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第三章 机械波
3.1机械波的形成和传播
1.知道机械波的产生条件，理解机械波的形成过程.
2.知道横波和纵波的概念.
3.知道机械波传播的特点.
【学习目标】
导入新课
如图所示，手拿绳的一端，上下振动一次，使绳上形成一个凸起状态，随后形成一个凹落状态，可以看到，这个凸起状态和凹落状态在绳上从一端向另一端移动.如果在绳子上某处做一红色标记，观察这一红色标记的运动.
(1)红色标记有没有随波迁移？
答案　没有，红色标记只在竖直方向上下振动.
(2)当手停止抖动后，绳上的波会立即停止吗？
答案　不会，当手停止抖动后，波仍向右传播.
1.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　　的质点，这些质点之间存在着　　　的作用.
(2)当手握绳端上下振动时，绳端　　相邻的质点，使它也上下振动.这个质点又带动更远一些的质点…绳子上的质点都跟着振动起来，只是后面的质点总比前面的质点　 一些开始振动.
相连
弹性力
带动
迟
一、波的形成及特点
2.介质
(1)定义：波借以　　的物质.
(2)特点：组成介质的质点之间有　　　　，一个质点的振动会引起相邻质点的振动.
3.机械波的形成
机械振动在　　中传播，形成了机械波.
传播
相互作用
介质
4.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与波源起振方向相同.
波源
介质
质点间的相互作用
前一质点带动后一质点
以振动的形式向外传播　
机械波
(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.
(5)波是传递　　的一种方式.
(6)波可以传递　　.
3.振动和波动的联系
(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，有振动不一定有波动.
(2)波动中各质点振动的性质、频率和振幅与波源相同.
能量
信息
例1　如图所示，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.问：
(1)t＝ 时，质点6、10、14的运动状态(是否运动、运动方向)如何？
答案　见解析
解析　各质点在t＝ 时的情况如图甲所示：
由图甲可知，t＝ 时，质点6未达到波峰，正在向上运动，质点10、14未运动.
(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　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.
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”.
归纳总结
针对训练1　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，下列说法中正确的是
A.每个质点均在其平衡位置附近自由振动
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
√
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，B错误；
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，所受合力不为零，故每个质点的机械能并不守恒，A、D错误.
例2　关于振动和波的关系，下列说法正确的是
①振动是波的成因，波是振动的传播
②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
③波的传播速度就是质点振动的速度
④波源停止振动时，波立即停止传播
A.①③ B.①②
C.②③ D.①④
√
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相互作用，一个质点的振动带动相邻质点的振动并由近及远传播而形成波，①②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，③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，不会因波源停止振动而立即停止传播，④错误，故选B.
二、横波和纵波
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？
答案　相互垂直
(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？
答案　在同一条直线上
横波和纵波的比较
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　　的波 (1)波峰：凸起的_______ (2)波谷：凹下的_______
纵波 质点的振动方向与波的传播方向在__________ 的波 (1)密部：质点分布____ 的位置 (2)疏部：质点分布____ 的位置
垂直
同一直线上
最高处
最低处
最密
最疏
名称 项目 横波 纵波
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
注意：水波既不是横波也不是纵波，它属于比较复杂的机械波.
例3　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
√
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.
“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.
图6
例4　如图所示是一列水平向右传播的横波，请标出这列波中a、b、c、d、…、h等质点在这一时刻的速度方向.
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，如图所示.
针对训练2　如图所示，一列绳波沿着绳由左向右传播，A是波源，t时刻，波刚传到B点.下列说法正确的是
A.质点C在t时刻的振动方向向下
B.质点D的起振方向与A相反
C.质点B在t时刻的振动方向向下
D.波源A开始振动时振动方向向上
√
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SUITANGYANLIAN　 ZHUDIANLUOSHI
课堂练习
1.(波的形成)如图所示为某绳波形成过程的示意图，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，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.t＝0时，质点1开始竖直向上运动，经过四分之一周期，质点5开始运动.下列判断正确的是
1
2
3
4
√
2.(波的特点)关于波的形成和特点，下列说法正确的是
A.随着波的传播，介质中各质点都在沿波的传播方向运动
B.随着波的传播，介质中的各质点也将由近及远地迁移出去
C.传播波的过程中相邻各质点间必有相互作用力
D.某一横波在介质中沿水平方向传播，介质中的质点必沿竖直方向上下
　振动
1
2
3
4
√
解析　随着波的传播，介质中各质点都在各自的平衡位置附近来回振动，不随波迁移，故A、B错误；
波源的振动使质点一个个被带动，且与波源振动形式相同，且总滞后于前一个质点，可知各质点间有力的作用，故C正确；
某一横波在介质中沿水平方向传播，介质中的质点的振动方向与波的传播方向垂直，但不一定沿竖直方向，故D错误.
1
2
3
4
3.(横波和纵波)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纵波
B.质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波叫横波
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
√
1
2
3
4
1
2
3
4
解析　质点的振动方向和波的传播方向垂直的波叫横波，A错误；
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，B错误；
横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部，C正确；
地震波有横波也有纵波，空气中的声波是纵波，D错误.
4.(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
1
2
3
4
√
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.
1
2
3
4
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