《2022-2023版高中物理 第二章 機械波 1 機械波的形成和傳播學(xué)案 教科版選修3-4》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2022-2023版高中物理 第二章 機械波 1 機械波的形成和傳播學(xué)案 教科版選修3-4（12頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、2022-2023版高中物理 第二章 機械波 1 機械波的形成和傳播學(xué)案 教科版選修3-4 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.知道機械波的產(chǎn)生條件，理解機械波的形成過程.2.知道橫波和縱波的概念.3.知道機械波傳播的特點.4.掌握波的傳播方向與質(zhì)點振動方向的關(guān)系. 一、機械波的形成和傳播 1.機械波的形成和傳播(以繩波為例) (1)繩上的各小段可以看做質(zhì)點. (2)由于繩中各部分之間都有相互作用的彈力聯(lián)系著，先運動的質(zhì)點帶動后一個質(zhì)點的運動，依次傳遞，使振動狀態(tài)在繩上傳播. 2.介質(zhì) 能夠傳播振動的物質(zhì). 3.機械波 (1)定義 機械振動在介質(zhì)中的傳播. (2)傳播的特點 ①波傳播

2、的是振動這種形式，而介質(zhì)的每個質(zhì)點只在自己的平衡位置附近振動，并不隨波遷移. ②波在傳播“振動”這種運動形式的同時，也在傳遞能量，而且可以傳遞信息. 4.波源：引起初始振動的裝置. 二、橫波與縱波 1.波的分類 按介質(zhì)中質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向的關(guān)系不同，常將波分為橫波和縱波. 2.橫波 (1)定義：介質(zhì)中質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向垂直的波. (2)標(biāo)識性物理量 ①波峰：凸起來的最高處. ②波谷：凹下去的最低處. 3.縱波 (1)定義：介質(zhì)中質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向平行的波. (2)標(biāo)識性物理量 ①密部：介質(zhì)中質(zhì)點分布密集的部分. ②疏部：介質(zhì)中質(zhì)點分布

3、稀疏的部分. 4.簡諧波 不管橫波還是縱波，如果傳播的振動是簡諧運動，這種波叫做簡諧波. [即學(xué)即用] 1.判斷下列說法的正誤. (1)質(zhì)點的振動位置不斷轉(zhuǎn)換即形成波.(　×　) (2)在繩波的形成和傳播中，所有質(zhì)點同時開始運動，同時停止運動.(　×　) (3)物體做機械振動，一定產(chǎn)生機械波.(　×　) (4)質(zhì)點沿水平方向振動，波沿水平方向傳播，這樣的波一定是橫波.(　×　) 2.繩波在某時刻的形狀如圖1所示，若O是波源，則此刻A點受到方向________的作用力；若O′是波源，則此刻A點受到方向________的作用力(均填“向上”或“向下”). 圖1 答案　向上

4、　向下 一、機械波的形成、傳播及特點 [導(dǎo)學(xué)探究]　如圖2所示，手拿繩的一端，上下振動一次，使繩上形成一個凸起狀態(tài)，隨后形成一個凹落狀態(tài)，可以看到，這個凸起狀態(tài)和凹落狀態(tài)在繩上從一端向另一端移動.如果在繩子上某處做一紅色標(biāo)記，觀察這一紅色標(biāo)記的運動. 圖2 (1)紅色標(biāo)記有沒有隨波遷移？ (2)當(dāng)手停止抖動后，繩上的波會立即停止嗎？ 答案　(1)沒有.紅色標(biāo)記只在豎直方向上下振動. (2)不會. [知識深化]　波的形成、傳播及特點 (1)機械波的形成與傳播 (2)波的特點 ①振幅：像繩波這種一維(只在某個方向上傳播)機械波，若不計能量損失，各質(zhì)點的振幅相同.

5、 ②周期(頻率)：各質(zhì)點都在做受迫振動，所以各質(zhì)點振動的周期(頻率)均與波源的振動周期(頻率)相同. ③步調(diào)：離波源越遠，質(zhì)點振動越滯后. ④運動：各質(zhì)點只在各自的平衡位置附近做往復(fù)振動，并不隨波遷移.各質(zhì)點的起振方向都與波源開始振動的方向相同. ⑤實質(zhì)：機械波向前傳播的是振動這種運動形式，同時也可以傳遞能量和信息. 例1　如圖3所示，是某繩波形成過程的示意圖.質(zhì)點1在外力作用下沿豎直方向做簡諧運動，帶動2、3、4、…各個質(zhì)點依次上下振動，把振動從繩的左端傳到右端.已知t＝0時，質(zhì)點1開始向上運動，t＝時，1到達最上方，5開始向上運動.問： 圖3 (1)t＝時，質(zhì)點8、12

6、、16的運動狀態(tài)(是否運動、運動方向)如何？ (2)t＝時，質(zhì)點8、12、16的運動狀態(tài)如何？ 答案　見解析 解析　各質(zhì)點在各時刻的情況，如圖所示： (1)由甲圖可知，t＝時，質(zhì)點8未達到波峰，正在向上振動，質(zhì)點12、16未振動. (2)由乙圖可知，t＝時，質(zhì)點8正在向下振動，質(zhì)點12向上振動，質(zhì)點16未振動. 波動過程中各質(zhì)點的運動規(guī)律可用三句話來描述： (1)先振動的質(zhì)點帶動后振動的質(zhì)點. (2)后振動的質(zhì)點重復(fù)前面質(zhì)點的振動. (3)后振動的質(zhì)點的振動狀態(tài)落后于先振動的質(zhì)點. 概括起來就是“帶動、重復(fù)、落后”. 針對訓(xùn)練　(多選)下列關(guān)于機械波的說法中，

7、正確的是(　　) A.波傳播過程中，質(zhì)點也隨著波移動 B.相鄰質(zhì)點間必有相互作用力 C.前一質(zhì)點的振動帶動相鄰的后一質(zhì)點的振動，后一質(zhì)點的振動必定落后于前一質(zhì)點的振動 D.離波源越遠，質(zhì)點的振動頻率越小 答案　BC 二、橫波和縱波 [導(dǎo)學(xué)探究]　如圖4所示， 圖4 (1)圖甲是繩波，其中質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向是什么關(guān)系？ (2)圖乙是聲波，其中質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向是什么關(guān)系？ 答案　(1)相互垂直.　(2)相互平行. [知識深化]　橫波與縱波的區(qū)別 (1)質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向的關(guān)系不同：橫波中，質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直；縱波中，質(zhì)點的

8、振動方向與波的傳播方向平行. (2)傳播介質(zhì)不同：橫波只能在固體介質(zhì)中傳播；縱波在固體、液體和氣體中均能傳播. (3)特征不同：橫波中交替、間隔出現(xiàn)波峰和波谷；縱波中交替、間隔出現(xiàn)密部和疏部. 例2　關(guān)于橫波和縱波，下列說法正確的是(　　) A.振源上下振動形成的波是橫波 B.振源水平振動形成的波是縱波 C.波沿水平方向傳播，質(zhì)點上下振動，這類波是橫波 D.質(zhì)點沿水平方向振動，波沿水平方向傳播，這類波是縱波 答案　C 解析　根據(jù)橫波和縱波的概念，質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向相互垂直的波叫做橫波，質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向平行的波叫做縱波，并不是上下振動與水平振動的問題，所以

9、A、B選項錯誤，C選項正確；質(zhì)點沿水平方向振動，波沿水平方向傳播，并不能說明二者方向平行，故D選項錯誤. 三、振動與波的關(guān)系 1.區(qū)別 (1)研究對象不同——振動是單個質(zhì)點在平衡位置附近的往復(fù)運動，是單個質(zhì)點的“個體行為”；波動是振動在介質(zhì)中的傳播，是介質(zhì)中彼此相連的大量質(zhì)點將波源的振動傳播的“群體行為”. (2)力的來源不同——產(chǎn)生振動的回復(fù)力，可以由作用在物體上的各種性質(zhì)的力提供；而引起波動的力，則總是聯(lián)系介質(zhì)中各質(zhì)點的彈力. 2.聯(lián)系 (1)振動是波動的原因，波動是振動的結(jié)果；有波動必然有振動，有振動不一定有波動. (2)波動的性質(zhì)、頻率和振幅與振源相同. 例3　(多選)

10、關(guān)于振動和波的關(guān)系，下列說法中正確的是(　　) A.振動是波的成因，波是振動的傳播 B.振動是單個質(zhì)點呈現(xiàn)的運動現(xiàn)象，波是許多質(zhì)點聯(lián)合起來呈現(xiàn)的運動現(xiàn)象 C.波的傳播速度就是質(zhì)點振動的速度 D.波源停止振動時，波立即停止傳播 答案　AB 解析　機械波的產(chǎn)生條件是有波源和介質(zhì).由于介質(zhì)中的質(zhì)點之間存在相互作用，一個質(zhì)點的振動帶動相鄰質(zhì)點的振動由近及遠傳播而形成波，所以選項A、B正確；波的傳播速度是波形由波源向外伸展的速度，而質(zhì)點振動的速度和方向都隨時間周期性地發(fā)生變化，選項C錯誤；波源一旦將振動傳給了介質(zhì)，振動就會在介質(zhì)中向遠處傳播，當(dāng)波源停止振動時，介質(zhì)仍然繼續(xù)傳播波源振動的運動形

11、式，不會隨波源停止振動而立即停止傳播，選項D錯誤. 四、由“帶動法”確定質(zhì)點的振動方向 帶動法 原理：先振動的質(zhì)點帶動鄰近的后振動的質(zhì)點. 方法：在質(zhì)點P靠近波源一方附近的波形圖上另找一點P′，若P′在P上方，則P向上運動，若P′在P下方，則P向下運動.如圖5所示. 圖5 例4　一列橫波沿繩子向右傳播，某時刻繩子形成如圖6所示的形狀，對此時繩上A、B、C、D、E、F六個質(zhì)點的說法正確的是(　　) 圖6 A.質(zhì)點B向右運動 B.質(zhì)點D和質(zhì)點F的速度方向相同 C.質(zhì)點A和質(zhì)點C的速度方向相同 D.從此時算起，質(zhì)點B比質(zhì)點C先回到平衡位置 答案　D 解析　波傳播時，

12、離波源遠的質(zhì)點的振動落后于離波源近的質(zhì)點的振動，并跟隨著離波源近的質(zhì)點振動，D跟隨C向上運動，F(xiàn)跟隨E向下運動，同理，A向下運動，C向上運動，由此可知選項B、C錯誤；由于此時B和C都向上運動，所以B比C先到達最大位移處，并先回到平衡位置，選項A錯誤，D正確. 1.(機械波的形成和傳播)(多選)如圖7所示為沿水平方向的介質(zhì)中的部分質(zhì)點，每相鄰兩質(zhì)點的距離相等，其中O為波源，設(shè)波源的振動周期為T，從波源通過平衡位置豎直向下振動開始計時，經(jīng)質(zhì)點1開始振動，則下列說法中正確的是(　　) 圖7 A.介質(zhì)中所有質(zhì)點的起振方向都是豎直向下的，但圖中質(zhì)點9起振最晚 B.圖中所畫出的質(zhì)點起振時間

13、都是相同的，起振的位置和起振的方向是不同的 C.圖中質(zhì)點8的振動完全重復(fù)質(zhì)點7的振動，只是質(zhì)點8振動時通過平衡位置或最大位移處的時間總是比質(zhì)點7通過相同的位置時落后 D.只要圖中所有質(zhì)點都已振動了，質(zhì)點1與質(zhì)點9的振動步調(diào)就完全一致，如果質(zhì)點1發(fā)生的是第100次振動，則質(zhì)點9發(fā)生的就是第98次振動 答案　ACD 解析　從題圖可知，質(zhì)點9是圖中距波源最遠的點，盡管與波源起振方向相同，但起振時刻最晚，故A正確，B錯誤；質(zhì)點7與質(zhì)點8相比，質(zhì)點7在質(zhì)點8的前面，兩質(zhì)點的振動步調(diào)相差，故C正確；質(zhì)點9比質(zhì)點1晚2T開始起振，一旦質(zhì)點9起振后，質(zhì)點1、9的振動步調(diào)就完全一致，故D正確. 2.(

14、橫波和縱波)有關(guān)橫波與縱波，下列說法中正確的是(　　) A.對于縱波，質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向一定相同 B.對于橫波，質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直 C.縱波的質(zhì)點可以隨波遷移，而橫波的質(zhì)點不能 D.橫波只能在固體中傳播，縱波只能在液體、氣體中傳播 答案　B 解析　縱波質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向平行，方向并不一定相同，故A選項錯誤；機械波的質(zhì)點只是在其平衡位置附近做簡諧運動，并不隨波遷移，無論橫波和縱波都是這樣，故C選項錯誤；橫波只能在固體中傳播，縱波可在固體、液體和氣體中傳播，故D選項錯誤. 3.(振動與波的關(guān)系)(多選)關(guān)于機械波和機械振動，下列說法中正確的是(　　)

15、 A.機械振動就是機械波，機械波就是機械振動 B.有機械波，則一定有機械振動 C.機械波就是質(zhì)點在介質(zhì)中的運動路徑 D.在波傳播方向上各個質(zhì)點都有相同的振動頻率和振幅 答案　BD 解析　機械振動在介質(zhì)中傳播，形成了機械波，A錯；波的形成有兩個條件，一是要有波源，二是要有介質(zhì)，所以，有機械波一定有機械振動，B對；在波的形成和傳播過程中，各質(zhì)點不隨波遷移，C錯；離波源較遠的質(zhì)點依靠前面質(zhì)點的帶動，所以頻率、振幅相同，D對. 4.(由“帶動法”確定質(zhì)點的振動方向)振源A帶動細繩上各點上下做簡諧運動，t＝0時刻繩上形成的波形如圖8所示.規(guī)定繩上質(zhì)點向上運動的方向為x軸的正方向，則P點的振

16、動圖像是(　　) 圖8 答案　B 解析　由“帶動法”可知此時P點從平衡位置開始向下振動，B正確. 一、選擇題 考點一　機械波的形成、傳播和特點 1.在敲響古剎里的大鐘時，有的同學(xué)發(fā)現(xiàn)，停止對大鐘的撞擊后，大鐘仍“余音未絕”，分析其原因是(　　) A.大鐘的回聲 B.大鐘在繼續(xù)振動，空氣中繼續(xù)形成聲波 C.人的聽覺發(fā)生“暫留” D.大鐘雖停止振動，但空氣仍在振動 答案　B 解析　停止對大鐘的撞擊后，大鐘的振動不會立即停止，振動的能量不會立即消失，因此還會在空氣中形成聲波，這就是余音未絕的原因，所以選項B正確. 2.在一平靜的湖面上漂浮著一輕木塊，向湖中投

17、入一石塊，在湖面上激起水波，關(guān)于木塊的運動情況.以下說法正確的是(　　) A.因為“隨波逐流”，木塊將被推至遠處 B.因不知道木塊離波源的遠近如何，所以無法確定木塊的運動情況 C.無論木塊離波源的遠近如何，它都不能被波推動，最多只能在湖面上做上下振動 D.木塊被推動的距離與木塊的質(zhì)量大小和所受水的阻力的大小等情況有關(guān) 答案　C 解析　波傳播的是振動這種形式，各質(zhì)點在各自平衡位置附近運動，并不隨波遷移，故A、B、D錯誤，C正確. 3.(多選)關(guān)于機械波的說法正確的是(　　) A.相鄰的質(zhì)點要相互做功 B.機械波在真空中也能傳播 C.波源開始時怎樣振動，其他質(zhì)點開始時就怎樣振動

18、 D.除波源外，波中各質(zhì)點都做受迫振動 答案　ACD 解析　機械波是由于介質(zhì)中前面的質(zhì)點帶動后面的質(zhì)點，使波源的振動形式與波源的能量向遠處傳播而形成的，前、后質(zhì)點間存在相互作用力，因而相互做功，故A正確；機械波的傳播必須有介質(zhì)，在真空中不能傳播，故B錯誤；波源依次帶動后面的質(zhì)點，每個質(zhì)點都做受迫振動，每個質(zhì)點的頻率都與波源頻率相同，并且都“仿照”波源振動，故C、D正確. 4.(多選)關(guān)于機械波的形成，下列說法中正確的是(　　) A.物體做機械振動，一定產(chǎn)生機械波 B.后振動的質(zhì)點總是跟著先振動的質(zhì)點振動，只是時間上落后一步 C.參與振動的質(zhì)點都有相同的頻率 D.機械波是質(zhì)點隨波

19、遷移，也是振動能量的傳遞 答案　BC 解析　機械波的形成必須具備的兩個條件：波源和介質(zhì)，物體做機械振動，若其周圍沒有傳播這種振動的介質(zhì)，遠處的質(zhì)點不可能振動起來形成機械波，故A選項錯誤；形成機械波的各振動質(zhì)點只在各自的平衡位置附近做簡諧振動，并不隨波遷移，故D選項錯誤. 5.一列簡諧橫波在介質(zhì)中傳播，當(dāng)波源質(zhì)點突然停止振動時，介質(zhì)中其他質(zhì)點的振動及能量傳遞的情況是(　　) A.所有質(zhì)點都立即停止振動 B.已經(jīng)振動的質(zhì)點將繼續(xù)振動，未振動的質(zhì)點則不會振動 C.能量將會繼續(xù)向遠處傳遞 D.能量傳遞立即停止 答案　C 6.關(guān)于機械波，下列說法中正確的是(　　) A.自然界所刮的風(fēng)

20、就是一種機械波 B.波不僅能傳遞能量，而且參與振動的質(zhì)點也在隨波遷移 C.波將波源的振動形式傳播出去的同時，也可以傳遞信息 D.傳播機械波的介質(zhì)一定是可以自由流動的 答案　C 考點二　橫波和縱波 7.區(qū)分橫波和縱波的依據(jù)是(　　) A.是否沿水平方向傳播 B.質(zhì)點振動的方向和波傳播的遠近 C.質(zhì)點振動的方向和波傳播的方向是相互垂直還是相互平行 D.質(zhì)點振動的快慢 答案　C 8.關(guān)于橫波和縱波，下列說法正確的是(　　) A.對于橫波和縱波，質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向都是有時相同，有時相反 B.對于縱波，質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向一定相同 C.形成縱波的質(zhì)點，隨波

21、一起遷移 D.空氣介質(zhì)只能傳播縱波 答案　D 9.某地區(qū)地震波中的橫波和縱波傳播速率分別約為4km/s和9 km/s.一種簡易地震儀由豎直彈簧振子P和水平彈簧振子H組成(如圖1所示).在一次地震中，震源在地震儀下方，觀察到兩振子相差5s開始振動，則(　　) 圖1 A.P先開始振動，震源距地震儀約36km B.P先開始振動，震源距地震儀約25km C.H先開始振動，震源距地震儀約36km D.H先開始振動，震源距地震儀約25km 答案　A 解析　橫波速度小于縱波速度，所以P先開始振動.由＋5s＝，可得x＝36km，則A正確，B、C、D錯誤. 考點三　由“帶動法”確定質(zhì)點

22、的振動方向 10.如圖2所示為波沿一條固定的繩子向右剛傳播到B點時的波形，由圖可判斷A點剛開始的振動方向是(　　) 圖2 A.向左B.向右C.向下D.向上 答案　D 解析　根據(jù)“帶動法”可知B點要向上振動，且所有點的起振方向都相同，所以D正確. 11.一列簡諧橫波沿左右方向傳播，某時刻的波形如圖3所示，已知此時質(zhì)點F的運動方向向下，則(　　) 圖3 A.此波向右傳播 B.此時質(zhì)點C向上運動 C.質(zhì)點C將比質(zhì)點B先回到平衡位置 D.質(zhì)點E的振幅為零 答案　C 解析　已知質(zhì)點F的運動方向向下，即F質(zhì)點正在“模仿”右邊質(zhì)點的振動，這說明波源在右邊，波從右向左傳播，選

23、項A錯誤；此時質(zhì)點C剛到達最大位移處，速度為0，此后向下運動，選項B錯誤；質(zhì)點B要先向上運動到達波峰位置再回到平衡位置，而質(zhì)點C直接從波峰位置回到平衡位置，所以選項C正確；振幅指的是質(zhì)點離開平衡位置的最大距離，雖然此時質(zhì)點E的位移為零，但其振幅不為零，選項D錯誤. 12.一列波在介質(zhì)中向某一方向傳播，圖4為此波在某一時刻的波形圖，并且此時振動還只發(fā)生在M、N之間，已知此波的周期為T，Q質(zhì)點速度方向在波形圖中是向下的，下面說法中正確的是(　　) 圖4 A.波源是M，由波源起振開始計時，P質(zhì)點已經(jīng)振動的時間為T B.波源是N，由波源起振開始計時，P質(zhì)點已經(jīng)振動的時間為 C.波源是N，

24、由波源起振開始計時，P質(zhì)點已經(jīng)振動的時間為 D.波源是M，由波源起振開始計時，P質(zhì)點已經(jīng)振動的時間為 答案　C 解析　由于此時Q質(zhì)點向下振動，且Q質(zhì)點右邊鄰近質(zhì)點在Q質(zhì)點下方，則波向左傳播，N是波源.經(jīng)過一個周期，振動從N點傳播到M點，又因從波源N起振開始計時，需經(jīng)T，P質(zhì)點才開始振動，故P質(zhì)點已振動了，選項C正確. 二、非選擇題 13.(機械波的形成和傳播)如圖5甲所示為波源的振動圖像，圖乙為均勻介質(zhì)中同一條直線上等間距的質(zhì)點在t＝1s時的振動狀態(tài)，其中質(zhì)點4剛開始振動.請在圖丙中畫出t＝5s時質(zhì)點的振動狀態(tài). 圖5 答案　見解析圖 解析　由題圖甲知波源振動周期T＝4s，根據(jù)波傳播的規(guī)律知t＝5s時，波源出現(xiàn)在波峰，質(zhì)點16剛開始振動.如圖所示.