【讲与练】高中物理人教版(2019)选择性必修1：3.1 波的形成学案

1.波的形成学习目标1．知道机械波的产生条件，理解机械波的形成过程。2．能区分横波和纵波，知道什么是波峰和波谷，密部和疏部。3．知道机械波传播的是振动的形式、能量和信息。思维脉络知识点1波的形成以绳波为例：(1)设想将绳分成许多小段，每一段都可以看成_质点__。(2)相邻质点间有相互作用，当振源质点振动时，会带动相邻质点_振动__。这一质点又会带动下一质点振动。(3)后面质点的振动_重复__前面质点的振动。(4)后面质点振动滞后前面质点的振动，同一时刻，各质点离开平衡位置的_位移__是不同的，从而形成凹凸相间(疏密相间)的波形。知识点2横波和纵波机械波可分为_横波__和_纵波__两类，其波形及描述对比如下：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_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__的位置知识点3机械波1．介质(1)定义：绳、弹簧、水、空气等_波__借以传播的物质。(2)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。2．形成机械振动在_介质__中传播，形成机械波。3．两个产生条件(1)要有_振源__。(2)要有传播振动的_介质__。4．传递的三个特点(1)介质中的机械波传播时，介质本身并不随波一起传播，它传播的只有_振动__这种运动形式。(2)波是传递_能量__的一种方式。(3)波可以传递_信息__。思考辨析『判一判』(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传播方向垂直的波。(×)(6)横波中分密部和疏部，纵波中分波峰和波谷。(×)『选一选』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(如图)，下列对树叶运动情况的叙述正确的是(C)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：由于波在传播过程中，只传递振动能量和波源所发出的信息，而各质点不随波迁移，只在各自的平衡位置附近做振动，故选C。『想一想』2019年6月17日，四川宜宾市长宁发生了6.0级地震，地震波中既有纵波，又有横波，而且由地壳传播时纵波速度大于横波速度。在地震时，当地居民感受的振动应该是怎样的？答案：当地居民首先会感到上下颠簸，后来又会感到在水平方向上左右摇动。解析：由纵波的传播特点：传播方向与质点的振动方向在同一直线上，并且因为纵波传播得快，所以居民首先会感到上下颠簸。由横波的传播特点：波的传播方向与振动方向垂直，且传播的速度较小，所以横波传来得晚，因此后来居民又会感到在水平方向上左右摇动。探究机械波的形成及特点情境导入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。(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)不会解析：(1)波传播的只是振动形式，介质中各质点本身并不会随波迁移。(2)波传播的是能量，波源停止振动，但能量还会依次向外传播。要点提炼1.机械波的形成2．机械波的特点(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。(4)机械波传播的是波源的信息我们用语言进行交流，是利用声波传递信息。(5)机械波是一种“集体运动”波的形成离不开介质中大量质点的集体振动，个别质点形不成波。特别提醒(1)有波源和有介质是形成机械波的必要条件，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振动。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提醒：注意区分振动和波动。典例剖析典例1(多选)关于机械波的形成，下列说法中正确的是(BC)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思路引导：(1)知道机械波的产生条件；(2)明确机械波传播过程中各质点的振动情况。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，远处介质的质点不可能振动起来而形成机械波，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，但振动频率相同，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，离波源远的质点振动的能量是通过各质点的传递从波源获得，故D选项不正确。对点训练❶将一部手机调成接收信号就发出声响并且振动的状态，然后将这部手机放在密封的玻璃罩内，当我们抽掉玻璃罩内的空气后，再发出信号呼叫该手机，你可以感受到(D)A．手机发出声音同时振动B．手机发出声音但是不振动C．手机没有发出声音也不振动D．手机没有发出声音但是在振动解析：声音是由物体的振动产生的，声音的传播需要介质，声音在真空中不能传播，所以抽掉玻璃罩内的空气后，声音传播不出来，故不能听到手机发声但能看到手机在振动，故D选项正确。探究横波与纵波情境导入(1)图甲是绳波，其中质点的振动方向与传播方向是什么关系？(2)图乙是声波，其中质点的振动方向与传播方向是什么关系？提示：(1)相互垂直(2)在一条直线上解析：(1)绳波是横波(2)声波是纵波。要点提炼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(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。(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。典例剖析典例2机械波按质点振动方向与波传播方向的关系可分为横波和纵波。(1)(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(BC)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(2)如图所示，若一列横波在x轴上传播，a点是波传播方向上的某一质点，则质点a的振动方向一定上下振动吗？思路引导：深刻理解质点振动方向与波的传播方向的关系，在横波中二者“相互垂直”的含义，在纵波中二者“在同一直线上”的含义。解析：(1)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同一直线上，既可以相同，也可以相反，故C对、D错。(2)不一定。因为此波为横波，可知质点的振动方向与波的传播方向相互垂直，此波在x轴上传播，可知质点a的振动方向应在过a点且垂直于x轴的平面内，即质点a的振动方向可沿此平面的任意方向，不一定是上下方向的振动。答案：(2)不一定对点训练❷(多选)下列关于横波与纵波的说法中，正确的是(CD)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．横波只能在固体中传播，纵波既可以在固体中传播，也可以在液体、气体中传播解析：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，也有左右运动。C正确；D正确。1．(多选)(2023·安徽省定远高二下学期检测)下列关于机械波的说法正确的是(AC)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传递的过程D．波源与介质质点的振动都是自由振动解析：波源(即振源)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。作为介质的各质点只在平衡位置附近振动，并不随波向外迁移，仅把振源的振动和能量传播开来。波源和介质质点之间的相互作用力带动相邻的质点振动，是受迫振动，故介质质点的振动不是自由振动。选项A、C正确，B、D错误。2．(多选)(2023·湖北省襄阳市第四中学高二下学期月考)关于振动和波的关系，下列说法中正确的是(AB)A．振动是波的成因，波是振动的传播B．振动是单个质点呈现的运动现象，波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传播而形成波，所以选项A、B正确；波的传播速度是波形由波源向外伸展的速度，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；波源一旦将振动传播给了介质，振动就在介质中向远处传播，而当波源停止振动时，振动在介质中仍然继续传播，不会随波源停止振动而停止传播，选项D错误。3．(2023·湖北省汉川市第二中学高二下学期月考)地震波中的横波和纵波传播速率分别约为4km/s和9km/s，一种简易地震仪由竖