2019-2020学年高中物理 第2章 机械波 1 机械波的产生学案 沪科版选修3-4

机械波的产生1.知道波的形成过程，掌握机械波的概念(重点)2.掌握波形成的条件，知道波的特点(重点)3知道波的分类，能区分什么是横波什么是纵波4.理解波是传播振动形式和能量的一种方式(重点、难点)一、机械波是怎样形成的1概念：物理学中，把机械振动在物质中的传播叫做机械波传播机械波的物质称为介质2产生条件(1)要有波源(2)要有传播振动的介质3形成过程：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子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把定好时间的闹钟放入玻璃罩里，用抽气机抽出罩内的空气，当闹铃振动时，外面却听不到声音，这是为什么呢？提示：因为不具备声波(机械波)的产生条件，虽有剧烈的振动，但没有传播声波(机械波)的介质，因而我们听不到声音二、横波与纵波按波的传播方向和质点的振动方向可以将波分为两类：横波和纵波1横波：质点的振动方向跟波的传播方向垂直在横波中，凸起部分的最高处叫做波峰，凹下部分的最低处叫做波谷2纵波：质点的振动方向跟波的传播方向在同一直线上在纵波中，质点分布较密集的部分叫做密部，质点分布较稀疏的部分叫做疏部三、波传递的是能量和信息1机械波传播时，各质点都相继发生振动，但介质并不随波迁移，传播的是振动形式2波不但传递能量，而且可以传递信息机械波的形成及特点1形成的两个条件要形成一列波，必须有波源，即有能够引起其他质点振动的质点，再就是必须要有介质，即传播振动的媒介故波的形成条件为：(1)波源；(2)介质，两者缺一不可2波传播的三个特点(1)各个质点振动的周期、频率都与波源的振动周期、频率相同波在传播时，介质中的各个质点都跟着波源做受迫振动，由受迫振动的特点可知，每个质点的振动周期、频率都与波源的振动周期、频率相同(2)离波源远的质点总要落后于离波源近的质点，但各个质点的起振方向与波源的起振方向相同波的形成是由于离波源较近的质点带动后面离波源较远的质点，这样一个带一个振动起来，所以各质点的振动规律及振动快慢由波源决定(3)波传播的是振动形式和能量，而各个质点并不随波迁移由于质点间力的作用，先振动的质点要对相邻的后振动的质点做正功，后者对前者做负功，所以离波源近的质点将能量传递给离波源远的质点虽然质点将这种振动形式及其能量传递出去，但各个质点并不随之迁移到远方介质中的每一个质点都在各自的平衡位置附近振动，后一质点的振动总是落后于带动它的前一质点的振动如图所示，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，t时，1到达最上方，5开始向上运动问：(1)t时，质点8、12、16的运动状态(是否运动、运动方向)如何？(2)t时，质点8、12、16的运动状态如何？解题探究 (1)经过的时间，振动向前传播几个点？(2)t时刻，哪个点开始向上运动？质点1到了什么位置？(3)t时刻，哪个点开始向上运动？质点1到了什么位置？解析各质点在各时刻的情况，如图甲、乙所示(1)由甲图可知，t时，质点8未达到波峰，正在向上振动，质点12、16未振动(2)由乙图可知，t时，质点8正在向下振动，质点12向上振动，质点16未振动答案见解析波动过程中介质中各质点的运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” 横波与纵波的比较学生用书p19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)水面波的认识方面：水波既不是横波也不是纵波，它属于比较复杂的机械波(2)纵波的认识方面：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，而不是方向相同关于横波与纵波，下列说法中正确的是()a质点上下振动形成的波是横波b质点水平振动形成的波是纵波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质点在水平面内振动，波沿水平方向传播，这类波是纵波解析质点的振动方向与波的传播方向垂直的波叫横波，而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，可知只有c项正确答案c区别横波、纵波只看质点的振动方向与传播方向的关系；对于机械波总是距波源近的质点带动距波源远的质点，起振有先后波动和振动的比较1联系(1)振动是波动的起因，波动是振动在介质中的传播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2区别(1)振动是一个质点的“个体行为”，波动是大量质点的“集体行为”(2)振动是质点在回复力作用下的运动，波动是相邻质点间的带动(3)振动是一个质点动能与势能之间的转化过程，波动是相邻质点间机械能转移的过程(4)质点振动速度不断变化，波的传播速度在均匀介质中不变(多选)关于振动和波动的关系，下列说法中正确的是()a振动是形成波动的原因，波动是振动的传播b振动是单个质点呈现的运动现象，波动是许多质点联合起来呈现的运动现象c波的传播速度就是质点振动的速度d波源停止振动时，波立即停止传播解析机械波的产生条件是有波源和介质，由于介质中的质点依次带动由近及远的质点振动传播而形成波，所以选项a和b正确波的传播速度是波形由波源向外延伸的速度，在均匀介质中其速度大小不变，而质点振动的速度和方向都随时间周期性地发生变化，选项c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，不会随波源停止振动而立即停止传播，即波不会立即停止传播，选项d错误答案ab随堂检测1(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，只是时间落后一些c参与振动的质点都有相同的频率d机械波是介质随波迁移，也是振动能量的传递解析：选bc.机械波的传播需要介质，仅仅有机械振动是不够的，故a错；而机械波向外传播的只是运动的形式和振动的能量，介质并不随波迁移，故d错2(多选)关于介质中质点的振动方向和波的传播方向，下列说法正确的是()a在横波中二者方向有时相同b在横波中二者方向一定不同c在纵波中二者方向有时相同d在纵波中二者方向一定不同解析：选bc.在横波中质点振动方向和波的传播方向相互垂直，所以二者方向一定不同，故a错、b对；在纵波中二者方向在一直线上，既可以相同，也可以相反，故c对、d错3将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，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解析：选c.机械波中各质点不随波迁移，仅在各自的平衡位置附近振动，波传播的是振动形式和能量故正确答案为c.4手持较长软绳端点o以周期t在竖直方向上做简谐运动，带动绳上的其他质点振动形成简谐波沿绳水平传播，示意如图绳上有另一质点p，且o、p的平衡位置间距为l.t0时，o位于最高点，p的位移恰好为零，速度方向竖直向上，下列判断正确的是()a该简谐波是纵波b该简谐波的最大波长为2lct时，p在平衡位置上方dt时，p的速度方向竖直向上解析：选c.振动方向与传播方向垂直，故该简谐波是横波，a错误；根据“下坡上”判断，p距离o的最近距离l，所以最大波长等于4l，b错误；经过t，p位于波峰，所以t时，p在平衡位置上方，c正确；在t时，p正在从波峰回到平衡位置，速度方向竖直向下，d错误课时作业一、单项选择题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形成纵波的质点，随波一起迁移d空气介质只能传播纵波解析：选d.形成横波的质点振动的方向只能与传播方向垂直，形成纵波的质点的振动方向总与波传播方向平行，有时相同，有时相反，故选项a、b都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，不会随波定向移动，故c错误因为空气介质只能通过压缩而产生相互作用力，故空气中的机械波只能是纵波，选项d正确2沿绳传播的一列机械波，当波源突然停止振动时，下列说法正确的是()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离波源较远的各质点先停止振动，较近的各质点稍后停止振动解析：选c.当波源的振动方向与波的传播方向相互垂直时，称之为横波当波源突然停止振动时，由于波是使质点间相互带动，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；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abd错误，c正确3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：选b.声音的传播方式为声波，而形成波必须满足两个条件：振源和介质月球上没有空气，即没有介质，无法形成波，所以选项b正确4下列关于纵波的说法中，正确的是()a在纵波中，波的传播方向就是波中质点的移动方向b纵波中质点的振动方向一定与波的传播方向在一条直线上c纵波中质点的振动方向一定与波的传播方向垂直d纵波也有波峰和波谷解析：选b.纵波中质点的振动方向与波的传播方向虽然在一条直线上，但质点的振动方向与波的传播方向可能相同，也可能相反故选项b正确5如图所示为波沿着一条一端固定的绳子传播到b点时的波形图，由图可判断出a点刚开始的振动方向是()a向左b向右c向上 d向下解析：选c.介质中各质点的开始振动方向都与波源开始振动的方向相同，此时波刚传到b点，由波的传播特点知，b点此时向上运动，所以波源a点刚开始振动的方向也是向上的6波在传播过程中，正确的说法是()a介质中的质点随波的传播而迁移b波源的振动能量随波传递c振动质点的频率随着波的传播而减小d波源的能量靠振动质点的迁移来传播解析：选b.在波的传播过程中，质点是不会发生迁移的；波源的振动能量通过对相邻质点做功而由近及远地传播(不是靠质点的迁移)；质点的频率只与波源有关(振动质点实际上是在做受迫振动)二、多项选择题7关于机械波的以下说法中，正确的是()a波动发生需要两个条件：波源和介质b波动过程是介质质点由近及远移动的过程c波动过程是能量由近及远的传递的过程d波源与介质质点的振动都是自由振动解析：选ac.波源振动时，依靠介质中的相互作用力带动周围各部分质点振动起来，形成机械波介质质点只在平衡位置附近振动，并不随波迁移，仅把振源的振动和能量传播开来波源和介质质点之间相互作用力阻碍波源的振动，是一种阻力，所以波源的振动不可能是自由振动；相邻质点间存在相互作用，故介质质点也不是自由振动8.如图所示，沿水平方向的介质中的部分质点，每相邻质点间的距离相等，其中o为波源，设波源的振动周期为t，自波源通过平衡位置竖直向下振动开始计时，经过t/4，质点1开始振动，则下列关于各质点的振动和介质中的波的说法正确的是()a介质中所有的质点的起振方向都竖直向下，但图中质点9起振最晚b图中所画出的质点起振时间都是相同的，起振的位置和起振的方向是不同的c图中质点8的振动完全重复质点7的振动，只是质点8起振时，通过平衡位置或最大位移处的时间总是比质点7通过相同位置时落后t/4d只要图中所有的质点都已振动了，质点1与质点9的振动步调就完全一致，但如果质点1发生的是第100次振动，则质点9发生的是第98次振动解析：选acd.从题图中可知，质点9是图中距波源最远的点，尽管与振源起振方向相同，但起振时刻最晚，故a正确、b错误；质点7与质点8相比较，质点7是质点8的前质点，7、8质点间的振动步调相差t/4，故c正确；质点9与质点1相距2个波长，质点9比质点1晚2t开始起振，一旦质点9起振后，1、9振动步调就完全一致，故d正确9关于振动和波的关系，下列说法中正确的是()a如果波源停止振动，在介质中传播的波也立即停止b发声体在振动时，不一定会产生声波c波动的过程是介质质点由近及远的传播过程d波动的过程是质点的振动形式及能量由近及远的传播过程解析：选bd.波源停止振动，介质中的质点仍然在振动，所以波仍继续传播，选项a错误；产生波的条件必须有介质，选项b正确；在振动过程中质点不随波的传播而迁移，只是向外传播信息和能量，选项c错误，d正确10下列关于简谐运动和简谐波的说法，正确的是()a介质中质点振动的周期一定和相应的波的周期相等b介质中质点振动的速度一定和相应的波的波速相等c波的传播方向一定和介质中质点振动的方向一致d横波的波峰与波谷在振动方向上的距离一定是质点振幅的两倍解析：选ad.介质中质点的振动周期和相应的波的传播周期一致，故选项a正确而各质点做简谐运动速度随时间做周期性的变化，但波在介质中是匀速向前传播的，所以不相等，选项b错误对于横波而言传播方向和振动方向是垂直的，选项c错误根据波的特点知，选项d正确11下列有关机械振动和机械波的说法中正确的是()a某物体做机械振动，它周围的介质中就一定产生机械波b波源停止振动后，已形成的机械波仍能在介质中继续传播c机械波传播的只是机械振动的形式和能量，参与波动的质点并不随波迁移d振动是变速的，波动是匀速的解析：选abc.机械振动在介质中的传播形成机械波，选项a正确；由于机械波已在介质中形成，当波源停止振动，已振动的质点又形成新的波源，使机械波仍在