1、1波的形成 第三章 机械波 核心素养明目标核心素养学习目标 物理观念知道机械波、横波和纵波的概念，明确波峰、波谷、疏部和密部。科学思维通过实例观察知道机械波产生的条件及传播过程。科学探究借助对波的传播过程的探究，区分横波和纵波。科学态度与责任通过生活中的波动现象培养学生观察、分析、归纳的能力。自主预习探新知 NO.1知识点一 知识点二 知识点三 知识点一 波的形成1波：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质点，这些质点之间存在着的作用。振动相连弹性力(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。这个质点又更远一些
2、的质点绳上的质点都起来，只是后面的质点总比前面的质点迟一些开始振动。带动带动跟着振动1：思考辨析(正确的打，错误的打)(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，所有质点的运动是近似的匀速直线运动。()(3)如果波源停止振动，介质中的波也会立即停止。()知识点二 横波和纵波1横波与纵波的比较定 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相互的波波峰：凸起的波谷：凹下的垂直最高处最低处定 义标识性物理量实物波形 纵波质点的振动方向与波的传播方向的波密部：质点分布的部分疏部：质点分布的部分在同一直线上最密最疏2.声波发声体振动时在空气中产生的声波是，声波不仅
3、能在空气中传播，也能在固体、液体中传播。纵波 横波和纵波的分类依据是什么？提示：波的传播方向和质点振动方向的关系。2：思考辨析(正确的打，错误的打)(1)横波中质点的振动方向和波的传播方向垂直。()(2)纵波中质点随波向前迁移。()(3)横波在固体、液体、气体中都能传播，纵波只能在气体中传播。()知识点三 机械波1介质：借以传播的物质。2机械波的形成：在介质中传播，形成机械波。3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，因此说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。波机械振动振
4、动能量传递信息3：思考辨析(正确的打，错误的打)(1)振源做简谐运动形成的波中，各质点的运动情况完全相同。()(2)机械波向右传播时，右方的质点比左方的质点早一些振动。()(3)机械波的传播过程也是能量的传递过程。()合作探究提素养 NO.2考点1 考点2 考点 1 波的形成和传播如图所示，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？(2)当手停止抖动后，绳上的波会立即停止吗？提示：(1)没有，红色标记只在竖直方向上下振动。
5、(2)不会，当手停止抖动后，波仍向右传播。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)立场：各质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波迁移，且起振方向与波源的起振方向相同。(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。【典例 1】如图所示是某绳波形成过程的示意图，质点 1 在外力作用下沿垂直直线方向做简谐运动，带动其余质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端。已知 t0 时，质点 1 开始向上运动，tT4
6、时，1 到达最上方，5 开始向上运动。问：(1)tT2时，质点 8、12、16 的运动状态(是否运动、运动方向)如何？(2)t3T4 时，质点 8、12、16 的运动状态如何？思路点拨：解答此题要注意以下三点：(1)波在传播过程中前一质点带动后一质点振动。(2)各质点的起振方向都与波源相同。(3)各质点的振动频率都与波源的频率相同。解析 各质点在各时刻的情况，如图所示。甲乙(1)由甲图可知，tT2时，质点 8 未到达波峰，正在向上振动，质点 12、16 未振动。(2)由乙图可知，t3T4 时，质点 8 正在向下振动，质点 12 向上振动，质点 16 未振动。答案 见解析机械波的形成和传播特点(
7、1)机械波的形成过程及特点可以概括为“带动、重复、落后”，即前一质点“带动”后一质点振动，后一质点“重复”前一质点的振动形式，并且后一质点的振动“落后”于前一质点。(2)就整个物体来说，呈现的现象是波动，而就构成物体的单个质点来说，所呈现的现象是振动。(3)要画另一时刻的波形图，应先确定特殊点的位置，即此时刻在平衡位置或最大位移处的点，如波源 1 和质点 5、9、13 这些点的位置确定后，其他点可顺势找出。跟进训练1(多选)如图所示，水平放置的弹性长绳上有一系列均匀分布的质点 1、2、3使质点 1 沿竖直方向做简谐运动，振动将沿绳向右传播，从质点 1 经过平衡位置向上运动时开始计时，当振动传播
8、到质点 13 时，质点 1 恰好完成一次全振动。此时质点 10 的加速度()A为零B为最大值C方向向上D方向向下BD 根据题意，当振动传播到质点 13 时，质点 1 恰好完成一次全振动；故此时质点 113 间波形为一个完整的正弦波形，此时质点 10 处于正向最大位移处，回复力最大，方向指向平衡位置，即向下；根据牛顿第二定律，可知加速度最大，且方向也指向平衡位置，即向下，故选 B、D。考点 2 横波和纵波手握轻弹簧的一端，另一端固定，上下抖动弹簧，弹簧形成凹凸相间的形状，如图 1 所示。手握轻弹簧一端左右有规律的振动，弹簧便形成疏密相间的形状，如图 2 所示。(1)图 1 弹簧振动方向与其形成的
9、波传播方向有什么关系？该种波叫什么波？(2)图 2 弹簧振动方向与其形成的波传播方向有什么关系？该种波叫什么波？提示：(1)垂直，横波。(2)在同一直线上，纵波。1横波和纵波的比较横波纵波 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 特别提醒：在现实生活中，绳上波为横波，声波为纵波，有些机械波既有横波，也有纵波。例如：地震波既有横波成分，又有纵波成分。2振动与波动的联系和区别 振动波动 运动现象振动是单个物体所
10、表现出的周而复始的运动现象波动是介质中大量的质点受到扰动时，从扰动中心传播开来的周而复始的运动现象 振动波动 运动的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力回复力作用介质中的质点受到相邻质点的扰动而随着运动，并由近及远传播开去，且各部分都受到指向原位置的力的作用 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)牢记波动的周期等于质点振动的周期 横波与纵波【典例 2】关于横波和纵波，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，这类波是横波D质点沿水平方向振动，波沿水平方向传
11、播，这类波是纵波C 根据纵波与横波的定义知，质点振动方向与波的传播方向垂直的波是横波，质点振动方向与波的传播方向在同一直线上的波是纵波，并不是上下振动与水平振动的问题，所以 A、B 项错误，C正确；对于 D，波沿水平方向传播、质点水平方向振动不足以说明质点振动方向与波的传播方向在同一直线上，则 D 项错误。故选 C。振动与波动关系应用【典例 3】(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
12、此时算起，质点 E 比 F 先到达波峰思路点拨：分析质点振动方向可用“带动看齐”的思路：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振动。ACD 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，B 比 C 先到最大
13、位移处，故 B比 C 先回到平衡位置，选项 C 正确，同理知选项 D 正确。质点振动方向的判断方法(1)质点带动法 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。用“质点带动法”的思路可分析各个质点的振动方向。方法：在质点 P 靠近波源一方附近的图像上另找一点 P，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。沿着波的传播方向看，即有“下坡上振，上坡下振”。甲 乙(2)波形微平移法作出经微小时间 ttT4 后的波形，就知道了各质点经过 t 时间后到达的位置，运动方向也就知道了，如图所示。(3)同侧法 在波的图像上的某一
14、点，沿竖直方向画出一个箭头表示质点运动方向，并在同一点沿水平方向画出一个箭头表示波的传播方向，那么这两个箭头总是在曲线的同侧(如图所示)。由波的传播方向判断质点的运动方向，可以用以上介绍的方法。如果已知质点的运动方向判断波的传播方向，也可以用上面所介绍的方法。除以上介绍的三种方法外，还有其他方法用来判断质点的运动方向，基本道理是相同的，同学们自己也可以总结一下规律。同时也要注意在最大位移处的质点，在此时刻速度为零。跟进训练2(角度 1)(多选)关于横波和纵波，下列说法正确的是()A对于纵波，质点的振动方向和波的传播方向有时相同，有时相反B对于横波，质点的运动方向与波的传播方向一定垂直C形成纵波
15、的质点随波一起迁移D空气介质只能传播纵波ABD 质点的振动方向与波的传播方向垂直的波是横波，质点的振动方向与波的传播方向在同一条直线上的波是纵波；纵波质点的运动方向与波的传播方向有时相同，有时相反，A、B 正确；无论横波还是纵波，质点都不随波迁移，C 错误；横波不能在空气中传播，空气只能传播纵波，D 正确。3(角度 2)(多选)如图所示为一列机械波在某一时刻的形状，此时刻质点 F 的振动方向如图所示。则()A该波向左传播B质点 C 比质点 B 先回到平衡位置C质点 E 此时刻向下振动D质点 C 此时刻的加速度为零ABC 由波形图和质点 F 的振动方向，根据质点带动法可知波源在右侧，故该波向左传
16、播，选项 A 正确；由于该波向左传播，根据带动法可知质点 E 此时刻向下振动，选项 C 正确；此时质点 B 向上振动，质点 C 在最大位移处将向下振动，故质点 C 比质点 B 先回到平衡位置，选项 B 正确；因质点 C 在最大位移处，其加速度最大，选项 D 错误。当堂达标夯基础 NO.31 2 3 4 1(多选)关于机械波的形成和传播，下列说法中正确的是()A机械波只能在介质中传播，波源周围如果没有介质，就不能形成机械波B离波源较近的质点总比离波源较远的质点振动得迟一些C离波源较近的质点总比离波源较远的质点振动得早一些D一旦波源振动起来，介质中的各个质点也就立刻振动起来1 2 3 4 AC 机
17、械波形成的条件是有波源和介质，两者缺一，不能形成机械波；机械波的形成可表述为离波源近的质点带动离波源远的质点振动，故离波源近的质点振动得早一些。所以选项 A、C 正确。1 2 3 4 2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条直线上D波传播距离的远近1 2 3 4 C 横波与纵波分类的依据是质点振动方向和波传播方向的关系，若两者互相垂直，为横波，若两者在一条直线上，为纵波，故答案为 C。1 2 3 4 3.(多选)一列横波某时刻的波形如图所示，则关于质点 A 在此时刻的受力情况，下列说法正确的
18、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1 2 3 4 BD 波在介质中传播的过程中任何质点都参与波的传播，都会振动。振动需要回复力，质点 A 所受的回复力总是指向平衡位置，所以题图中 A 受到的力向下，与波的传播方向无关。故选项 B、D正确。1 2 3 4 4(新情境题，以地震为背景，考查纵波和横波)据某校地震测报组消息：1999 年 9 月 21 日凌晨，台湾南投地区发生了 7.6 级大地震，它是由台湾中部大茅双冬及车笼埔两块断层受到挤压，造
19、成剧烈上升及平行移位而形成。已知地震波分三种：横波(S 波)，波速vS4.5 km/s；纵波(P 波)，波速 vP9.9 km/s；面波(L 波)，vLvS。面波在浅源地震中破坏力最大。1 2 3 4 问题：(1)位于震源上方的南投地区某中学地震测报组有单摆 A 与竖直弹簧振子 B(如图甲所示)，地震发生时最先明显振动的是_(选填“A”或“B”)。(2)台中市地震观测台记录到的地震曲线如图乙所示，由图可知三种波形各对应的地震波类型：a 为_波，b 为_波，c 为_波。(均选填“S”“P”或“L”)1 2 3 4(3)若在地震曲线图上测得 P 波与 S 波的时间差为 7.6 s，则地震台距震源约
20、为_km。甲 乙1 2 3 4 解析(1)纵波的速度最快，所以纵波最先到达，在甲图中地震发生时最先剧烈振动的是 B。(2)由图可知，纵波的速度最快，横波次之，面波速度最小，最先到达的是纵波，最后到达的是面波。(3)根据 xvS xvP7.6 s，可以求出地震台距震源的距离 x62.7 km。答案(1)B(2)P S L(3)62.7回归本节知识，自我完成以下问题：1机械波的形成条件是什么？提示：振源和介质。2机械波根据振动方向和传播方向的关系可分哪几类？提示：两类，即横波和纵波。3在波的传播过程中，波传播的是什么？提示：振动形式和能量。课外阅读拓视野 NO.4超声波的应用与发展以超声为工具，来
21、检验、测量或控制各种非声学量及其变化的超声检测和控制技术已得到广泛的应用。用超声波易于获得指向性极好的定向声束，加上超声波能在不透光材料中传播，因此它已广泛地用于各种材料的无损探伤、测厚、测距、医学诊断和成像等。当前，超声检测这方面的新研究和新应用仍在不断地出现，例如声发射技术和超声全息等。超声处理是通过超声对物质的作用来改变或加速改变物质的某些物理、化学、生物特性或状态的技术。由于使用适当的换能器可产生大功率的超声波，而通过聚焦、增幅杆等方法，还可获得高声强的超声，加上液体中的空化现象，使得利用超声进行加工、清洗、焊接、乳化、粉碎、脱气、促进化学反应、医疗以及种子处理等，已经广泛地应用于工业、农业、医学卫生等各个领域，并还在继续发展。但很多应用机理至今尚未搞清，有待深入研究。问题1超声波是机械波吗？超声波的传播需要介质吗？提示：是，需要介质。2超声波能传播能量和信息吗？提示：能。点击右图进入 课 后 素 养 落 实 谢谢观看 THANK YOU!
