点只是振动，没有沿波的传播方向迁移 B．介质中各质点振动形式由近及远地传播出去 C．介质中各质点振动的能量由近及远地传播 D．介质中各质点由近及远传播开去 解析：选D。波在传播时，介质中的质点在其平衡位置附近做往复运动，它们并没有随波的传播而发生迁移，故A正确，D错误；波传播的是振动形式，而振动由能量引起，即传播了能量，所以波在传播过程中将振动形式以及能量由近及远地传播出去，故B、C正确。 3．(横波和纵波)关于横波和纵波，下列说法正确的是(　　) A．波源上下振动形成的波是横波 B．波源水平振动形成的波是纵波 C．横波只能在固体介质中传播 D．质点沿水平方向振动，波沿水平方向传播，这类波是纵波 解析：选C。根据横波和纵波的概念，质点振动方向与波的传播方向垂直为横波，平行则为纵波，并不是上下振动与水平振动的问题，故A、B错误；横波只能在固体中传播，故C正确；质点沿水平方向振动，波沿水平方向传播，并没有说明是沿同一直线，故D错误。 4．(对机械波的理解)(多选)(2023·湖北高二月考)关于机械波的说法正确的是(　　) A．相邻的质点要相互做功 B．机械波在真空中也能传播 C．波源开始时怎样振动，其他质点开始时就怎样振动 D．除波源外，波中各质点都做受迫振动 解析：选ACD。机械波传播的过程中，前面质点要带动相邻的后面质点一起振动，则相邻的质点要相互做功，A正确；机械波必须要依靠介质传播，故不能在真空中传播，B错误；后面的质点要重复前面质点的振动，则波源开始时怎样振动，其他质点开始时就怎样振动，C正确；除波源外，波中后面的质点总是在前面质点带动下做受迫振动，D正确。 5.(对机械波的理解)“蜻蜓点水”是常见的自然现象，蜻蜓点水后在水面上会激起波纹。某同学在研究蜻蜓运动的过程中获得一张蜻蜓点水的俯视照片，该照片记录了蜻蜓连续三次点水过程中激起的波纹，其形状如图所示。由图分析可知(　　) A．蜻蜓第一次点水处为A点 B．蜻蜓第一次点水处为B点 C.蜻蜓飞行的速度大于水波传播的速度 D．蜻蜓飞行的速度小于水波传播的速度 解析：选C。在同一时刻观察时，越先激起的波纹扩散开来的半径越大，因C的半径大于A和B的半径，说明蜻蜓第一次点水处为C点，故A、B错误。若蜻蜓飞行速度与水波速度相同，那么蜻蜓点水会在上一个水波边线上，而水波以相同速度运动，所以每个圆都应内切。由题图可知，后击水产生的波纹超过先击水产生波纹，说明蜻蜓飞行速度大于水波传播速度，故C正确，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $