3.1波的形成和传播 讲义-2022-2023学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

波的形成和传播一、知识点梳理1.机械波(1)定义：机械振动在介质中的传播，形成了机械波.【说明】介质是能够传播机械振动的物质，其状态可以是固、液、气三态中的任意一种.(2)机械波形成的条件：①要有振源（波源）；②要有传播振动的介质.2.机械波的形成介质中相邻质点之间有相互作用力，当振源质点振动时，它就会带动相邻的质点振动，这样会使各个质点都重复波源质点的运动从而振动起来，并向外传播.但是在振动过程中，各个质点的振动步调并不一致.后面质点的振动总是要比前面质点的振动情况滞后一段时间.这样，在同一时刻，介质中的各个质点，离开平衡位置的位移是不同的，从而形成了凸凹相间(疏密相间)的波形.可总结为：(1)先振动的质点的运动带动后振动质点的运动.(2)后振动质点的运动重复前先振动的质点的运动(3)后振动质点的运动要滞后先振动质点的运动，从而形成凸凹相间（疏密相间）的波形.3.机械波的传播(1)机械波传播的是振动形式.(2)机械波向外传递能量.(3)机械波可以向外传递信息例1.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，声音听不清楚例2.关于机械波的下列说法中,正确的是 ()A．自然界所刮的风就是一种机械波B．波不仅能传递能量，而且参与振动的质点也在随波迁移C．波将波源的运动形式传播出去的同时，也可以传递信息D．能传播机械波的介质一定是可以自由流动的4.机械波的分类按质点的振动方向和波传播方向的关系，可把机械波分成横波和纵波.(1)横波：质点的振动方向和波的传播方向相互垂直的波，叫做横波，在横波中，凸起的最高处叫做波峰，凹下去的最低处叫做波谷，横波在传播时呈现出凹凸相间的波形.如图所示，绳子上形成的波就是横波.【注意】横波是物体的形状发生变化而产生弹力作用所致，故纯粹的横波只能通过固体传播.(2)纵波：质点的振动方向跟波的传播方向在同一直线上的波，叫做纵波.例如：一根长的弹簧，它的一端固定，在另一端用手轻轻一推，弹簧圈密集的部分就会一直向前传播，如用手轻轻一拉，弹簧圈稀疏的部分也会沿着弹簧向前传播.如果不断地推拉弹簧，就可以看到一系列的密集的部分和稀疏的部分依次向前传播，这就是纵波，如图所示.在纵波中，质点分布最密的地方叫做密部，质点分布最疏的地方叫做疏部.纵波在传播时呈现出疏密相间的波形.纵波既可以在固体中传播也可在液体和气体中传播.【思考】池塘里泛起的的水波属于横波还是纵波？水是液体，由于表面张力，故也可以传播横波，水波（表面波）是比较复杂的机械波，其中既有横波，又有纵波，在中学物理中通常把水波视为横波，这是将水波简化了的缘故.横波是由于拉伸而产生的，而纵波是由于挤压而产生的。那么水面上为什么可以传播横波呢?这就是由于水表面张力的缘故，由于有表面张力，因此在振动幅度不太大的情况下，水面也可承受微小拉伸，从而会产生横波；同时振动在水面传播的过程中也会有挤压，于是也就能形成纵波.例3.（多选）关于横波和纵波，下列说法正确的是（）A．质点的振动方向和波的传播方向垂直的波叫做横波B．质点振动方向跟波的传播方向在同一直线上的波叫做纵波C．横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部D．地震波是横波，声波是纵波二、技巧总结1.振动与波动的关系类别振动波动运动现象振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联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离开平衡位置，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，各质点间存在相互作用的弹力联系(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)从运动的现象看，振动是一个质点或一个物体在某一中心（平衡位置）附近的往复运动；而波动是由振动引起的，是介质中大量质点依次发生振动而形成的集体运动.(2)从运动的原因看，振动是由于质点离开平衡位置后受到回复力作用；而波动是由于弹性介质中某部分受到扰动后发生形变，产生了弹力而牵连与它相邻部分的质点也随它做同样的运动，这样由近及远地向外传开，在波动中各部分质点也受到回复力作用.(3)从能量的变化看，振动系统的动能与势能相互转化，总的机械能守恒.波在传播过程中，由于每一质点在不断地吸收和放出能量，因而波的传播过程就是能量的传播过程.(4)从速度来看，波在均匀介质中匀速传播，而每个质点的速度是变化的，质点做的是变加速运动.例4.（多选）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例5.（多选）如图所示为沿水平方向的介质中的部分质点，每相邻两质点间距离相等，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始计时，经过，质点1开始起振，则下列关于各质点的振动和介质中的波的说法中正确的是（）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9起振最晚B．图中所画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振动时，通过平衡位置或最大位移的时间总是比质点7通过相同位置时落后D．只要图中所有质点都已振动了，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发生的就是第98次振动3.“带动看齐”法分析质点的振动方向波在波的传播中，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象上另找一点,若在上方，则向上运动，若在下方，则向下运动，如右图所示.即“下坡上振，上坡下振”.4.波动的基本特征(1)各质点的振动频率都与波源的振动频率相同.波传播时，介质中的质点都做受迫振动，每个质点的振动频率都与波源的振动频率相同，(2)离波源越远，质点的振动越滞后.但各质点的起振方向与波源的起振方向相同.(3)波传播的是振动这种运动形式，而介质的质点只在自己的平衡位置附近振动，并不随波迁移；如无风的湖面上，落叶随水波上下振动，但落叶在水波的传播方向上没有位移.(4)波在传播振动这种运动形式的同时，也传递能量和信息.由于质点间的弹力作用，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把机械能传递给离波源远的质点.例6.（多选）如图所示为一列机械波在某一时刻的形状，此时刻质点的振动方向如图所示.则（）A．该波向左传播B．质点比质点先回到平衡位置C．质点此时刻向下振动D．质点此时刻的加速度为零例7.（多选）关于振动和波的关系，下列说法中正确的是（）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，波立即停止传播三、针对练习1.区分横波和纵波是根据()A．是否沿水平方向传播B．质点振动的方向和波传播的远近C．质点振动的方向和波传播的方向的关系D．质点振动的快慢2.以下说法正确的是()A．声波在空气中传播时是纵波，在水中传播时一定是横波B．波不但能传播能量,还能传递信息C．发生地震时。由震源传出的地震波一定是横波D．在固体介质中只能传播纵波3.(多选)关于机械波，下列说法正确的是()A．介质中各相邻质点间必有相互作用力B．前一质点的振动带动相邻的后一质点的振动,后一质点的振动不一定落后于前一质点的振动C．波传播的速度方向和质点振动的速度方向相同D．波除了传递能量和振动形式外,还可以传递信息4.关于波下列说法正确的是（）A．介质中的质点随波的传播而迁移B．质点振动的方向总是垂直于波的传播方向C．波不但能传递能量，还能传递信息D．波传播的速度和质点振动速度相同5.（多选）关于机械波的说法正确的是（）A．相邻的质点要相互做功B．纵波的质点可以随波迁移，而横波的质点不能C．振源开始时怎样振动，其他质点开始时就怎样振动D．除振源外波中各质点都做受迫振动6.2011年3月11日，在日本近海地震引发海啸，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7.(多选)把一根长而软的螺旋弹簧竖直提起来，手有规律地上下振动，则（）A．在弹簧上形成一列机械波B．在弹簧上形成波峰和波谷C．弹簧上的质点自上而下振动D．弹簧上的机械波自上而下传播8.一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、、、、、六个质点，下列说法正确的是（）A．的振幅大于的振幅B．质点和的速度方向相同C．质点和的速度方向相同D．从此时算起，质点比先回到平衡位置9.一列波在介质中向某一方向传播，图为此波在某一时刻的波形图，并且此时振动还只发生在、之间，已知此波的周期为，质点速度方向在波形图中是向下的，下面说法中正确的是（）A．波源是，由波源起振开始计时，点已经振动时间B．波源是，由波源起振开始计时，点已经振动时间C．波源是，由波源起振开始计时，点已经振动时间D．波源是，由波源起振开始计时，点已经振动时间10.(多选)一列横波在某时刻的波形图象如图所示，此时质点的运动方向向下,则下列说法正确的是（）A．波水平向左传播B．质点与质点的运动方向相同C．质点比质点先回到平衡位置D．此时刻质点的加速度为零E．质点、、运动方向相同11.(多选)如图为一列简谐波在某时刻的波形图，、、、为介质中的四个质点，在波峰，在波谷，在平衡位置，的位移大小等于振幅的一半，四个质点的加速度大小分别为、、、，它们的速度大小分别为、、、，四个质点的振幅大小为、、、,则（）A．<<= B．>>==0C．=>> D．=<<E．===12.（多选）一列简谐横波在轴上传播，某时刻的波形图如图所示，、、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，比先到达最大位移处13.一列简谐横波某时刻的波形图如图所示，由此图可知（）A．若质点向下运动，则波是从左向右传播的B．若质点向上运动，则波是从左向右传播的C．若波从右向左传播，则质点向下运动D．若波从左向右传播，则质点向上运动14.（多选）一列在竖直方向向上振动的简谐波沿水平的轴正方向传播，振幅为20cm，周期为，现沿轴任意取五个相邻的点、、、、，它们在某一时刻离开平衡位置的位移都向上，大小都为10