第三章 机 械 波1.波的形成\n一、机械波的形成与传播1.介质:绳、水、空气等能够_________的物质.2.机械波:_________在介质中的传播称为机械波.(1)产生条件:①产生_____的波源(振源);②传播振动的_____.传播振动机械振动振动介质\n(2)传播特点:①_____并不随波前进,只是机械振动这种_________的传播;②波是传递_____的一种形式.介质运动形式能量\n【判一判】(1)有振动就一定有机械波.()(2)有机械波就一定有振动.()(3)介质中的各质点并不随波向前迁移,只是在各自的平衡位置附近做往复运动.()\n提示:(1)×.形成机械波的必要条件是同时要有波源和介质,缺一不可.(2)√.波源(振源)是形成机械波的必要条件之一.(3)√.介质并不随波前进,传播的只是机械振动这种运动形式.\n二、波的分类项目分类定 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_____的波(1)波峰:凸起的_______(2)波谷:凹下的_______绳上形成横波垂直最高处最低处\n项目分类定 义标识性物理量实物波形纵波质点的振动方向与波的传播方向在_________上的波(1)密部:质点分布_____的地方(2)疏部:质点分布_____的地方弹簧上形成纵波同一直线最密最疏\n【判一判】(1)纵波中质点的振动方向与波的传播方向总是一致的.()(2)声波是纵波.()提示:(1)×.纵波中质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上,两者的方向有时一致,有时相反.(2)√.发声物体的振动会使周围的空气发生疏密变化,形成纵波向外传播.\n知识点一机械波的形成和传播特性思考探究:如图是艺术体操比赛中的带操表演,运动员手持细棒抖动彩带的一端,彩带随之波浪翻卷,翩翩起舞.请问:\n(1)波是怎样形成的?(2)波的传播有什么特点?提示:(1)彩带后面的质点在前面质点的带动下形成了带波.(2)彩带的每一点并没有随波向远处迁移,只是向远处传递了机械振动这种运动形式和能量.\n【归纳总结】1.机械波的形成:\n2.传播特点:(1)起振方向:介质中各质点的起振方向均与波源开始振动的方向相同.(2)立场:各质点只在各自的平衡位置附近振动,并不随波迁移.(3)步调:离波源越远,质点振动越滞后.\n(4)周期:各质点振动的周期均与波源的振动周期相同.(5)振幅:像绳波这种的一维(只在某个方向上传播)机械波,若不计能量损失,各质点的振幅相同.\n3.振动和波动的关系:(1)振动是波动的起因,波动是振动在介质中向周围的传播.(2)波动的周期等于质点振动的周期.(3)波源停振后,介质中的波动并不立即停止,而是继续向远处传播,直到振动能量完全损失.4.波的形成和传播特点可以总结为三句话:“前质点带后质点,后质点学前质点,后质点晚前质点.”\n【特别提醒】(1)波传播时,介质中的质点做受迫振动,每个质点的频率与波源的振动频率相同.(2)质点并不随波迁移,波传播的是机械振动的运动形式,同时也传播能量和信息.\n【典例示范】(多选)下列关于简谐波的说法正确的是()A.波中各质点的振动频率是相同的B.质点开始振动时的速度方向与波源的起振方向相同C.介质中质点随波由近及远地迁移D.波源的能量随振动形式由近及远地传播\n【解题探究】(1)波中各质点的振动频率跟什么因素有关系?提示:波中各质点的振动频率由波源的频率决定.(2)波中各质点是怎样运动的?提示:波中各质点在平衡位置附近做机械振动,并不随波迁移,但波的能量随振动形式由近及远地传播.\n【正确解答】选A、B、D.波中各质点的振动频率由波源的频率决定,都等于波源的振动频率,A正确;各质点开始振动时的速度方向与波源的起振方向相同,B正确;介质中各质点只是在平衡位置附近做简谐振动,不随波由近及远地迁移,C错误;波源的能量随振动形式由近及远地传播,D正确.\n【过关训练】1.一列沿着绳子向右传播的波,在传播方向上有A、B两点,它们的振动方向相同,C是A、B的中点,则C点的振动()A.跟A、B两点的振动方向一定相同B.跟A、B两点的振动方向一定相反\nC.跟A点的振动方向相同,跟B点的振动方向相反D.可能跟A、B两点的振动方向相同,也可能跟A、B两点的振动方向相反\n【解析】选D.波传播时,介质中各质点的振动方向与它们离开波源的距离有关.设某时刻绳子形成如图所示的形状,正在平衡位置的1、2、3…等点的振动方向相同(向上).\n由图可知:若A、B为1、2两点时,其中点C向下运动,与A、B两点的振动方向相反;若A、B为1、3两点时,其中点C向上运动,与A、B两点的振动方向相同.故选项D正确.\n2.(多选)关于机械波,下列说法正确的是()A.各质点都在各自的平衡位置附近振动B.相邻质点间必有相互作用力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\n【解析】选A、B、C.由于介质中各质点间存在相互作用力,所以当某个质点发生振动时,会带动周围质点的振动,所以前一个质点的振动比后一个质点的振动超前,但每个质点都在各自的平衡位置附近振动,不沿波传播的方向迁移.故选项A、B、C正确,D选项错误.\n【补偿训练】1.(多选)关于机械波的形成,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,只是时间上落后一步C.参与振动的质点的振动频率都相同D.机械波是介质随波迁移,也是振动能量的传递\n【解析】选B、C.若只有物体振动,而周围没有传播这种振动的介质,振动不可能由近及远传播出去形成机械波,A错.机械波中各振动质点都在重复波源的振动,振动频率都等于波源的频率,只是离波源越远,振动步调越落后,B、C正确.机械波中介质各质点只在自己平衡位置附近振动,不随波迁移,离波源较远的质点振动的能量是通过离波源近的各质点的传递从波源获得的,D错.\n2.(多选)一列横波沿绳子向右传播,某时刻绳子形成如图所示的凹、凸形状.对此时绳上A、B、C、D、E五个质点,则有()A.它们的振幅相同B.质点D和F的速度方向相同C.质点A和C的速度方向相同D.从此时算起,质点B比C先回到平衡位置\n【解析】选A、D.波源振动时,绳上各质点通过相互间的弹力跟着做受迫振动,不考虑传播中的能量损耗时,各质点的振幅相同,A正确;波传播时,离波源远的质点的振动落后于离波源近的质点的振动,并跟随着近的质点振动.由图可知,波源在左端,因此D点跟随近波源的质点C正向上运动,F点跟随近波源的质点E正向下运动,两者速度方向相反,B错误;同理,此时A点正向下运动,C点正向上运动,两者速度方向也相反,C错误;由于此时B、C两质点都向上运动,C比B迟到最大位移处,C回到平衡位置也比B较迟,D正确.\n知识点二横波与纵波的比较思考探究:\n(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)垂直.(2)在同一条直线上.\n【归纳总结】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\n【典例示范】下面关于横波、纵波的说法中正确的是()A.同一波源在同一介质中形成的机械波中可同时具有横波和纵波B.由于横波、纵波的振动方向与波的传播方向的关系不同,因此横波、纵波不可能沿同一方向传播\nC.横波、纵波在同一介质中的传播速度一定相等D.只要存在介质,不管是固体、液体或气体,均可传播横波和纵波\n【解题探究】(1)横波和纵波最本质的区别是什么?提示:横波和纵波最本质的区别是质点的振动方向与传播方向的关系,质点的振动方向与波的传播方向垂直的波是横波,质点的振动方向与波的传播方向平行的波是纵波.\n(2)能够传播横波的介质是否就不能传播纵波了?提示:有的介质中既可以传播横波,也可以传播纵波,具体是哪一种波,要根据振动方向与波传播方向间的关系判定.\n【正确解答】选A.同一波源产生的波中可同时具有横波、纵波,如地震波,A正确;虽然传播这两种波的介质质点振动方向与波传播方向的关系不同,但并不妨碍两者沿同一方向传播,B错误;在同一介质中,横波和纵波传播速度一般不同,如地震波中纵波比横波传播得快,C错误;横波可以在固体内传播,不可以在液体、气体中传播,而纵波可在固体、液体和气体中传播,D错误.\n【过关训练】1.有关纵波与横波,下列说法正确的是()A.振源上、下振动形成的波是横波B.振源水平推动形成的波是纵波C.波沿水平方向传播,质点上下振动,这类波是横波D.质点沿水平方向振动,波沿水平方向传播,这类波是纵波\n【解析】选C.根据纵波与横波的概念,质点振动方向与波传播方向垂直者为横波,沿同一直线者为纵波,并不是上、下振动与水平振动的问题.所以A、B错,C对.水平传播和水平振动还不足以说明是沿同一直线,则D错.\n2.某次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直弹簧振子P和水平弹簧振子H组成,如图所示,在一次地震中,震源在地震仪下方,观察到两振子相差5s开始振动,则()\nA.P先开始振动,震源距地震仪约36kmB.P先开始振动,震源距地震仪约25kmC.H先开始振动,震源距地震仪约36kmD.H先开始振动,震源距地震仪约25km\n【解析】选A.纵波比横波传得快,P先开始振动,设震源与地震仪相距为x,则=5s,解得x=36km,故选A.\n【补偿训练】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,质点的运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\n【解析】选D.质点的振动方向与波的传播方向垂直的波是横波,质点的振动方向与波的传播方向平行的波是纵波,A错误;纵波质点的运动方向与波的传播方向有时相同,有时相反,B错误;无论横波还是纵波,质点都不随波迁移,C错误;横波不能在空气中传播,空气只能传播纵波,D正确.\n2.下列关于横波、纵波的说法正确的是()A.凸凹相间的波叫横波,凸起的最高处叫波峰,凹下的最低处叫波谷B.质点振动方向和波的传播方向在同一直线上的波叫横波C.沿横向传播的波叫横波,沿纵向传播的波叫纵波D.沿横向传播的波叫纵波,沿纵向传播的波叫横波\n【解析】选A.质点的振动方向与波的传播方向垂直的波为横波,质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波为纵波,B、C、D错误;横波具有波峰和波谷,A正确.\n【拓展例题】考查内容:关于波的传播问题【典例示范】如图所示为波源开始振动后经过一个周期的波形图,设介质中质点振动周期为T,下列说法正确的是()\nA.若M质点为波源,则M质点开始振动时方向向下B.若M质点为波源,则P质点已经振动了TC.若N质点为波源,则P质点已经振动了TD.若N质点为波源,则该时刻P质点动能最大\n【正确解答】选C.若M质点为波源,相当于N质点追随它左边的质点,又因为是经过一个周期的波形,此时N质点的振动方向向上,即为波源开始振动的方向.振动刚刚传到N质点,P质点已振动了T,A、B错.若N质点为波源,则开始振动的方向向下,P质点已振动了T,又因为P质点离平衡位置最远,故此时速度为零,动能最小,故C对、D错.
