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第1节波的形成和传播学习目标素养提炼1.理解机械波的形成过程和产生条件．2.知道机械波的种类——横波和纵波的概念．3.明确机械波传播的特点.物理观念：机械波、横波、纵波科学思维：机械波的传播01课前自主梳理02课堂合作探究03随堂演练达标04课后达标检测一、波的形成和传播1．波的形成(以绳波为例)(1)将一条绳划分成许多小段，这一个个小段可看作一个个相连的________．(2)这些质点间存在着____________．(3)波形成过程：当手握绳端上下振动时，绳端________相邻质点，使它也上下振动．这个质点又________更远一些的质点……绳子上的质点都跟着________起来，只是后面的质点总比前面的质点________开始振动．2．波的传播的振动形式绳波形成时，各质点均在各自的平衡位置附近振动，并没有随波向右________．质点相互作用带动带动振动迟一些迁移[思考]绳波形成后，绳上的凸起和凹陷向右平移，绳子上各振动质点也一起向右迁移了吗？日常生活中，发现球掉入池塘里，能否通过往池塘投入石块，借助石块激起的水波把球冲到岸边呢？提示：没有向右迁移．不能通过扔石块借助水波把球冲到岸边．向水中投石块水面受到石块的撞击开始振动，形成水波向四周传去，这是表面现象，实际上水波向四周传播时水只是上下运动而不会向外迁移，所以球也只是上下运动而不会向岸边运动．二、横波和纵波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的波(1)波峰：凸起的(2)波谷：凹下的纵波质点的振动方向与波的传播方向在的波(1)密部：质点分布的位置(2)疏部：质点分布的位置垂直最高处最低处同一直线上最密最疏[思考]如图是地震后场景．当地震发生时，地震波在地球内部和地表传播，有时使人感到左右摇晃，有时感到上下颠簸，由此可见地震波是什么波？提示：震源往往在地下某个深度的地方，地震发生时，人感到上下颠簸是因为有纵波，感到左右摇晃是因为有横波．所以，地震波既含有纵波成分又含有横波成分．三、机械波1．介质：波借以________的物质的叫作介质．2．机械波：机械振动在介质中传播，形成了机械波．3．机械波的特点(1)介质中有机械波传播时，介质本身并不随波________，机械波传播的只是____________________．(2)波在传播“振动”这种运动形式的同时，也将波源的能量传递出去．波是传递________的一种方式．(3)波不但传递能量，而且可以传递________．传播迁移振动这种运动形式能量信息[判断正误](1)形成机械波一定要有振源和介质．()(2)振源做简谐运动形成的波中，各质点的运动情况完全相同．()(3)横波向右传播时，处于波峰的质点也向右迁移．()(4)机械波向右传播时，右方的质点比左方的质点早一些振动．()(5)机械波的传播过程也就是能量的传递过程．()√×××√要点一机械波的形成及特点[探究导入]如图所示，手拿绳的一端，上下振动一次，使绳上形成一个凸起状态，随后形成一个凹落状态，可以看到，这个凸起状态和凹落状态在绳上从一端向另一端移动．如果在绳子上某处系一手帕做标记，观察手帕的运动有什么特点？手帕随着凸起状态和凹落状态在绳上从一端向另一端移动吗？提示：手帕标记做上下振动，并没有随凸起状态和凹落状态在绳上从一端向另一端移动．1．机械波的形成2．波的特点(1)振幅：像绳波这种只在某个方向上传播的机械波，若不计能量损失，各质点的振幅相同．(2)周期：各质点振动的周期均与波源的振动周期相同．(3)步调：离波源越远，质点振动越滞后．(4)各质点只在各自的平衡位置振动，并不随波迁移．(5)机械波向前传播的是振动这种运动形式，同时也传递能量和信息．[易错提醒]1波传播的只是波源的振动方式，各介质质点并不随波定向迁移.2当波源停止振动后，机械波并不立即消失，因为已经振动起来的质点，会将它们的振动方式和能量继续传播出去.[典例1]如图所示是某绳波形成过程的示意图，质点1在外力作用下沿直线方向做简谐运动，带动2、3、4……各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端．已知t＝0时，质点1开始向上运动，t＝T4时，1到达最上方，5开始向上运动．问：(1)t＝T2时，质点8、12、16的运动状态(是否运动、运动方向)如何？(2)t＝3T4时，质点8、12、16的运动状态如何？[解析]各质点在各时刻的情况，如图所示．(1)由甲图可知，t＝T2时，质点8未到达波峰，正在向上振动，质点12、16未振动．(2)由乙图可知，t＝3T4时，质点8正在向下振动，质点12向上振动，质点16未振动．[答案]见解析[方法技巧]机械波的形成和传播特点(1)机械波的形成过程及特点可以概括为“带动、重复、落后”，即前一质点“带动”后一质点振动，后一质点“重复”前一质点的振动形式，并且后一质点的振动“落后”于前一质点．(2)就整个物体来说，呈现的现象是波动，而就构成物体的单个质点来说，所呈现的现象是振动．(3)要画另一时刻的波形图，应先确定特殊点的位置，即此时刻在平衡位置或最大位移处的点，如例题中的波源1和质点5、9、13，这些点的位置确定后，其他点可顺势找出．1．(多选)在机械波中有()A．各质点都在各自的平衡位置附近振动B．相邻质点间有相互作用力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．各质点随波的传播而迁移解析：按“带动、重复、落后”的原则可判知B、C选项正确；按波的实质可知，波传播的只是波源的振动方式，各介质质点并不随波定向迁移，故A选项正确，D选项错误．答案：ABC2．(多选)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A、B、C、D、E、F六个质点，下列说法正确的是()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先回到平衡位置解析：波源振动时，绳上各质点通过相互间的弹力作用跟着做受迫振动，不考虑传播中的能量损耗时，各质点的振幅均相同，选项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，并跟随着离波源近的质点振动．由题图可知，波源在左端，因此，质点D跟随离波源近的质点C正向上运动，质点F跟随离波源近的质点E正向下运动，两者速度方向相反，选项B错误；同理，此时质点A正向下运动，质点C正向上运动，两者速度方向也相反，选项C错误；由于此时B、C两质点都向上运动，B比C先到最大位移处，故B比C先回到平衡位置，选项D正确．答案：AD要点二横波和纵波的区别[探究导入]如图所示的绳波中，质点振动方向和波的传播方向之间有什么关系？如图所示的弹簧波中质点振动方向和波的传播方向之间有什么关系？提示：垂直；平行．1．对横波和纵波的区别横波纵波概念在波动中，质点的振动方向与波的传播方向相互垂直在波动中，质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上介质机械横波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2.说明(1)发声体振动时在空气中产生的声波是纵波，声波不仅能在空气中传播，也能在固体、液体中传播．(2)不管是横波还是纵波，如果传播的振动是简谐运动，这种波就叫简谐波．[典例2]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[解析]从振动方向上看，质点振动方向与波的传播方向垂直的波叫横波，振动方向与波的传播方向在同一直线上的波叫纵波；从波形上看，横波有波峰和波谷，而纵波有密部和疏部，故A对，B、C、D错．[答案]A[规律总结]要区分横波和纵波，须从两个方面入手，一是划分标准，二是波形特征．(1)横波和纵波的最大区别表现在波的传播方向和质点振动方向的关系上．(2)横波和纵波都需要介质传播，但对介质的要求不同．3．下列关于横波的说法中，正确的是()A．横波中，质点的振动方向一定与波的传播方向垂直B．横波中，质点的振动方向也可能与波的传播方向在同一直线上C．横波中，波水平向右传播，各个质点一定上下振动D．能形成波峰、波谷的波是横波解析：横波的传播方向与质点的振动方向垂直，选项A正确，B、C错误；有波峰和波谷，但波的传播方向不一定与质点的振动方向垂直，即不一定是横波，选项D错误．答案：A4．(多选)下列有关横波与纵波的说法中正确的是()A．沿水平方向传播的波为横波B．纵波可以在固体、液体、气体介质中传播C．纵波与横波不可以同时在同一介质中传播D．凡是振动方向与波传播方向在同一条直线上的波都是纵波解析：质点振动方向与波传播方向垂直的波叫横波，A错误；纵波可在固体、液体和气体介质中传播，B正确；横波和纵波可同时在同一种介质中传播，如地震波，C错误；质点振动方向与波传播方向在同一条直线上的波叫纵波，D正确．答案：BD科学思维——机械波形成与传播中质点振动与波动的辨析振动波动运动现象振动是单个物体所表现出的周而复始的运动现象波动是介质中大量的质点受到扰动时，从扰动中心传播开来的周而复始的运动现象运动的成因物体由于某种原因离开平衡位置，同时受到指向平衡位置的力——回复力作用介质中的质点受到相邻质点的扰动而随着运动，并由近及远传播开去，且各部分都受到指向原位置的力的作用联系(1)振动是波的起因，波是振动的传播(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(多选)关于振动与波的关系，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发生周期性地变化，选项C错误；介质中一旦形成了波，介质中的质点就会将“振动”这种运动形式由近及远地向外传播，当波源停止振动时，介质中已经振动起来的质点还在振动，所以波将继续传播，选项D错误．答案：AB1．(多选)当波源开始振动后，在其周围介质中形成机械波，波源周围介质质点的振动与波源的振动相比较，两者一定相同的是()A．起振方向B．振动频率C．振动位移D．振动速度解析：介质质点按波源的振动方式振动，但其振动步调不一定相同，故A、B对，C、D错．答案：AB2．(多选)下列关于机械波的说法正确的是()A．机械波是传播能量的一种方式B．机械波中各质点做的是自由振动C．机械波中各质点在各自的平衡位置附近做往复运动，并不随波迁移D．横波和纵波是相对的，一列机械波既可以叫横波，也可以叫纵波解析：机械波传播的是波源的振动方式和能量，各质点并不随波迁移，A、C对；随波的传播，介质质点相继被带动而做受迫振动，B错；横波与纵波是按质点的振动方向与波的传播方向是垂直还是两者在同一条直线上划分的，并不是相对的，D错．答案：AC3．(多选)关于横波和纵波，下列说法正确的是()A．对于纵波，质点的振动方向和波的传播方向有时相同，有时相反B．对于横波，质点的运动方向与波的传播方向一定垂直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解析：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，但振动周期和频率一致，纵波质点的运动方向与波的传播方向有时相同，有时相反，A、B正确；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．答案：ABD4．(多选)一列简谐横波在x轴上传播，某时刻的波形图如图所示，a、b、c为三个质点，a正向上运动，由此可知()A．该波沿x轴正方向传播B．c正向上运动C．该时刻以后，b比c先到达平衡位置D．该时