山东省专用2018_2019学年高中物理第十二章机械波第1节波的形成和传播讲义含解析新人教版选修3.doc

第1节波的形成和传播1.波的传播过程中，各质点的周期均与波源的振动周期相同。2波在传播时，是前一质点带动后一质点振动，离波源越远，质点振动越滞后。3各质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波迁移。4质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波，叫横波，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。一、波的形成和传播1形成原因：以绳波为例(如图所示)(1)可以将绳分成许多小部分，将每一部分看做质点。(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。2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。二、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三、机械波1定义机械振动在介质中传播，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。3机械波的实质(1)传播振动这种运动形式。(2)传递能量的一种方式。依靠介质中各个质点间的相互作用力而使各相邻质点依次做机械振动来传递波源的能量。1自主思考判一判(1)质点振动的平衡位置不断转换即形成波。()(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，所有质点的运动是近似的匀速直线运动。()(4)机械波传播的是能量和振动形式，机械波不能在真空中传播。()(5)横波在固体、液体、气体中都能传播，纵波只能在气体中传播。()2合作探究议一议(1)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。(2)登上月球的宇航员可以通过声音直接交流吗？提示：不可以。因为月球上是真空的，没有传声介质，所以不能通过声音直接交流。机械波的形成及特点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典例细绳的一端在外力作用下从t0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t0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，tT时刻第4个质点才开始振动，则在tT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。答案波动过程中介质中各质点的运动特点波动过程中介质中各质点的振动周期都与波源的振动周期相同，其运动特点可用三句话来描述：(1)先振动的质点带动后振动的质点；(2)后振动的质点重复前面质点的振动；(3)后振动质点的振动状态落后于先振动的质点。概括起来就是“带动、重复、落后”。1多选关于机械波的以下说法中，正确的是()A波动发生需要两个条件：波源和介质B波动过程是介质质点由近及远移动的过程C波动过程是能量由近及远传递的过程D波源与介质质点的振动都是自由振动解析：选AC波源(即振源)振动时，依靠介质中的相互作用力带动周围各部分质点振动起来，形成机械波。作为介质的各质点只在平衡位置附近做振动，并不随波向外迁移，仅把振源的振动和能量传播开来。波源和介质质点之间的相互作用力带动相邻的质点振动，是受迫振动。故介质质点不是自由振动。2多选一列横波沿绳子向右传播，传播过程无能量损失，某时刻绳子形成如图所示的凹凸形状。对此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点，下列说法正确的是()A它们的振幅相同B质点D和F的速度方向相同C质点A和C的速度方向相同D从此时算起，质点B比C先回到平衡位置解析：选AD波源振动时，绳上各质点通过相互间的弹力作用跟着做受迫振动，不考虑传播中的能量损耗时，各质点的振幅均相同，选项A正确。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。由题图可知，波源在左端，因此，质点D跟随离波源近的质点C正向上运动，质点F跟随离波源近的质点E正向下运动，两者速度方向相反，选项B错误；同理，此时质点A正向下运动，质点C正向上运动，两者速度方向也相反，选项C错误；由于此时B、C两质点都向上运动，B比C先到最大位移处，故B比C先回到平衡位置，选项D正确。3在敲响古刹里的大钟时，有的同学发现，停止对大钟的撞击后，大钟仍“余音未绝”，分析其原因是()A大钟的回声B大钟在继续振动C人的听觉发生“暂留”的缘故D大钟虽停止振动，但空气仍在振动解析：选B停止对大钟的撞击后，大钟的振动不会立即停止，振动的能量不会凭空消失，它会再振动一段时间然后因为阻尼而停止，因此还会在空气中形成声波，这就是余音未绝的原因，所以选项B正确。横波与纵波的对比典例一列横波正沿水平方向由西向东传播，则下列说法中正确的是()A波中各个质点都在由西向东运动B波中的各个质点一定沿水平方向振动C波中的各个质点一定沿竖直方向振动D以上说法都错误解析横波中各质点的振动方向与波的传播方向垂直，波在水平方向由西向东传播，质点振动方向与其垂直，不一定沿水平方向也不一定沿竖直方向，故A、B、C都错。答案D横波与纵波的对比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1下列关于横波的说法中，正确的是()A横波中，质点的振动方向一定与波的传播方向垂直B横波中，质点的振动方向也可能与波的传播方向在同一直线上C横波中，波水平向右传播，各个质点一定上下振动D能形成波峰、波谷的波是横波解析：选A横波的传播方向与质点的振动方向垂直，选项A正确，B、C错误；有波峰和波谷，但波的传播方向不一定与质点的振动方向垂直，选项D错误。2下列关于纵波的说法中，正确的是()A在纵波中，波的传播方向就是波中质点的移动方向B纵波中质点的振动方向一定与波的传播方向在一条直线上C纵波中质点的振动方向一定与波的传播方向垂直D纵波也有波峰和波谷解析：选B纵波中质点的振动方向与波的传播方向虽然在一条直线上，但质点的振动方向与波的传播方向可能相同，也可能相反。在波动中，横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部，故选项B正确。3地震时，震源会同时产生两种波，一种是传播速度约为3.5 km/s的S波，另一种是传播速度约为7.0 km/s的P波。一次地震发生时，某地震监测点记录到首次到达的P波比首次到达的S波早3 min。假定地震波沿直线传播，震源的振动周期为1.2 s，求震源与监测点之间的距离x和S波的波长。解析：设P波的传播时间为t，则xvPt，xvS(tt)解得xt，代入数据得x1 260 km。由vST，解得4.2 km。答案：1 260 km4.2 km1科学探测表明，月球表面无大气层，也没有水，更没有任何生命存在的痕迹。在月球上，两宇航员面对面讲话也无法听到，这是因为()A月球太冷，声音传播太慢B月球上没有空气，声音无法传播C宇航员不适应月球，声音太轻D月球上太嘈杂，声音听不清楚解析：选B声波是机械波，传播需要介质，故B选项正确。2多选把一根长而软的螺旋弹簧竖直提起来，手有规律地上下振动，则()A在弹簧上形成一列机械波B在弹簧上形成波峰和波谷C弹簧上的质点自上而下振动D弹簧上的机械波自上而下传播解析：选AD手有规律地上下振动时弹簧上各质点也上下振动，形成纵波，向下传播，故A、D均正确，B、C错误。3多选把闹钟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。但如果将玻璃罩内的空气用抽气机抽出去，就听不到闹钟的铃声。这说明()A声波是纵波B抽去玻璃罩内的空气后，闹钟不再响铃了C气体和固体都能传播声音D声波不能在真空中传播解析：选CD根据题中叙述的现象，无法说明声波是纵波，选项A错；抽去玻璃罩内的空气，不会使闹钟停止响铃，选项B错；抽去玻璃罩内的空气前，在玻璃罩外仍然可以听到闹钟的铃声，说明玻璃罩和空气都能传播声音，选项C对；抽去玻璃罩内的空气后，就听不到闹钟的铃声，说明声波不能在真空中传播，选项D对。4沿绳传播的一列机械波，当波源突然停止振动时()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离波源较近的各质点先停止振动，较远的各质点稍后停止振动D离波源较远的各质点先停止振动，较近的各质点稍后停止振动解析：选C波动把能量从波源由近及远地传播出去，振动的各质点先后获得能量，因此只有C正确。5在平静的湖面上漂着一块小木条，现向湖中央扔一石子，圆形波纹一圈圈的向外传播，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解析：选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。6.多选一列简谐横波在x轴上传播，某时刻的波形图如图所示，a、b、c为三个质元，a正向上运动，由此可知()A该波沿x轴正方向传播Bc正向上运动C该时刻以后，b比c先到达平衡位置D该时刻以后，b比c先到达离平衡位置最远处解析：选AC由波传播的规律知质元的振动是由先振动的质元带动后振动的质元，由题图知a质元偏离平衡位置的位移，说明a质元左侧质元先于a质元振动，波是沿x轴正方向传播的，选项A正确。质元c和质元a之间有一波谷，质元c振动方向与质元a振动方向相反，质元c向下运动，故选项B错误。b质元正向着平衡位置运动，故b比c先到达平衡位置，选项C正确，c比b先到达偏离平衡位置的最远处，选项D是错误的。7多选如图所示，沿水平方向的介质中的部分质点，每相邻两质点的距离相等，其中O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，经质点1开始振动，则下列关于质点的振动和介质中的波的说法中正确的是()A介质中所有质点的起振方向都是竖直向下的，但图中质点9起振最晚B图中所画出的质点起振时间都是相同的，起振的位置和起振的方向是不同的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处的时间总是比质点7通过相同的位置时落后D只要图中所有质点都已振动了，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次振动解析：选ACD从题图可知，质点9是图中距波源最远的点，尽管与波源起振方向相同，但起振时刻最晚，故A正确，B错误；质点7与质点8比较，质点7是质点8的前质点，7、8质点间的振动步调相差，故C正确；质点9比质点1晚2T开始起振，一旦质点9起振后，质点1、9的振动步调就完全一致，D正确。8多选如图为一列简谐波在某时刻的波形图，a、b、c、d为介质中的四个质点。a在波峰，d在波谷，c在平衡位置，b的位移大小等于振幅的一半，四个质点的加速度大小分别为aa、ab、ac、ad，它们的速度大小分别为va、vb、vc、vd，四个质点的振幅大小为Aa、Ab、Ac、Ad，则() Aac<ab<aaadBac>ab>aaad0Cvavd>vb>vcDvavd<vb<vcEAaAbAcAd解析：选ADE机械波中各个质点都在做简谐运动，质点的加速度与质点的位移成正比，故A选项正确；各质点越靠近平衡位置，速度越大，位移越小，故D选项正确；波动过程中，介质中各质点的振幅相等，E正确。9.AB为一弹性绳。设法在绳上传播一个脉冲的波，如图所示，当波从A向B传播时，绳上质点开始起振的速度方向是_，若波从B向A传播，绳上质点开始起振时，质点振动的速度方向是_。解析：根据波的形成过程，前质点依次带动后质点并依次落后，且都重复振源的振动，当由A向B传播，B刚开始振动时，B左侧的相邻质点比B先振动；并且位置在B的下方，所以B应该向下振，当从B向A传播，质点刚开始振动时，速度方向向上。答案：向下向上