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1波的形成和传播目标导航学习目标1.知道机械波的产生条件,明确振动与波的形成的关系。2.知道机械波传播的特点,知道什么是横波、什么是纵波。3.深刻认识振动和波的区别与联系。重点难点1.波的形成过程。2.机械波的特点。激趣诱思如图所示,把闹钟放在密闭的玻璃罩内,在玻璃罩外仍然可以听到闹钟的铃声,但如果将玻璃罩内的空气用抽气机抽去,就听不到闹钟的铃声。你能分析其中的物理原理吗?简答:机械波需要介质才能形成和传播。当玻璃罩内有空气,铃声通过空气迫使玻璃罩发生同频率振动,将铃声传给外界。若玻璃罩内空气被抽出,因缺少介质,闹钟的钟铃无法形成机械波,外界将听不到闹钟的铃声。预习导引一、波的形成和传播1.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。机械振动在介质中传播,形成机械波。2.介质中有机械波传播时,介质本身并不随波一起传播,因此它传播的只是振动这种运动形式。3.介质中本来静止的质点,随着波的传来而发生振动,可见波是传递能量的一种方式。4.我们能用语言进行交流,说明波可以传递信息。二、波的分类机械波可分为横波和纵波两类。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互相垂直的波①波峰:凸起的最高处②波谷:凹下的最低处绳上形成横波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纵波声波是纵波,它不仅能在空气中传播,也能在固体、液体中传播。预习交流将一支燃烧的蜡烛放在音响喇叭的纸盆前,让音响播放音乐,开大音量,蜡烛的火焰会随着音乐来回摆动,就像在跳舞一样。你知道这是为什么吗?答案:纸盆的振动产生声波,带动周围空气发生疏密变化,这种疏密相间的状态向外传播经过蜡烛火焰处时,引起火焰的摆动。一、波的形成与传播知识精要1.机械波的形成波源介质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。思考探究1.有的同学认为,“如果波源停止振动了,波也会立即停止振动”,这种说法对不对?答案:不对。虽然波源停止振动了,但波(也就是振动的形式和能量)还是可以继续向前传播的,即波可以离开波源而独立向前传播。2.有同学认为,“随波逐流”一词在波的形成中是很形象的,跟同学讨论交流你的看法。答案:在波的传播过程中,各质点只是在各自的平衡位置附近振动,把能量和振动形式向前传播,而自身并不随波一起向前传播,不要误认为波在传播时,质点也会“随波逐流”。典题例解【例1】(多选)关于机械波,下列说法中正确的是()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的振动,后一质点的振动必定落后于前一质点的振动D.各质点随波的传播而迁移思路分析:从力学角度分析,波能够向前传播的原因是相邻质点间存在相互作用力,波传播的是振动形式和能量,并不能把质点传播出去。解析:波在传播过程中,由于介质中各质点之间的相互作用,离波源较近的质点带动离波源较远的质点振动,每一质点都以它的平衡位置为中心振动,波传播的只是振动形式和振动能量,介质中的质点并不随波迁移。答案:ABC迁移应用1.(多选)在波的传播过程中,关于介质中的各个质点,下列说法正确的是()A.介质中的质点随波一起向前运动B.介质中的质点只是在平衡位置附近振动C.离波源越远,质点的振动越滞后D.介质中各个质点振动的步调虽然不一致,但频率相同解析:机械波传播时,介质中的质点只在平衡位置附近振动,并不随波一起向前运动,故A错,B正确。波源的振动由近及远向外传播,因此离波源越远的质点振动就会越滞后,故C正确。在波的传播过程中先发生振动的质点带动后面的质点发生振动,因此,虽然介质中各个质点振动的步调不一致,但频率都与波源的频率相同,故D正确。答案:BCD2.(多选)关于机械波,下列说法正确的是()A.机械波的传播方向就是介质中质点的振动方向B.机械波的传播伴随着振动能量的传递C.机械波传播的是振动这种运动形式,质点并不随波迁移D.波不但能传递能量,也能传递信息解析:机械波的传播方向是由波源通过介质向周围传播的方向,而介质中质点的振动方向是各质点在各自平衡位置附近做往复运动的方向,两者并无必然联系;机械波不仅传播振动的形式,而且也传递能量和信息,传播过程中,介质中的质点只在各自平衡位置附近做往复运动,并不随波迁移。故选项B、C、D正确。答案:BCD二、横波和纵波知识精要机械波可以分为横波和纵波,两种波比较如下: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思考探究1.有些同学以为“纵波的传播方向与质点的振动方向相同”。与同学交流讨论是否正确。答案:不正确。纵波的传播方向与质点的振动方向在同一条直线上,而不是方向相同。2.与同学讨论绳波、声波和水波的类型归属,如果讨论不能解决问题,建议上网搜索关于水波的形成机理。答案:绳波是典型的横波,声波是典型的纵波。水波是比较复杂的机械波,不能简单地认为是横波。但有时将水面波理想化为横波。典题例解【例2】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D.质点振动的快慢思路分析:根据横波和纵波的定义区分横波和纵波,即根据质点的振动方向和波的传播方向之间的关系进行区分。解析:横波与纵波是根据波的传播方向与质点的振动方向之间的关系定义的,如果传播方向和振动方向在同一条直线上,则该波就是纵波,如果传播方向和振动方向相互垂直,则该波就是横波。故选项C正确。答案:C迁移应用关于横波与纵波,下列说法中正确的是()A.质点上下振动形成的波是横波B.质点水平振动形成的波是纵波C.波沿水平方向传播,质点在竖直方向上下振动,这类波是横波D.质点在水平面内振动,波沿水平方向传播,这类波是纵波解析:质点的振动方向与传播方向垂直的波叫横波,而质点的振动方向与传播方向在同一直线上的波叫纵波,由定义可知,只有选项C正确。答案:C振动和波动的区别与联系知识链接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联系介质中各质点的弹力运动性质质点做变加速运动在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案例探究(多选)下列有关机械振动与机械波的说法中正确的是()A.有机械振动就一定有机械波B.机械波中各质点振幅一定相同C.机械波中各质点均做受迫振动D.机械波中各质点振动周期相同思路分析:根据振动与波动的关系以及质点振动的特点分析问题。解析:有机械振动不一定有机械波,故选项A错误;机械波传播中要消耗能量,所以振动幅度逐渐减小,各质点的振幅不一定相等,选项B错误;机械波传播中各质点都要受到它前面质点的作用,每个质点都在做受迫振动,各质点振动的周期相同,故选项C、D正确。答案:CD思悟升华波动与振动是两个不同的概念,有些同学会错误地认为振动就是波动。我们知道在波的传播过程中,一定有质点的振动,但质点振动,不一定能够形成波动,波动是许多质点振动而形成的,振动则是单个质点的运动。1.(多选)关于机械波的以下说法中,正确的是()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:波动的发生需要两个条件:振源和介质,选项A正确;波动过程中介质的质点并不随波迁移,只在各自的平衡位置附近振动,选项B错误;波动过程中振源的能量随波由近及远传播,选项C正确;波源的振动带动与之相连的质点的振动,并依次带动另外的质点振动,所以介质中各质点都做受迫振动,选项D错误。答案:AC2.在敲响古刹的大钟时,会发现,停止对大钟的撞击后,大钟仍“余音未绝”,分析其原因有()A.大钟的回声B.大钟继续振动C.人的听觉发生“暂留”的原因D.是钟杵在振动解析:停止对大钟的撞击,大钟仍然振动,继续形成声波,所以大钟仍“余音未绝”,选项B正确。答案:B3.(多选)一列波由波源向周围扩展开去,由此可知()A.介质中的各个质点由近及远地传播开去B.介质中的各个质点只是在各自的平衡位置附近振动,并不随波迁移C.介质将振动的能量由近及远地传播开去D.介质将振动的形式由近及远地传播开去解析:介质在传播机械波的过程中,只是把振动这种形式和振动的能量向外传播,而介质本身并不迁移,故选项A错误,B、C、D正确。答案:BCD4.如图(a)所示中有一条均匀的绳,1、2、3、4…是绳上一系列等间隔的点。现有一列简谐横波沿此绳传播。某时刻,绳上9、10、11、12四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12的位移为零,向上运动,点9的位移达到最大值。试在图(c)中画出再经过34周期时点3、4、5、6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)完全相同。解析:根据横波的形成原理,由题中给出9、10、11、12四点的位置和运动方向,可画出其他各点的位置和运动方向,如图甲所示,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34T各个质点的位置和运动方向,如图甲虚线所示。则可知经过34周期时点3、4、5、6的位置和速度方向,如图乙所示。答案:见解析