1、 选修34第十二章机械波1波的形成和传播(教师用书独具)课程要求 1 .理解什么是机械波，知道直线上波的形成过程 2 .知道什么是横波、波峰和波谷 3 .知道什么是纵波、密部和疏部课标解读 1 .知道直线上波的形成过程 2 .理解什么是机械波，确认波是传播振动形式及传递能量和信息的一种方式 3 .知道机械波的形成等 4 .知道横波和纵波的区别教学地位本节以振动为基础，讲述波的形成和传播，是波动的基础知识，高考也常考查波的传播特性(教师用书独具)新课导入建议如图教1211所示，将一支燃烧的蜡烛放在音响喇叭的纸盆前，让音响播放音乐，开大音量，蜡烛的火焰会随着音乐来回摆动，就像在跳舞一样你知道这是为
2、什么吗？通过本节的学习，将会明白其中的奥秘会跳舞的火焰图教1211教学流程设计步骤8：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】课标解读重点难点1.知道直线上波的形成过程.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.1.波的形成过程(重点)2.波的传播特性(重点)3.质点振动和波传播关系的理解(难点)波的形成与传播 1 .基本知识(1)波的形成当手握绳端上下振动时，绳端带动相邻质点，使它也上下振动这个质点又带动更远一些的质点绳上的质点都很快跟着振动起来，只是后面的质点总比前面的质
3、点迟一些开始振动，这样在整个绳子上就形成了凸凹相间的波(2)介质定义：波借以传播的物质特点：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(3)机械波形成：机械振动在介质中传播，形成机械波产生条件a要有波源b要有传播振动的介质特点a介质中有机械波传播时，介质本身并不随波一起传播，因此说它传播的只是振动这种运动形式b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c我们能用语言进行交流，说明波可以传播信息d介质中质点开始振动的方向均与波源开始振动的方向相同 2 .思考判断(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中，所有质点同时运动
4、，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() 3 .探究交流绳波在传播时，绳子上的各质点是否随波发生迁移？【提示】(1)绳子上的各质点仅在平衡位置附近上下振动，并不能随波迁移(2)在波向外传播时，传播出去的是振动的形式，携带出去的是能量和信息横波和纵波 1 .基本知识机械波可分为横波和纵波，两类波的比较如下表.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声波是纵波，它不仅能在空
5、气中传播，也能在固体、液体中传播 2 .思考判断(1)质点的振动方向与波的传播方向垂直的波都是横波()(2)地震波既有横波，又有纵波()(3)纵波也有波峰和波谷() 3 .探究交流波形成的两个条件是波源和介质，有同学认为，“如果波源停止振动了，介质中的波也会立即停止”，这种说法对不对？【提示】不对虽然波源停止振动了，但波(也就是振动的形式和能量)还是可以继续向前传播的，即波可以离开波源而独立向前传播机械波的形成和特点【问题导思】 1 .波在传播中质点随波一起向前运动吗？ 2 .传播波的质点做什么振动？其周期有什么特点？ 3 .各质点的起振方向有什么关系？ 1. 机械波的形成 2. 波的特点(1
6、)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)立场：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)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 1 .波源和介质是形成机械波的必需条件，二者缺一不可有振动不一定有机械波，有机械波一定有振动 2 .机械波在介质中传播时，介质中的各点不随波向前迁移，只在各自平衡位置附近做往复运动图1211甲中有一条均匀的绳，1、2、3、4是绳上一系列等间距的点现有一列简谐横波沿此绳传播某时刻
7、，绳上9、10、11、12四点的位置和运动方向如图乙所示(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在图丙中画出再经过周期时的波形图图1211【审题指导】(1)可先画出经过周期时9、10、11、12的位置(2)然后再根据振动和波动的关系，在丙上画出再经过周期时的波形图【解析】从题中图乙可以看出，在图乙所示的时刻，该均匀绳上点9达到最大位移时，点12正通过平衡位置向上运动，因而由图乙中点9、10、11、12所在位置点连成的那段曲线代表在该均匀绳上传播的简谐横波在图乙所示时刻的四分之一波形图由这段波形可以画出在该均匀绳上传播的简谐横波在图乙所示时刻的从点0到点
8、12的波形图由图乙中表示的波形图和点9、10、11、12四个点的运动方向，可以判断出在均匀绳上传播的简谐横波是向右传播的由于介质中质点都在各自的平衡位置附近往复运动，所以再经过周期，点9在平衡位置，而点12到达负的最大位移处由此可得出点9到点12间的波形由这段波形也就知道了这一时刻整条绳上的波形如图丙所示【答案】见解析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，即先振动的质点带动后振动的质点；后振动的质点重复前面质点的振动；后面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”图1212 1 .如图1212所示为波源开始振动后经过一个周
9、期的波形图，设介质中质点振动周期为T，下列说法正确的是()A若M质点为波源，则M质点开始振动时方向向下B若M质点为波源，则P质点已经振动了TC若N质点为波源，则P质点已经振动了TD若N质点为波源，则该时刻P质点动能最大【解析】若M质点为波源，相当于M质点追随它左边的质点，又因为是经过一个周期的波形，此时M质点的振动方向向上，即为开始振动的方向振动刚刚传到N点，P点已振动了T.若N为波源，则开始振动的方向向下，P点已振动了T，又因为P点离平衡位置最远，此时速度为零，动能最小，故正确答案为C.【答案】C横波和纵波的区别【问题导思】 1 .横波和纵波在固体、液体和气体中都能传播吗？ 2 .你能举例说
10、明日常生活中所见的横波和纵波吗？横波和纵波的比较 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 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(2013湘潭检测)区分横波和纵波的依据是()A质点沿水平方向还是沿竖直方向振动B波沿水平方向还是沿竖直方向传播C质点的振动方向和波的传播方向是相互垂直还是在一
11、条直线上D质点振动的快慢【审题指导】根据质点的振动方向与波的传播方向之间关系判断【解析】如果取一根弹簧竖直放置，下端固定，手持上端上下振动，就可以形成一列纵波向下传播，此时介质中质点在竖直方向上振动横波与纵波在教材中唯一一个分类的标准是看质点振动方向和波传播方向的关系，若互相垂直，为横波，若在一条直线上，为纵波，因此只有选项C正确【答案】C 2 .下列关于横波与纵波的说法中，正确的是()A声波一定是纵波B水波一定是横波C地震波既有横波，也有纵波D纵波中的质点要随波迁移，横波中的质点不随波迁移【解析】声波可以在空气中传播，也可以在液体和固体中传播，空气中的声波一定是纵波，而液体、固体中的声波既可
12、能是纵波，也可能是横波，故A错；水波既不是横波，也不是纵波，它的运动形式比较复杂，故B错；地震波既有横波，也有纵波，故发生地震时，地面既有上下振动，也有左右振动，C正确；无论是横波，还是纵波，介质中的质点都不随波发生迁移，故D错【答案】C振动和波动的区别和联系【问题导思】 1 .振动和波动各是怎样形成的？ 2 .在振动和波动过程中，能量的变化情况如何？ 3 .振动和波动有什么联系？振动和波动的比较振动波动运动现象振动是单个质点所表现出的周而复始的运动现象波动是质点群联合起来表现出的周而复始的运动现象运动成因质点由于某种原因离开平衡位置，同时受到指向平衡位置的力回复力的作用介质中质点受到相邻质点
13、的带动而随着运动，并将振动形式由近及远传播出去，各质点间存在相互作用的力能量变化振动系统的动能与势能相互转化，动能最大时势能为零，势能最大时动能为零，总的机械能守恒振源将机械能传递给它相邻的质点，这个质点再将能量传递给下一个质点，当波源停止振动时，各个质点的振动也会相继停下来联系1.振动是波的起因，波是振动的传播2.有波动一定有振动，有振动不一定有波动3.波动的周期等于质点振动的周期波动和振动都是周期性的运动就整个物体来看，所呈现的现象是波动；而就构成物体的单个质点来看，所呈现的现象是振动因此，可以说振动是波动的成因，波动是振动在时间和空间上的延伸图1213一列横波沿绳子向右传播，传播过程无能
14、量损失，某时刻绳子形成如图1213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【审题指导】根据波传播的特点、波动和振动的关系、分析判断【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
15、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【答案】AD解答这类题目的关键点 1 .波在传播过程中，质点只在其平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移 2 .根据质点做简谐运动的特点确定质点的位置和速度方向图1214 3 .如图1214所示为一列简谐横波在某一时刻的波形图，此时刻质点F的运动方向如图所示，则()A该波向左传播B质点B和D的运动方向相同C质点C比质点B先回到平衡位置D此时质点F和H的加速度相同【解析】该题考查质点振动方向和波传播方向的关系已知质点F
16、向下振动，下一时刻将到达波谷，即是由相邻波谷传来的，由此可知波的传播方向向左因此质点D、E的运动方向也向下，质点A、B、H的运动方向则向上质点F、H相对各自平衡位置的位移相同，由简谐运动的运动学公式akx/m可知两质点的加速度相同因质点C直接从最大位移处回到平衡位置，即tC，而质点B要先运动到最大位移处，再回到平衡位置，故tBtC.【答案】ACD 1. 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】两宇航员
17、面对面讲话却无法听到，说明声波有振源却传播不出去，即缺乏声波传播的另一条件，没有介质，故B选项正确【答案】B 2. (2013宁波检测)关于机械波的形成，下列说法中正确的是()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参与振动的质点群有相同的频率D机械波是质点随波迁移，也是振动能量的传递【解析】机械波的形成必须具备的两个条件：振源和介质只有物体做机械振动，而其周围没有传播这种振动的介质，远处的质点不可能振动起来形成机械波，故A选项错误；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，将振动传播开来，所以后一质点总是落后前一质点，但振动频
18、率相同，故B、C选项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，离振源远处的质点振动的能量，是通过各质点的传递从振源获得的，故D选项不正确【答案】BC 3. 机械波传播的是()A介质中的质点B质点的运动形式C能量 D信息【解析】由波的传播特点，可知B、C、D正确【答案】BCD 4. 在机械波中有()A各质点都在各自的平衡位置附近振动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振动，后一质点的振动必定落后于前一质点D各质点随波的传播而迁移【解析】机械波在传播时，介质中的各质点在波源的带动下都在各自的平衡位置附近振动，并没有随波的传播而发生迁移在相邻质点间的
19、作用力下，前一质点带动后一质点振动，故A、B、C正确，D错误【答案】ABC 1 .关于振动和波的关系，下列说法正确的是()A有机械振动，一定有机械波B有机械波，一定有机械振动C波源停止振动，介质中的波立即停止D振动是变速的，波动是匀速的【解析】形成波的条件是既要有振源，又要有介质，所以有机械波必有机械振动，而有振动，在无介质的情况下，不能产生机械波，故A错误，B正确在介质中，正在传播的波独立于波源，即已经形成的波跟形成该波后波源的振动无关，在波源停止振动时，波仍将继续向外传播而不会停止，故C错误；波只有在同种均匀介质中才会匀速传播，而D选项并没有表明具备这一必要条件，故D错误【答案】B 2 .
20、(2013太原检测)在平静的湖面上漂着一块小木条，现向湖中央扔一石子，圆形波纹一圈圈地向外传播，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】介质中有机械波传播时，介质中质点本身并不随波一起传播，介质中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，D正确【答案】D 3 .下列选项中正确的是()A在真空中，单凭耳朵就能听到歌唱家美妙的声音B只要有机械波发出，一定能找到产生机械波的波源C某空间找不到机械波，在这一空间一定找不到波源D“一石激起千层
21、浪”，把小石子扔进平静的湖面，能激起无穷无尽的连续水波【解析】机械波的产生应满足两个条件，一是波源，二是介质，二者缺一不可，故A错误；有波源未必有波动，但有波动一定有波源，故B正确，C错误；波可以传递能量，水波在传递能量的过程有损失，故水波要消失，D错误【答案】B 4. 以下对机械波的认识正确的是()A形成机械波一定要有波源和介质B振源做简谐运动形成的波中，各质点的运动情况完全相同C横波向右传播时，处于波峰的质点也向右迁移D机械波向右传播时，右方的质点比左方的质点早一些振动【解析】波源和介质是形成机械波的两个必不可少的条件，故A正确；简谐运动在介质中传播时，介质中各质点都做简谐运动，沿波的传播
22、方向上，后面的质点比前面的质点总要晚一些开始振动，但质点本身并不随波的传播而发生迁移，而且各质点的振动步调不一致，故B、C、D都错【答案】A 5. 在机械波传播的某一方向上，关于振动方向和波的传播方向，下列说法正确的是()A横波中两者方向有时相同B横波中两者方向一定不同C纵波中两者方向有时相同D纵波中两者方向一定相同【解析】在机械波传播的某一方向上，横波的传播方向和振动方向垂直，故两者方向一定不同，而纵波的传播方向和振动方向在同一直线上，故有时两者相同，有时相反【答案】BC 6. (2012连云港高二检测)如图1215是一列沿着绳向右传播的绳波波形，此时波刚传到B点，由图可判断波源A点开始的振
23、动方向是()图1215A向左B向右C向下 D向上【解析】由于波刚刚传到B点，所以B点此时的振动方向就是波源的起振方向，由图根据波的传播与质点振动的关系可以知道，B质点此时正向上振动，所以波源A质点刚开始的振动方向向上，选项D正确【答案】D图1216 7. 一列横波某时刻的波形如图1216所示，则关于质点A的受力下列说法中正确的是()A如果波向右传播，则质点A受到向上的作用力B如果波向右传播，则质点A受到向下的作用力C如果波向左传播，则质点A受到向上的作用力D如果波向左传播，则质点A受到向下的作用力【解析】无论波向左传播还是向右传播，回复力始终指向平衡位置，质点A的受力方向始终向下，故B、D正确
24、【答案】BD 8 .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离波源较远的质点先停止振动较近的各质点稍后停止振动【解析】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【答案】C 9 .(2013成都质检)一列简谐横波在x轴上传播，某时刻的波形图如图1217所示，a、b、c为三个质元，a正向上运动由此可见()图1217A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【
25、解析】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【答案】AC 10 .一列沿x轴正方向传播的简谐横波，某时刻的波形如图1218所示P为介质中的一个质点，从该时刻开始的一段极短时间内，P的速度v和加速度a的大小变化情况是()图1218Av变小，a变大 Bv变小，a变小Cv变大，a变
26、大 Dv变大，a变小【解析】本题考查波动与质点振动方向之间的关系，突破点是在波传播过程中，介质质点围绕各自的平衡位置振动由题图知波传播方向沿x轴正方向，根据质点振动方向与波的传播方向的关系可知质点P的速度方向在该时刻开始的一段极短时间内沿y轴正方向，即向该质点的平衡位置运动，因此P质点速度增大；质点P做简谐运动，向平衡位置运动，距离平衡位置的位移减小，所受回复力减小，因此加速度a减小，即v变大，a减小，故只有选项D正确【答案】D图1219 11. 2011年3月11日，日本发生9.0级大地震，并引发了海啸，造成了重大人员伤亡此次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
27、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1219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()AP先开始振动，震源距地震仪约36 kmBP先开始振动，震源距地震仪约25 kmCH先开始振动，震源距地震仪约36 kmDH先开始振动，震源距地震仪约25 km【解析】纵波比横波传得快，P先开始振动，设震源与地震仪相距为x，则5 s，解得x36 km/s.【答案】A 12 .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，图12110中甲为t0时刻各点所处的位置，乙为t时刻的波形图(T为波的周期)在丙中画出t时刻的波形图图12110【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，时间依次滞后，从波形图上看出，在tT/4时刻第4个质点才开始振动，则在t3T/4时刻第10个质点刚开始振动，此时第4个质点已振动了T/2的时间回到了自己的平衡位置，第1个质点到达下方最大位移处，新的波形如图所示【答案】见解析
