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3.1.2　横波和纵波
[学习目标] 1．知道横波和纵波的概念. 2．知道机械波传播的特点．
[重难点] 1．知道横波和纵波的概念. 2．知道机械波传播的特点．
[导学探究]
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) 图乙是声波，其中质点的振动方向与波的传播方向是什么关系？
例1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．形成纵波的质点随波一起迁移
D．空气介质中只能传播纵波
例2如图所示是一列向右传播的横波，请标出这列波中a、b、c、d、…、h等质点这一时刻的速度方向．
[应用练习]
1． (质点振动方向的判定)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
2． 区分横波和纵波的依据是(　　)
A．是否沿水平方向传播
B．质点振动的方向和波传播的远近
C．质点振动的方向和波传播的方向是相互垂直还是在同一直线上
D．质点振动的快慢
3． 某地区地震波中的横波和纵波传播速率分别约为4 km/s和9 km/s.一种简易地震仪由竖直弹簧振子P和水平弹簧振子H组成(如图所示)．在一次地震中，震源在地震仪下方，观察到两振子相差5 s开始振动，则(　　)
A．P先开始振动，震源距地震仪约36 km
B．P先开始振动，震源距地震仪约25 km
C．H先开始振动，震源距地震仪约36 km
D．H先开始振动，震源距地震仪约25 km
4． 一列横波沿x轴正方向传播，某时刻的波形如图所示，质点a、b均处于平衡位置．则下列说法正确的是(　　)
A．该时刻质点a正向下运动
B．该时刻质点b正向上运动
C．该时刻质点a、b的速度相同
D．质点a、b的振动周期相同
5． 振源A带动细绳上下振动，某时刻在绳上形成的横波波形如图所示，规定绳上各质点向上运动的方向为位移x的正方向，从波传播到细绳上的P点开始计时，下列四幅x－t图像中能表示P点振动图像的是(　　)
[小结]
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． 质点振动方向的判定
“带动法”判定质点的振动方向：
(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6所示．
3.1.2　横波和纵波 答案
[导学探究]
答案　(1)相互垂直　(2)在同一条直线上
例1答案　D
解析　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总是与波的传播方向在同一直线上，有时相同，有时相反，故选项A、B错误；无论是横波还是纵波，质点都是在平衡位置附近做往复运动，不会随波迁移，故选项C错误；因为空气介质只能通过压缩而产生相互作用力，故空气介质中只能传播纵波，故选项D正确．
例2答案　见解析图
解析　由波的传播特点可知，介质中先振动的质点将带动它后面的质点振动，后面质点的振动是前面质点振动的重复，比较沿波传播方向上相邻的两质点，可知后面质点的振动总是滞后于前面的质点．题图中质点c和g此时在最大位移处，速度为零，无速度方向可言．若以此时最大位移处的c点为参考点，由波的传播方向和传播的特点可知，d点相对于c点为后面的质点，d点的振动滞后于c，要追随c运动到负的最大位移处，所以速度方向向下，e、f依次跟上，速度方向都向下；b的振动超前，已从负的最大位移处回振，所以速度方向向上；a超前b，已回到平衡位置，速度最大也向上；同理以g点为参考点，可知h点速度方向向上．
[应用练习]
1． 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，并跟随着近的质点振动，D跟随C向上运动，F跟随E向下运动，同理，A向下运动，C向上运动，由此可知选项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A错误，D正确．
2． 答案　C
3． 答案　A
解析　横波的传播速率小于纵波的传播速率，所以P先开始振动，由＋5 s＝，可得x＝36 km，故A正确，B、C、D错误．
4． 答案　 D
解析　由“带动法”知该时刻质点a正向上运动，质点b正向下运动，A、B错误；该时刻质点a、b速度大小相等，但方向相反，C错误；质点a、b的振动周期都等于波源的振动周期，因此质点a、b的振动周期相同，D正确．
5． 答案　A
解析　由波形可知，波向右传播，开始计时时P点在平衡位置且将向下振动，故A正确．
3.1.2　横波和纵波 答案
[导学探究]
答案　(1)相互垂直　(2)在同一条直线上
例1答案　D
解析　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总是与波的传播方向在同一直线上，有时相同，有时相反，故选项A、B错误；无论是横波还是纵波，质点都是在平衡位置附近做往复运动，不会随波迁移，故选项C错误；因为空气介质只能通过压缩而产生相互作用力，故空气介质中只能传播纵波，故选项D正确．
例2答案　见解析图
解析　由波的传播特点可知，介质中先振动的质点将带动它后面的质点振动，后面质点的振动是前面质点振动的重复，比较沿波传播方向上相邻的两质点，可知后面质点的振动总是滞后于前面的质点．题图中质点c和g此时在最大位移处，速度为零，无速度方向可言．若以此时最大位移处的c点为参考点，由波的传播方向和传播的特点可知，d点相对于c点为后面的质点，d点的振动滞后于c，要追随c运动到负的最大位移处，所以速度方向向下，e、f依次跟上，速度方向都向下；b的振动超前，已从负的最大位移处回振，所以速度方向向上；a超前b，已回到平衡位置，速度最大也向上；同理以g点为参考点，可知h点速度方向向上．
[应用练习]
1． 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，并跟随着近的质点振动，D跟随C向上运动，F跟随E向下运动，同理，A向下运动，C向上运动，由此可知选项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A错误，D正确．
2． 答案　C
3． 答案　A
解析　横波的传播速率小于纵波的传播速率，所以P先开始振动，由＋5 s＝，可得x＝36 km，故A正确，B、C、D错误．
4． 答案　 D
解析　由“带动法”知该时刻质点a正向上运动，质点b正向下运动，A、B错误；该时刻质点a、b速度大小相等，但方向相反，C错误；质点a、b的振动周期都等于波源的振动周期，因此质点a、b的振动周期相同，D正确．
5． 答案　A
解析　由波形可知，波向右传播，开始计时时P点在平衡位置且将向下振动，故A正确．

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