机械波的产生和传播

1、.机械波的产生和传播【学习目的】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【要点梳理】要点一、机械波 1机械波的形成 1介质：可以传播机械振动的物质叫介质，它可以是固、液、气三态中任意一种可以把介质看成由许多质点构成，质点与相邻质点互相联络 2平衡位置：在没有外来振动之前，各个质点排列在同一直线上，各个质点所在位置称为各自的平衡位置 3波源：由于外来的扰动，在水、绳及空气的某一质点会引起振动，首先振动的这个质点即为波源 4由于介质之间存在着互相作用力，作为波源的质点就带动周围质点振动，波源周

2、围质点跟着波源做受迫振动获得能量后，再带动邻近质点振动，于是振动就在介质中由近及远地传播 5尽管各个质点都在重复波源的振动，但是各个质点振动的步调是不一致的，沿着波的传播方向离波源远的质点开场振动的时间要落后于离波源近的质点这就是说，在同一时刻，介质中各个质点分开平衡位置的位移是不一样的，这样就形成了凸凹相间或疏密相间的波形 2均匀介质中的横波形成过程波源被手握住的绳端上、下做简谐振动，如图程度均质绳上的振动传播过程，如图要点二、机械波形成的条件及分类 1机械波形成的条件 1有持续振动的波源也叫振源 2传播振动的介质波源做简谐运动时，在均匀介质中传播形成简谐波2波的分类1横波：质点的振动方向与

3、波的传播方向垂直的波叫横波，凸起的最高处叫波峰，凹下的最低处叫波谷2纵波：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质点分布密的部分叫密部，分布疏的部分叫疏部要点诠释：气体、液体、固体都能传播纵波，但气体不能传播横波因为气体不能发生剪切形变，无法传播横波3横波和纵波的区别横波纵波概念在波动中，质点的振动方向和波的传播方向互相垂直，这种波叫横波在波动中，质点的振动方向和波的传播方向在同一直线上，这种波叫纵波介质只能在固体中传播在固体、液体和气体中均能传播声波是纵波特征在波动中交替、间隔出现波峰和波谷在波动中交替、间隔出现密部和疏部要点三、振动与波 1振动与波动的关系类别振动波动运动现象振

4、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结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分开平衡位置，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的扰动而随着运动，并将振动形式由近及远的传播开，各质点间存在互相作用的弹力联络1振动是波动的起因，波动是振动的传播 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 2振动与波动的区别1从运动对象看：振动是一个质点或物体以平衡位置为中心的往复运动波动是在波源的带动下，介质中大量质点依次发生振动而形成的集体运动2从运动原因看：振动是由于质点受回复力作用的结果波动是由于介质中相邻质点的带动的结果3从

5、能量变化看：振动系统的动能和势能互相转化，对简谐运动来说，转化过程中总机械能保持不变波传播过程中，介质里每一振动质点的动能和势能同时到达最大，同时到达最小，质点的机械能在最大与最小值之间变化，而每个质点在不断地吸收和放出能量，因此波的传播过程也是能量的传播过程 3“带动看齐法分析质点的振动方向 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“带动看齐的思路可分析各个质点的振动方向 方法：在质点靠近波源一方附近的图像上另找一点，假设在上方，那么向上运动，假设在下方，那么向下运动，如下图4波传播了运动形式，传递了能量，传递了信息 1各质点都做受迫振动，其振动的频

6、率或周期都与波源的频率或周期一样，各质点的起振方向都与波源一样，但不同步，离波源越远的质点振动越滞后 2机械波传播的是波源的运动形式和波源提供的能量，介质中各质点并不随波迁移，而是在自己的平衡位置附近振动在横波中，波动方向与振动方向垂直均匀介质中，波动是匀速运动，振动是变速运动 3介质中各质点靠弹力互相作用，前一质点带动后一质点振动，后一质点跟着前一质点，故可根据前一质点的位置而确定后一质点的运动方向此外，假设不计能量损失，在均匀介质中各质点振动的振幅应一样 4机械波在传播时也传递了信息【典型例题】类型一、机械波的理解例1在机械波中有 A各质点都在各自的平衡位置附近振动 B相邻质点间必有互相作

7、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各质点也随波的传播而迁移 【思路点拨】波传播的特点是离波源近的质点带动离波源远的质点振动，离波源远的质点重复离波源近的质点的运动，因此各相邻质点间必须有力的作用，但各质点只能在平衡位置附近做简谐运动 【答案】A、B、C【解析】振源的振动使其周围质点依次振动，之所以能依次振动下去，就是依靠了相邻质点间的互相作用力；沿波的传播方向，后一质点的振动必滞后于前一质点的振动；质点只在平衡位置附近振动，并不随波迁移 【总结升华】波传播的特点是离波源近的质点带动离波源远的质点振动，离波源远的质点重复离波源近的质点的运动，因此各

8、相邻质点间必须有力的作用，但各质点只能在平衡位置附近做简谐运动举一反三:【变式1】关于机械波的概念，以下说法中正确的选项是 A质点振动的方向总是垂直于波传播的方向B简谐波沿长绳传播，绳上相距半个波长的两质点振动位移的大小相等C任一振动质点每经过一个周期沿波的传播方向挪动一个波长D相隔一个周期的两时刻，简谐波的图象一样【答案】D【解析】对于横波，质点振动的方向总是垂直于波传播的方向。对于纵波，如弹簧振子质点的震动和传播的方向是平行的，所以A错；绳上相距半个波长是绳长，并不等于半个波长，因为绳子此时是弯曲的，B错；质点并不随着波的传播而挪动,它只做周期的震动，C错；相隔一个周期的所有时刻，简谐波的

9、图象都是一样的，D正确。举一反三:【变式2】一列沿方向传播的横波，其振幅为，波长为，某一时刻波的图象如下图。在该时刻，某一质点的坐标为，经过四分之一周期后，该质点的坐标为 A B C D 【答案】B类型二、波动中质点振动方向的判断例2如下图为沿程度方向的介质中的部分质点，每相邻两质点间间隔 相等，其中为波源设波源的振动周期为，自波源通过平衡位置竖直向下振动时开场计时，经过质点开场起振，那么以下关于各质点的振动和介质中的波的说法中正确的选项是 A介质中所有质点的起振方向都是竖直向下的，但图中质点起振最晚 B图中所有质点的起振时间都是一样的，起振的位置和起振的方向是不同的C图中质点的振动完全重复质

10、点的振动，只是质点振动时，通过平衡位置或最大位移的时间总是比质点通过的一样位置时落后 D只要图中所有质点都已振动了，质点与质点的振动步调就完全一致，但假如质点发生的是第次振动，那么质点发生的就是第次振动【答案】A、C、D【解析】据波的传播特点知，波传播过程中各质点的振动总是重复波源的振劫，所以起振方向一样，都是竖直向下，但从时间上来说，起振依次落后的时间所以选项A、C正确，B项错误；由题意知，质点比质点应晚起振两个周期，所以当所有质点都起振后，质点与质点步调完全一致，所以选项D正确 【总结升华】质点振动方向的判断，关键搞清波的形成，才能理解各质点的振动情况举一反三:【变式】如下图是以质点为波源

11、的机械波沿着一根固定的轻绳传播到质点的波形图，那么质点刚开场振动时的方向为 A向上 B向下C向左 D向右【答案】A【解析】因为每一个点都是重复它前面那个点的运动规律。因此点将要发生的运动就是点的运动情况。由图可知，波向左传播，向上振动。因此刚开场振动时的方向是向上。类型三、质点振动方向，找波的传播方向例3一列简谐波某时刻的波形如下图，此时质点的速度方向沿轴负方向，那么 A这列波沿轴正方向传播 B当质点位于最低点时，质点一定到达轴下方 C当质点位于最低点时，质点一定到达平衡位置 D当质点位于最低点时，质点一定到达平衡位置 【思路点拨】清楚波的形成原因，掌握波的传播特点在判断过程中，要以某些特殊位

12、置平衡位置、波峰和波谷为参考点进展分析【答案】B【解析】由波形图和的振动方向知波向负方向传播，A项错误，此时的速度方向向下，因为远离平衡位置而靠近平衡位置，因此之后，故位于最低点时一定到达x轴下方，B对，D错，与相距，故应在最高点，C错 【总结升华】确定波的传播过程中某质点的振动方向关键是要清楚波的形成原因，掌握波的传播特点在判断过程中，要以某些特殊位置平衡位置、波峰和波谷为参考点进展分析举一反三:【变式】一列简谐横波在轴上传播，某时刻的波形图如下图，为三个质元，正向上运动。由此可知 A该波沿轴正方向传播B正向上运动C该时刻以后比先到达平衡位置D该时刻以后比先到达离平衡位置最远处【答案】ABC

13、【解析】由点的振动方向向上，可判断波的传播方向，确定的运动方向，并能比较两点回到平衡位置的先后正向上运动，振动比左侧波峰迟，波向右传播故A正确根据波形的平移规律，点正向下运动故B正确此时向上运动，比先到平衡位置故C正确由图及运动方向判断，比先到达离平衡位置最远处故D错误 应选ABC类型四、振动和波的关系例4关于振动和波的关系，以下说法正确的选项是 A有机械波必有振动 B有机械振动必有机械波 C波源停振时，介质中的波动继续向外传播 D波源停振时，介质中的波动立即停顿【答案】A、C【解析】该题考察机械振动和机械波的关系一个质点的振动会带动邻近质点的振动，使振动这种运动形式向外传播出去形成机械波，但

14、在缺少介质的情况下，波动现象就无法发生，故A项正确，B项错误大量质点的振动所形成的波动不会因波源的停振而立即消失，因为能量不会无缘无故地消失，故D项错误C项正确【总结升华】解决该题的关键是理解：1机械波形成的务件2波在传播过程中的特点举一反三:【变式】一列横波沿程度方向传播，某一时刻的波形如下图，那么图中四点此时刻具有一样运动方向的是 A和B和 C和D和 【答案】BC 【解析】在横波的图象中，我们可用“上坡下，下坡上的经历来判断质点的振动方向或波的传播方向.利用该结论，不管波向左或向右传播，可直观地看出，和，和的振动方向是一样的.类型五、波的形成例5图a中有一条均匀的绳，是绳上一系列等间隔的点

15、现有一列简谐横波沿此绳传播某时刻，绳上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，其中点的位移为零，向上运动，点的位移到达最大值试在图c中画出再经过周期时点的位置和速度方向，其他点不必画图c的横、纵坐标与图a、b完全一样【思路点拨】根据横波的形成原理，由题中给出四点的位置和运动方向。可画出其他各点的位置和运动方向，如图实线所示，居中的直线为各点的平衡位置。【解析】根据横波的形成原理，由题中给出四点的位置和运动方向。可画出其他各点的位置和运动方向，如图实线所示，居中的直线为各点的平衡位置。根据各点此时的运动方向，即可找到再过各个质点的位置和运动方向如图虚线所示 那么可知经过周期时点的位置和速度方向，如下图【总结升华】此题仅给出波形的一部分，要求考生从波形的挪动来判断某一时刻绳子上各