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1　波的形成
[定位·学习目标]　1.通过实例观察,认识波是振动的传播,知道波在传播振动形式的同时也传递能量和信息。2.通过实物演示、计算机模拟等方法建立机械波传播模型,能够区分横波和纵波,并会构建横波和纵波的波形,培养科学思维能力。3.通过探究认识“波”与“振动”的区别,培养学生观察、分析、归纳的能力。
知识点一　波的形成
探究新知
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。
(2)当手握绳端上下振动时,绳端带动相邻的质点,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迟一些开始振动。
正误辨析
(1)质点的振动位置不断转换即形成波。(　×　)
(2)在绳波的形成和传播过程中,所有质点的运动是近似的匀速直线运动。(　×　)
(3)在绳波的形成和传播过程中,所有质点同时运动,同时停止运动。(　×　)
(4)在波的形成过程中,前面的质点带动后面的质点振动,后面的质点重复前面质点的振动。(　√　)
知识点二　横波和纵波
探究新知
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
正误辨析
(1)在水平方向传播的波为横波。(　×　)
(2)纵波指的是质点的振动方向和波的传播方向垂直的波。(　×　)
(3)横波中分密部和疏部,纵波中分波峰和波谷。(　×　)
知识点三　机械波
探究新知
1.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。
2.机械波
机械振动在介质中传播,形成了机械波。
3.机械波的特点
(1)介质中有机械波传播时,介质本身并不随波一起传播,因此它传播的只是振动这种运动形式。
(2)介质中本来静止的质点,随着波的传来而发生振动,可见波是传递能量的一种方式。
(3)我们能用语言进行交流,说明波可以传递信息。
正误辨析
(1)做机械振动的物体,一定能产生机械波。(　×　)
(2)机械波中各质点不随波迁移。(　√　)
(3)波在传播振动这种运动形式的同时,也可将信息传递出去。(　√　)
要点一　波的形成及特点
情境探究
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,从左边第一名表演者开始,手持扇子周期性地下蹲、起立,旁边的表演者重复他的动作,只是后边的一名总比前边的一名稍迟一点,这样就会看到上下起伏的扇子形成的波沿着队伍传播开来,形成优美的波浪造型。
根据以上情境探究以下问题。
探究:(1)要形成“扇子波浪”,是否需要一名表演者手持扇子先振动起来
(2)后一名表演者与前一名表演者相比,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
【答案】 (1)需要有一名表演者手持扇子先振动起来。
(2)前一名表演者带动后一名表演者运动,都同样振动,但后一名表演者比前一名表演者节奏稍迟。
(3)没有,扇子只是上下振动。
要点归纳
1.机械波的形成
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。
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。
典例研习
[例1] (波的形成和传播)(2024·江苏无锡期末)如图所示为某列波形成过程图示,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做简谐运动,其余质点在相互作用力的带动下依次振动,从而形成波,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,每个质点均做简谐运动
[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]绳上的不同质点开始振动时的方向是不同的
[D]波沿绳方向匀速传播,故每个质点的动能保持不变
【答案】 A
【解析】 质点1带动质点2是利用绳上质点间的弹力实现的,每个质点均做简谐运动,由题图可知绳上的每一个质点开始振动时,方向都向上,故A正确,C错误;质点只能在平衡位置附近振动,不能沿绳运动,故B错误;每个质点振动时速度发生变化,则动能变化,故D错误。
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”。
[例2] (机械波及其特点)(多选)关于机械波,下列说法正确的是(　　)
[A]物体做机械振动,一定产生机械波
[B]后振动的质点总是跟着先振动的质点重复振动,只是时间落后一步
[C]参与振动的质点都有相同的频率
[D]机械波是介质的随波迁移,也是振动能量的传递
[思路引导] (1)知道机械波的产生条件。
(2)明确机械波传播过程中各质点的振动情况。
【答案】 BC
【解析】 机械波的形成必须具备两个条件,波源和介质,只有做机械振动的波源,而其周围没有传播这种振动的介质,则远处介质的质点不可能振动起来而形成机械波,故A错误;任何一个振动的质点都是一个波源,带动它周围的质点振动,将振动形式传播开来,所以后一质点总是落后,但振动频率相同,故B、C正确;形成机械波的各振动质点只在平衡位置附近往复运动,并没有随波迁移,离波源远的质点振动的能量是通过各质点的传递从波源获得的,故D错误。
要点二　横波和纵波
情境探究
1.绳波中各质点的振动方向和波的传播方向间有怎样的关系 这种波叫什么
【答案】 参与振动的质点的振动方向与波的传播方向相互垂直;横波。
2.观察教材“演示”中推拉弹簧形成的波,这种波在传播的过程中各质点的振动方向和波的传播方向间有怎样的关系 这种波叫什么
【答案】 质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上;纵波。
3.阅读教材,发声体振动时在空气中产生的声波是横波还是纵波
【答案】 纵波。
要点归纳
1.横波与纵波的比较
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在同一直线上
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.特别提醒
(1)绳波和声波分别是典型的横波和纵波,水波是比较复杂的机械波,不是横波。
(2)在纵波中各质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上,而不是方向相同。
(3)横波和纵波的分类依据是:波的传播方向和质点振动方向的关系。
典例研习
[例3] 有关纵波与横波,下列说法正确的是(　　)
[A]振源上下振动形成的波是横波
[B]振源水平振动形成的波是纵波
[C]波沿水平方向传播,质点上下振动,这类波是纵波
[D]质点沿水平方向振动,波沿水平方向传播,并且质点的振动方向与波的传播方向平行,这类波是纵波
【答案】 D
【解析】 不论振源是沿水平方向振动,还是沿竖直方向振动,只要振动方向与波的传播方向垂直,则为横波;若振动方向与波的传播方向在同一条直线上,则为纵波。A、B、C错误,D正确。
要点三　质点振动方向的判定
要点归纳
　“带动法”分析各个质点的振动方向
(1)原理:在波的传播中,靠近波源的质点带动后面的质点运动,离波源远的质点追随离波源近的质点。
(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,如图所示。
典例研习
[例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
【答案】 D
【解析】 由“带动法”知,该时刻质点a正向上运动,质点b向下运动,A、B错误;此时质点a、b都处于平衡位置,振动速率最大,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,因此振动周期相等,D正确。
振动与波动的比较
核心归纳
项目 振动 波动
运动 现象 振动是单个物体所表现出的周而复始的运动现象 波动是大量质点受到扰动时,从扰动中心传播开来的周而复始的运动现象
运动 成因 物体由于某种原因离开平衡位置,同时受到指向平衡位置的回复力作用 介质中质点受到相邻质点的扰动而随着运动,并由近及远地传播出去,且各部分都受到指向原平衡位置的力的作用
运动 性质 变加速运动 在均匀介质中匀速向前传播
能量 变化 动能与势能相互转化,如果是简谐运动,机械能保持不变 波的传播过程是能量传递的过程,当波源停止振动不再向外传递能量时,各个质点的振动也会相继停下来
典例研习
[例题] (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]从此时算起,质点B比C先回到平衡位置
[D]从此时算起,质点E比F先到达波峰
【答案】 ACD
【解析】 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。由于此时B、C两质点都向上运动,质点B比C先到达最大位移处,故质点B比C先回到平衡位置,选项C正确,同理知选项D正确。
1.如图所示是运动会上的团体操表演,一组表演者手挽手排成几行,从左边第一名表演者开始,周期性地下蹲、起立,依次带动旁边的表演者重复他的动作,呈现类似波浪的效果。则下列说法正确的是(　　)
[A]“人浪”是纵波
[B]“人浪”传播的是“下蹲、起立”这种运动形式
[C]当“人浪”向右传播时,表演者随“人浪”向右移动
[D]表演者“下蹲、起立”的动作越频繁,“人浪”传播的速度一定越快
【答案】 B
【解析】 振动方向与传播方向垂直,则“人浪”是横波,A错误;“人浪”只传播运动形式,表演者不会随“人浪”向右移动,B正确,C错误;“人浪”传播的速度与介质有关,与“下蹲、起立”动作的频繁程度无关,D错误。
2.(多选)(2024·云南昆明阶段练习)关于机械振动和机械波,下列说法正确的是(　　)
[A]机械波的传播是大量介质质点依次重复波源振动的过程
[B]单个物体的振动在介质中不会产生波
[C]在波的传播过程中,介质质点由近及远地传播
[D]在波的传播过程中,介质质点均做受迫振动
【答案】 AD
【解析】 机械波是机械振动在介质中的传播,大量介质质点依次重复波源振动,故A正确;单个物体可以作为波源,在介质中会产生机械波,故B错误;在波的传播过程中,介质质点只振动不随波迁移,传播的是“振动”的运动形式,故C错误;在波的传播过程中,介质质点均做受迫振动,故D正确。
3.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,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=时的波形图如图甲所示,
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)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。
课时作业
(分值:60分)
考点一　波的形成及特点
1.(4分)如图所示是以质点P为波源的机械波沿着一条固定的轻绳刚传播到质点Q的图形,则关于质点P刚开始振动时的方向,下列判断正确的是(　　)
[A]向上 [B]向下
[C]向左 [D]向右
【答案】 A
【解析】 由于波源带动后面的质点依次振动,后面的质点总是重复前面质点的运动形式,根据波向左传播可判断质点Q的起振方向向上,故质点P的起振方向也向上,故A正确。
2.(4分)一个小石子投向平静的湖面中心,会激起一圈圈波纹向外传播,如果此时水面上有一片树叶(如图),下列对树叶运动情况的叙述正确的是(　　)
[A]树叶慢慢向湖心运动
[B]树叶慢慢向湖岸漂去
[C]在原处上下振动
[D]沿着波纹做圆周运动
【答案】 C
【解析】 由于波在传播过程中,只传递振动能量和波源所发出的信息,而各质点不随波迁移,只在各自的位置附近做振动,故选C。
3.(4分)(2024·四川成都期中)关于振动和波的关系,下列说法正确的是(　　)
[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
【答案】 D
【解析】 机械波的形成条件:①波源,②介质,故物体做机械振动,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,A、C错误。如果波源停止振动,在介质中传播的波动会继续向前传播,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。
4.(6分)(多选)一列机械波在x轴上传播,某时刻的波形如图所示,a、b、c为三个质点,a正向上运动。由此可知(　　)
[A]该波沿x轴正方向传播
[B]c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先到达距离平衡位置最远处
【答案】 AC
【解析】 a点此时刻向上振动,由带动法可知该波沿x轴正方向传播,所以选项A正确;由波的传播方向可判定b点此时向上振动,而c点此时向下振动,故b比c先到达平衡位置,c先到达距离平衡位置最远处,所以选项C正确,B、D错误。
考点二　横波和纵波
5.(4分)下列有关纵波与横波的说法正确的是(　　)
[A]对于纵波,质点的振动方向与波的传播方向一定相同
[B]对于横波,质点振动方向与波的传播方向垂直
[C]纵波的相邻质点间要相互做功,而横波不用
[D]纵波只能在液体、气体中传播
【答案】 B
【解析】 纵波中质点振动方向与波的传播方向在一条直线上,但不一定相同,故A错误;横波中质点振动方向与波的传播方向垂直,故B正确;机械波传播过程中,前面质点要带动后面相邻质点一起振动,则相邻质点间要相互做功,故C错误;纵波可在固体、液体和气体中传播,故D错误。
6.(6分)(多选)(2024·河北唐山期中)关于机械波,下列说法正确的是(　　)
[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]横波、纵波可能沿同一方向传播
[C]机械波在真空中也能传播
[D]机械波中除波源外各质点均做自由振动
【答案】 AB
【解析】 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,如地震波,故A正确;虽然横波、纵波的振动方向与波的传播方向的关系不同,但横波、纵波可能沿同一方向传播,故B正确;机械波的传播条件为:①有传播介质,②有发生振动的振源,故C错误;机械波中除波源外各质点由于相邻质点的带动,其振动属于受迫振动,D错误。
考点三　“带动法”判断质点振动方向
7.(4分)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,下列四幅图像中能表示P点振动图像的是(　　)
[A] [B]
[C] [D]
【答案】 A
【解析】 由细绳上形成的波形可知,波向右传播,由“带动法”知开始计时时P点在平衡位置且将向下振动,故A正确。
8.(4分)(2024·山西太原期末)体操彩带由短杆和一定长度的彩带组成。运动员周期性地上下抖动短杆,彩带上形成简谐波,某一时刻彩带的形状如图所示。彩带重力不计,下列选项正确的是(　　)
[A]图中彩带上的质点a正在向下运动
[B]彩带上的质点b向右移动,把能量传递给质点a
[C]短杆与彩带的接触点在竖直方向做匀速运动
[D]由于短杆在竖直方向振动,所以该机械波为纵波
【答案】 A
【解析】 题图中波向右传播,根据“带动法”可知,彩带上的质点a正在向下运动,A正确;机械波传播过程中,质点只在自己平衡位置附近振动,而不随波迁移,B错误;短杆与彩带的接触点在竖直方向做简谐振动,C错误;由于短杆在竖直方向振动,波向右传播,波源振动方向与传播方向垂直,所以该机械波为横波,D错误。
9.(6分)(多选)(2024·云南曲靖模拟)蜻蜓在水中“点水”激起的波纹,俗称“蜻蜓点水”,一只蜻蜓在平静的水面上匀速飞行时,连续两次点水后在水面上激起的波纹,俯视看其形状如图所示,由图可分析出(　　)
[A]蜻蜓是向左飞行的
[B]蜻蜓是向右飞行的
[C]蜻蜓飞行速度比水波传播的速度小
[D]蜻蜓飞行速度比水波传播的速度大
【答案】 BD
【解析】 根据题图所示,蜻蜓连续两次点水过程中激起的波纹,圆圈越小,则时间越短,所以飞行方向为从大圆到小圆,即蜻蜓的飞行方向向右,故A错误,B正确;若蜻蜓飞行的速度和水波的速度相同,那么蜻蜓的每一次点水的时候都会是在上一个水波的边线上,第二次点水后的两个水面波纹圆内切;然而题图中O2到O1圆圈边线距离小于O2半径,说明水波O2运动了一段时间,O1水波才到O2圆心,则说明蜻蜓飞行的速度比水波的速度大,故C错误,D正确。
10.(4分)(2024·山东淄博期末)已知地震波分三种:横波(S波),波速vS=4.5 km/s;纵波(P波),波速vP=9 km/s;面波(L波),是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波,波速vL[A]地震发生时最先明显振动的是单摆A
[B]地震曲线中a为横波(S波)
[C]地震曲线中c为面波(L波)
[D]若在地震曲线上测得纵波(P波)与横波(S波)的时间差为6 s,则地震观测台距震源约
40 km
【答案】 C
【解析】 纵波的速度最快,所以纵波最先到达,在地震发生时最先剧烈振动的是弹簧振子B,故A错误;由题意可知,纵波的速度最快,横波次之,面波速度最小,故a为P波,b为S波,c为L波,故B错误,C正确;根据-=6 s,可以求出地震台距震源的距离x=54 km,故D错误。
11.(14分)如图所示,在图a中有一条均匀的绳,1、2、3、4、…是绳上一系列等间隔的点,现有一列简谐横波沿此绳传播。某时刻,绳上9、10、11、12四点的位置和运动方向如图b所示(其他点的运动情况未画出),其中点12的位移为零,向上运动,点9的位移达到最大值。试分析说明并在图c中画出再经过个周期时点3、4、5、6的位置和速度方向(图c的横坐标与图a、图b完全相同)。
【答案】 见解析
【解析】 若波自左向右传播,当点9到达最高点时,点10被带动向上,同理,点11、12也被带动向上振动。根据题图b画出的9、10、11、12四个点的位置和速度方向,可以确定这列波是从左向右传播的,并且波从9号质点传到12号质点的时间是个周期,据此可画出此时3、4、5、6四个点的位置和运动方向,如图甲所示,点6在平衡位置,且向下运动,点3在最低点。再过个周期,3、4、5、6四个点将在原来的位置基础上再经历次全振动,点6到达最高点,点3恰好位于平衡位置并向下运动,因此点3、4、5、6的位置和速度方向如图乙所示。(共46张PPT)
1　波的形成
第三章　机械波
[定位·学习目标]　
1.通过实例观察,认识波是振动的传播,知道波在传播振动形式的同时也传递能量和信息。2.通过实物演示、计算机模拟等方法建立机械波传播模型,能够区分横波和纵波,并会构建横波和纵波的波形,培养科学思维能力。3.通过探究认识“波”与“振动”的区别,培养学生观察、分析、归纳的能力。
探究·必备知识
知识点一　波的形成
「探究新知」
1.波:振动的 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 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,绳端带动 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 开始振动。
传播
相连
弹性力
相邻
迟一些
正误辨析
(1)质点的振动位置不断转换即形成波。(　 　)
(2)在绳波的形成和传播过程中,所有质点的运动是近似的匀速直线运动。
(　 　)
(3)在绳波的形成和传播过程中,所有质点同时运动,同时停止运动。(　 　)
(4)在波的形成过程中,前面的质点带动后面的质点振动,后面的质点重复前面质点的振动。(　 　)
×
×
×
√
知识点二　横波和纵波
「探究新知」
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 的波 (1)波峰:凸起的 处。 (2)波谷:凹下的 处
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
最高
最低
同一直线上
最密
最疏
正误辨析
(1)在水平方向传播的波为横波。(　 　)
(2)纵波指的是质点的振动方向和波的传播方向垂直的波。(　 　)
(3)横波中分密部和疏部,纵波中分波峰和波谷。(　 　)
×
×
×
知识点三　机械波
「探究新知」
1.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。
2.机械波
机械振动在 中传播,形成了机械波。
传播
相互作用
介质
3.机械波的特点
(1)介质中有机械波传播时,介质本身并不随波一起传播,因此它传播的只是 这种运动形式。
(2)介质中本来静止的质点,随着波的传来而发生振动,可见波是传递
的一种方式。
(3)我们能用语言进行交流,说明波可以 。
振动
能量
传递信息
正误辨析
(1)做机械振动的物体,一定能产生机械波。(　 　)
(2)机械波中各质点不随波迁移。(　 　)
(3)波在传播振动这种运动形式的同时,也可将信息传递出去。(　 　)
×
√
√
突破·关键能力
要点一　波的形成及特点
「情境探究」
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,从左边第一名表演者开始,手持扇子周期性地下蹲、起立,旁边的表演者重复他的动作,只是后边的一名总比前边的一名稍迟一点,这样就会看到上下起伏的扇子形成的波沿着队伍传播开来,形成优美的波浪造型。
根据以上情境探究以下问题。
探究:(1)要形成“扇子波浪”,是否需要一名表演者手持扇子先振动起来
(2)后一名表演者与前一名表演者相比,他们的运动有何异同
【答案】 (1)需要有一名表演者手持扇子先振动起来。
【答案】 (2)前一名表演者带动后一名表演者运动,都同样振动,但后一名表演者比前一名表演者节奏稍迟。
(3)“扇子波浪”沿水平方向传播,扇子随“扇子波浪”迁移了吗
【答案】 (3)没有,扇子只是上下振动。
1.机械波的形成
「要点归纳」
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。
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。
[例1] (波的形成和传播)(2024·江苏无锡期末)如图所示为某列波形成过程图示,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做简谐运动,其余质点在相互作用力的带动下依次振动,从而形成波,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,每个质点均做简谐运动
[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]绳上的不同质点开始振动时的方向是不同的
[D]波沿绳方向匀速传播,故每个质点的动能保持不变
「典例研习」
A
【解析】 质点1带动质点2是利用绳上质点间的弹力实现的,每个质点均做简谐运动,由题图可知绳上的每一个质点开始振动时,方向都向上,故A正确,C错误;质点只能在平衡位置附近振动,不能沿绳运动,故B错误;每个质点振动时速度发生变化,则动能变化,故D错误。
·规律方法·
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”。
[例2] (机械波及其特点)(多选)关于机械波,下列说法正确的是( 　　)
[A]物体做机械振动,一定产生机械波
[B]后振动的质点总是跟着先振动的质点重复振动,只是时间落后一步
[C]参与振动的质点都有相同的频率
[D]机械波是介质的随波迁移,也是振动能量的传递
BC
【解析】 机械波的形成必须具备两个条件,波源和介质,只有做机械振动的波源,而其周围没有传播这种振动的介质,则远处介质的质点不可能振动起来而形成机械波,故A错误;任何一个振动的质点都是一个波源,带动它周围的质点振动,将振动形式传播开来,所以后一质点总是落后,但振动频率相同,故B、C正确;形成机械波的各振动质点只在平衡位置附近往复运动,并没有随波迁移,离波源远的质点振动的能量是通过各质点的传递从波源获得的,故D错误。
[思路引导] (1)知道机械波的产生条件。
(2)明确机械波传播过程中各质点的振动情况。
要点二　横波和纵波
「情境探究」
1.绳波中各质点的振动方向和波的传播方向间有怎样的关系 这种波叫什么
【答案】 参与振动的质点的振动方向与波的传播方向相互垂直;横波。
2.观察教材“演示”中推拉弹簧形成的波,这种波在传播的过程中各质点的振动方向和波的传播方向间有怎样的关系 这种波叫什么
【答案】 质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上;纵波。
3.阅读教材,发声体振动时在空气中产生的声波是横波还是纵波
【答案】 纵波。
「要点归纳」
1.横波与纵波的比较
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在同一直线上
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.特别提醒
(1)绳波和声波分别是典型的横波和纵波,水波是比较复杂的机械波,不是横波。
(2)在纵波中各质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上,而不是方向相同。
(3)横波和纵波的分类依据是:波的传播方向和质点振动方向的关系。
[例3] 有关纵波与横波,下列说法正确的是(　　)
[A]振源上下振动形成的波是横波
[B]振源水平振动形成的波是纵波
[C]波沿水平方向传播,质点上下振动,这类波是纵波
[D]质点沿水平方向振动,波沿水平方向传播,并且质点的振动方向与波的传播方向平行,这类波是纵波
「典例研习」
D
【解析】 不论振源是沿水平方向振动,还是沿竖直方向振动,只要振动方向与波的传播方向垂直,则为横波;若振动方向与波的传播方向在同一条直线上,则为纵波。A、B、C错误,D正确。
要点三　质点振动方向的判定
「要点归纳」
“带动法”分析各个质点的振动方向
(1)原理:在波的传播中,靠近波源的质点带动后面的质点运动,离波源远的质点追随离波源近的质点。
(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,如图所示。
[例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
「典例研习」
D
【解析】 由“带动法”知,该时刻质点a正向上运动,质点b向下运动,A、B错误;此时质点a、b都处于平衡位置,振动速率最大,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,因此振动周期相等,D正确。
提升·核心素养
振动与波动的比较
「核心归纳」
项目 振动 波动
运动 现象 振动是单个物体所表现出的周而复始的运动现象 波动是大量质点受到扰动时,从扰动中心传播开来的周而复始的运动现象
运动 成因 物体由于某种原因离开平衡位置,同时受到指向平衡位置的回复力作用 介质中质点受到相邻质点的扰动而随着运动,并由近及远地传播出去,且各部分都受到指向原平衡位置的力的作用
运动 性质 变加速运动 在均匀介质中匀速向前传播
能量 变化 动能与势能相互转化,如果是简谐运动,机械能保持不变 波的传播过程是能量传递的过程,当波源停止振动不再向外传递能量时,各个质点的振动也会相继停下来
「典例研习」
[例题] (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]从此时算起,质点B比C先回到平衡位置
[D]从此时算起,质点E比F先到达波峰
ACD
【解析】 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。由于此时B、C两质点都向上运动,质点B比C先到达最大位移处,故质点B比C先回到平衡位置,选项C正确,同理知选项D正确。
检测·学习效果
1.如图所示是运动会上的团体操表演,一组表演者手挽手排成几行,从左边第一名表演者开始,周期性地下蹲、起立,依次带动旁边的表演者重复他的动作,呈现类似波浪的效果。则下列说法正确的是(　　)
[A]“人浪”是纵波
[B]“人浪”传播的是“下蹲、起立”这种运动形式
[C]当“人浪”向右传播时,表演者随“人浪”向右移动
[D]表演者“下蹲、起立”的动作越频繁,“人浪”传播的速度一定越快
B
【解析】 振动方向与传播方向垂直,则“人浪”是横波,A错误;“人浪”只传播运动形式,表演者不会随“人浪”向右移动,B正确,C错误;“人浪”传播的速度与介质有关,与“下蹲、起立”动作的频繁程度无关,D错误。
2.(多选)(2024·云南昆明阶段练习)关于机械振动和机械波,下列说法正确的是(　 　)
[A]机械波的传播是大量介质质点依次重复波源振动的过程
[B]单个物体的振动在介质中不会产生波
[C]在波的传播过程中,介质质点由近及远地传播
[D]在波的传播过程中,介质质点均做受迫振动
AD
【解析】 机械波是机械振动在介质中的传播,大量介质质点依次重复波源振动,故A正确;单个物体可以作为波源,在介质中会产生机械波,故B错误;在波的传播过程中,介质质点只振动不随波迁移,传播的是“振动”的运动形式,故C错误;在波的传播过程中,介质质点均做受迫振动,故D正确。
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