1、第三章 机 械 波1.波 的 形 成必备知识自主学习一、波的形成以绳波为例：二、横波和纵波 定 义 标志性物理量 实物波形 横 波 质点的振动方向与 波的传播方向互相 _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 最高处 最低处 同一直线上 最密 最疏 三、机械波 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.形成:机械振动在_中传播,形成机械波。3.两个产生条件:(1)要有_。(2)要有传播振动的_。传播
2、相互作用 介质 波源 介质 4.传播的三个特点:(1)介质中有机械波传播时,介质本身并不随波一起传播,它传播的只是_这 种运动形式。(2)波是传递_的一种方式。(3)波可以传递_。振动 能量 信息【易错辨析】(1)在水平方向传播的波为横波。()(2)在机械波中各质点不随波的传播而迁移。()(3)在绳波的形成和传播中,所有质点同时运动,同时停止运动。()(4)机械波在传播过程中,各质点振动的周期、起振方向都相同。()(5)纵波指的是质点的振动方向和波的方向垂直的波。()(6)横波中分密部和疏部,纵波中分波峰和波谷。()关键能力合作学习知识点一 机械波的形成及特点1机械波的形成：2机械波的特点：(
3、1)机械波传播的是振动形式、能量和信息，介质中各质点本身并不随波传播而迁移，而是在各自的平衡位置附近振动。(2)由于波的形成实际上是从波源开始依次带动介质中的各个质点参与振动，所以各个质点都在做受迫振动，因此各个质点振动的周期(频率)与波源的周期(频率)相同。(3)在不考虑能量损失时，各质点振动的振幅相同，各质点的起振方向都与波源开始振动的方向相同。3振动和波动的区别与联系：振 动 波 动 区 别 研究 对象 单个质点在平衡位置附近 的往复运动,研究的是单 个质点的“个体行为”振动在介质中的传播,研究的是 大量质点将波源振动进行传播 的“群体行为”力的 来源 可以由作用在物体上的各 种性质力提
4、供 可以由联系介质中各质点的弹 力提供 运动 性质 质点做变加速运动 在同一种均匀介质中是匀速直 线运动 提醒：注意区分振动和波动。振 动 波 动 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,但有振动不一定有波动(2)波动的性质、频率和振幅都与振源相同 情境：艺术体操也叫韵律体操，是一种艺术性很强的女子竞赛体操项目。19 世纪末 20 世纪初起源于欧洲。艺术体操表演项目有很多，丝带舞表演就是其中之一，如图所示是一幅丝带舞的表演图。讨论：(1)丝带上的各点有没有随波迁移？(2)运动员的手停止抖动后，丝带上的波会立即停止吗？提示：(1)没有。(2)不会。【典例】一列横波沿一条长
5、绳传播，当波源突然停止振动时()A所有质点都立即停止运动B已经振动的质点继续振动，尚未振动的质点不会振动C离波源近的质点先停止振动，然后才是远的质点停止振动D离波源远的质点先停止振动，然后才是近的质点停止振动【解析】选 C。当波源突然停止振动时，由于波是质点间相互带动，并且重复，同时后一个质点比前一个质点滞后，所以离波源近的质点先停止振动，然后才是远的质点停止振动；波的形式仍在质点的振动下传播。最终所有质点将会停止振动，但靠近波源先停止，远离波源后停止振动，故 A、D 错误，C 正确；已经振动的质点继续振动，尚未振动的质点，将在波的形式传播后，会停止振动，故 B错误。波动过程中介质中各质点的运
6、动规律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”。1在一平静的湖面上漂浮着一轻木块，向湖中投入一石块，在湖面上激起水波，关于木块的运动情况，以下正确的是()A因为“随波逐流”木块将被推至远处B因不知道木块离波源的远近如何，所以无法确定木块的运动情况C木块被推动的距离与木块的质量大小和所受水的阻力的大小等情况有关D无论木块离波源的远近如何，它都不能被波推动，最多只能在湖面上做上下振动【解析】选 D。波传播
7、的是振动这种形式，各质点在各自平衡位置运动，不随波向前移动，故 A、B、C 错误，D 正确。2把闹钟悬放在密闭的玻璃罩内，在玻璃罩外仍然可以听到闹钟的铃声，但如果将罩内空气抽去，就听不到闹钟的铃声，这说明()A声波是纵波B抽去罩内的空气后，闹钟不再运转了C气体、液体和固体都能传播声音D声波不能在真空中传播【解析】选 D。题干中不能说明声波是纵波，故 A 错误；闹钟的运转不需要空气，抽去空气后仍能正常工作，故 B 错误；玻璃罩内有空气时能听到闹钟的铃声，抽去罩内空气，就听不到闹钟的铃声，这说明声音要靠介质空气传播，玻璃罩是固体，玻璃罩外仍可听到铃声，说明固体也能传播声音，文中没有提及液体传播声音
8、，故 C 错误；由本题中的现象可知，声波在真空中是不能传播的，日常我们听到的声音是靠空气传播的，实际上液体和固体也能传声，故 D 正确。【加固训练】1(多选)关于机械波和机械振动，下列说法中正确的是()A机械振动就是机械波，机械波就是机械振动B有机械波，则一定有机械振动C机械波就是质点在介质中的运动路径D在波传播方向上各个质点都有相同的振动频率和振幅【解析】选 B、D。机械振动在介质中传播，形成了机械波，A 错；机械波的形成有两个条件，一是要有波源，二是要有介质，所以，有机械波一定有机械振动，B 对；在波的形成和传播过程中，各质点不随波迁移，C 错；离波源较远的质点依靠前面质点的带动，所以频率
9、、振幅相同，D 对。故选 B、D。2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波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】选 A。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。简谐运动形成的波在介质中传播时，介质中各质点都做简谐运动，沿波的传播方向上，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 均错。知识点二 横波与纵波 机械波的分类 横 波纵 波概 念在波动中,质点的振动方向和
10、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【典例】对于横波和纵波，下列说法中正确的是()A质点在水平面内振动的波一定是横波B质点振动方向与波传播方向都在水平面内的波一定是横波C某时刻横波中波峰和波谷处的质点位移都是最大D横波中波峰处质点位移最大，波谷处质点位移最小【解析】选 C。物理学中把质点的振动方向与波的传播方向垂直的波，称作横波，把质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波，称作纵波，所以质点在水平面内振动的波不一定是横波
11、；质点振动方向与波传播方向都在水平面内的波一定不是横波，故 A、B 错误；横波中波峰和波谷处振动情况总是相反，横波中波峰和波谷处的质点位移都是最大，故 C 正确，D 错误。故选 C。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波沿水平方向传播，质点在竖直方向上下振动，这类波是横波D形成纵波的质点，随波一起迁移【解析】选 C。横波质点的振动方向与波的传播方向相互垂直，纵波质点的振动方向与波的传播方向有时相同有时相反，故选项 A、B 错误，C 正确；介质中的质点都是在平衡位置附近做往复运动，
12、不会随波迁移，故选项 D 错误。故选 C。2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，震源在地震仪正下方，观察到两振子相差 10 s 开始振动，则()A.P 先开始振动，震源距地震仪约 72 kmBP 先开始振动，震源距地震仪约 50 kmCH 先开始振动，震源距地震仪约 72 kmDH 先开始振动，震源距地震仪约 50 km【解析】选 A。纵波的速度快，纵波先到，所以 P 先开始振动，根据xv1 xv2 10 s，解得：x72 km。故 A 正确，B、C、D 错误。故选 A。
13、【拓展例题】考查内容：关于波的传播问题【典例】如图所示为波源开始振动后经过一个周期的波形图，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34 TC若 N 质点为波源，则 P 质点已经振动了34 TD若 N 质点为波源，则该时刻 P 质点动能最大【解析】选 C。若 M 质点为波源，相当于 N 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 N 质点的运动方向向上，即为波源开始振动的方向。振动刚刚传到 N 质点，P 质点已振动了14 T，A、B 错。若 N 质点为波源，则 M 质点开始振动
14、的方向向下，P 质点已振动了34 T，又因为 P 质点离平衡位置最远，故此时速度为零，动能最小，故 C 对、D 错。情境模型素养在敲响古刹里的大钟时，有的同学发现，停止对大钟的撞击后，大钟仍“余音未绝”。探究：产生这种情况的原因是什么？【解析】声音是由发声体振动产生的。声音的传播需要介质，介质的质点的振动，使声音传播形成声波。停止对大钟的撞击后，大钟的振动不会立即停止，振动的能量不会凭空消失，大钟做阻尼振动一段时间，因此还会在空气中形成声波，这就是余音未绝的原因。答案：见解析 健身市场上有一种时尚的运动器材“战绳”，健身者把两根绳子一端固定在 P 点上，用双手各自将绳子的另一端分别握住，然后根
15、据锻炼的需要以不同的频率、不同的幅度上下抖动绳子，使绳子振动起来，从而达到健身的目的。某时刻，绳子形成的波形如图所示(还未传到 P 点)，其中 a、b 是右手绳子上的两个点。探究：(1)健身者右手刚抖动时的方向如何？(2)如果增大抖动的频率，绳上波形传播到 P 点的时间怎么变？(3)无论如何改变抖动的幅度，绳子上的波形传播到 P 点的时间怎么变？【解析】(1)质点的起振方向与波源振动方向相同，可知健身者右手刚抖动时的方向是向上的；(2)(3)波的传播速度由介质决定，介质不变，波速不变，绳子上的波形传播到 P 点的时间不变。答案：见解析 1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
16、，就一定会激发机械波B如果振源停止振动，它所引起的波动也立即停止C质点振动的方向总是垂直于波传播的方向D介质中每个质点开始振动的方向一定与振源开始振动的方向相同 课堂检测素养达标【解析】选 D。形成机械波的条件：一是机械振动；二是有传播振动的介质。没有机械振动，一定没有机械波；有机械振动不一定有机械波，还要有传播振动的介质；但如果没有机械振动则一定没有机械波，故 A 错误；振源停止振动时，它引起的波在介质中仍继续向前传播，故 B 错误；机械波有横波和纵波两类，对于横波，质点的振动方向总与波的传播方向垂直。对于纵波，质点振动方向与波的传播方向在同一直线上，故 C 错误；波在传播中介质中的各点相互
17、带动，所以介质中每个质点开始振动的方向一定与振源开始振动的方向相同，故 D 正确。2下列现象中属于机械波的是()A风吹过麦田时形成的滚滚麦浪B船驶过平静的湖面，湖面上形成的水波C团体操中演员们此起彼伏形成的人浪D在船摇晃时，船上的乘客都一起左右摇晃【解析】选 B。当物体的某一部分发生振动时，其余各部分由于质点的相互作用也会相继振动起来，物质本身没有相应的大块的移动，所以麦子的运动形成的不是波，故 A 错误；水波是由于水之间相互带动而传播的，故属于波，故 B 正确；人浪是由于演员有节奏地起立和下蹲形成的，没有振动形式的传播和带动，故 C错误；乘客左右摇晃为机械振动，不是机械波，故 D 错误。故选
18、 B。3在日本近海地震引发的海啸，造成了重大的人员伤亡，海啸实际上是一种波浪运动，也可称为地震海浪，下列说法中正确的是()A波源停止振动时，海啸和地震波的传播立即停止B地震波和海啸都是由机械振动引起的机械波C地震波和海啸都只有纵波D地震波和海啸具有能量，随着传播将愈来愈强【解析】选 B。在波源停止振动时，介质中的其他质点仍在振动，即机械波仍向前传播，故波源停止振动时海啸和地震波的传播不会立即停止，故 A 错误；由于震源引起的机械振动带动与其相邻的其他质点的振动，这些质点再带动更远的质点的振动，这样就使震源的振动由近及远向外传播，形成地震波，而地壳的振动由近及远地带动海洋中海水的振动从而形成海啸
19、，故地震波和海啸都是由机械振动引起的机械波，故 B 正确；海水的波动既有横波也有纵波，地震波既有横波也有纵波，故 C 错误；地震波和海啸具有能量，但由于质点由静止到运动需要增加 动能，质点在运动的过程中要克服摩擦力做功，所以会有机械能转化为内能，故随着波的传播其能量将愈来愈弱，故 D 错误。4图中展示了一张骨牌倒下时引起的相邻骨牌依次倒下的照片，以及一阵风吹过麦地形成的麦浪滚滚的景象。关于骨牌和麦浪的运动，下列说法正确的是()A.骨牌的运动形成了波，麦子的运动形成的不是波B麦子的运动形成了波，骨牌的运动形成的不是波C麦浪和骨牌的运动都形成了波D麦浪和骨牌的运动都没有形成波【解析】选 A。当物体
20、的某一部分发生振动时，其余各部分由于质点的相互作用也会相继振动起来，物质本身没有相应的大块的移动，所以骨牌的运动形成了波，麦子的运动是由于风力，形成的不是波。所以 A 正确，B、C、D 错误。5如图所示是某绳波形成过程的示意图，质点 1 在外力作用下垂直直线方向做简谐运动，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 t0 时，质点 1 开始向上运动，tT4 时，1 质点到达最上方，5 质点开始向上运动，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？(3)tT 时，质点 8、12、16 的运动状态如何？【解析】各质点在各时刻的情况，如图所示。(1)由乙图可知，tT2 时，质点 8 未达到波峰，正在向上振动，质点 12、16 未振动。(2)由丙图可知，t3T4时，质点 8 正在向下振动，质点 12 向上振动，质点 16 未振动。(3)由丁图可知，tT 时，质点 8、12 正在向下振动，质点 16 向上振动。由于质点间的相互作用，前面的质点带动后面的质点振动，所以后面的质点总是滞后于前面的质点。答案：见解析
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