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第十二章机械波〔情景切入〕波是常见的运动现象，自然界里有各种各样的波，其中水波、声波是我们熟悉的。那么，波是怎样产生的？它有哪些规律？〔知识导航〕本章在机械振动的基础上学习波动的基础知识。波动是振动在介质中的传播而形成的，是自然界中一种普遍的运动形式。本章通过波的形成、波的描述、波的图象、波的传播规律、波的反射、折射、干涉、衍射等现象来学习波的基础知识，了解波的特性，为以后学习打下扎实的基础。波动是以振动为基础的一种运动形式，它研究的是波的传播方向上参与波动的一系列质点的运动规律。因此机械波的形成就构成了本章的难点，而形象的描绘机械波传播的波的图象是本章的重点。〔学法指导〕1.机械波的概念比较抽象，机械波的形成过程不易想象，因此要多做一些实验，通过实验来理解本章的有关知识。2.通过对比深化对机械波的认识。由于波动是以振动为基础的一种运动，所以运用波动与振动对比，波的图象与振动图象对比，有助于我们全面理解机械波。同时，在学习中应注意理解波的形成原理和传播规律，对波动图象分析时，要特别注意波传播的双向性和周期性。3.以波的波长、频率和波速的关系为基点，以波的图象为纽带，学习本章。4.培养空间想象能力和推理能力，本章知识要求会画出波的形成图或根据波的图象来描述波的物理量，这就要求我们运用空间想象能力正确画图、识图，再利用推理能力分析图。5.关于波的衍射、干涉、多普勒效应的学习，要多结合生活实例，注意理论联系实际。第一节波的形成和传播※了解波的形成和传播※知道横波和纵波、波峰和波谷、密部和疏部※知道机械波传播的是振动的形式、能量和信息1课前预习反馈2课内互动探究3核心素养提升4课内课堂达标5课后课时作业课前预习反馈1．波的形成以绳波为例：(1)可以将绳分成许多小段，每一段都可以看成________。(2)相邻质点间有相互作用，当振源质点振动时，会带动相邻点________。这一质点又会带动下一质点振动。波的形成与传播质点振动(3)后面质点的运动________前面质点的运动。(4)后面质点运动滞后前面质点的运动，同一时刻，各质点离开平衡位置的________是不同的，从而形成凹凸相间(疏密相间)的波形。2．波的传播绳端这种上下振动的状态沿________传播出去，称为波的传播。重复位移绳子机械波可分为横波和纵波两类，其波形及描述对比如下：机械波的分类垂直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相互________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________的位置最高处最低处同一直线上最密最疏1．介质(1)定义：绳、弹簧、水、空气等________借以传播的物质。(2)特点：组成介质的质点之间有________，一个质点的振动会引起相邻质点的振动。2．形成机械振动在________中传播，形成机械波。3．两个产生条件(1)要有________。(2)要有传播振动的________。机械波波相互作用介质振源介质4．传递的三个特点(1)介质中的机械波传播时，介质本身并不随波一起传播，它传播的只有________这种运动形式。(2)波是传递________的一种方式。(3)波可以传递________。振动能量信息『判一判』(1)在水平方向传播的波为横波。()(2)在机械波中各质点不随波的传播而迁移。()(3)机械波的形成和传播中，所有质点同时运动，同时停止运动。()(4)机械波在传播过程中，各质点振动的周期、起振方向都相同。()(5)纵波指的是质点的振动方向和波的传播方向垂直的波。()(6)横波中分密部和疏部，纵波中分波峰和波谷。()×√×√××『选一选』一个小石子投向平静的湖面中心，会激起一圈圈波纹向外传播，如果此时水面上有一片树叶(如图)，下列对树叶运动情况的叙述正确的是()A．树叶慢慢向湖心运动B．树叶慢慢向湖岸漂去C．在原处上下振动D．沿着波纹做圆周运动解析：由于波在传播过程中，只传递振动能量和波源所发出的信息，而各质点不随波迁移，只在各自的位置附近做振动，故选C。C『想一想』2019年6月17日，四川宜宾市长宁发生了6.0级地震，地震波中既有纵波，又有横波，而且由地壳传播时纵波速度大于横波速度。在地震时，当地居民感受的振动应该是怎样的？答案：当地居民首先会感到上下颠簸，后来又会感到在水平方向上左右摇动。解析：由纵波的传播特点：传播方向与质点的振动方向在同一直线上，并且因为纵波传播得快，所以居民首先会感到上下颠簸。由横波的传播特点：波的传播方向与振动方向垂直，且传播的速度较小，所以横波传来得晚，因此后来居民又会感到在水平方向上左右摇动。玉课内互动探究艺术体操也叫韵律体操，是一种艺术性很强的女子竞赛体操项目。19世纪末20世纪初起源于欧洲。艺术体操表演项目有很多，丝带舞表演就是其中之一，如图所示是一幅丝带舞的表演图。探究一机械波的形成及特点(1)丝带上的各点有没有随波迁移？(2)运动员的手停止抖动后，丝带上的波会立即停止吗？提示：(1)没有(2)不会解析：(1)波传播的只是振动形式，介质中各质点本身并不会随波迁移。(2)波传播的是能量，波源停止振动，但能量还会依次向外传播。1．机械波的形成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。(4)机械波传播的是波源的信息我们用语言进行交流，是利用声波传递信息。(5)机械波是一种“集体运动”波的形成离不开介质中大量质点的集体振动，个别质点形不成波。特别提醒：(1)有波源和有介质是形成机械波的必需条件，二者缺一不可。有振动不一定有机械波，有机械波一定有振动。(2)机械波在介质中传播时，介质中的各点不随波向前迁移，只在各自平衡位置附近做往复振动。下图是某绳上机械波形成过程的示意图。质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐振动，带动2、3、4……各个质点依次上下振动，把振动由绳的左端传到右端。已知t＝0时，质点1开始向上运动，t＝T4时，质点1到达最上方，质点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＝34T时，质点8、12、16的运动状态如何？(3)t＝T时，质点8、12、16的运动状态如何？(4)画出t＝T时此绳波的波形。解题指导：由于近波源的质点对相近质点有力的作用，使得远波源点要重复近波源质点的振动；同时参与波动的每个质点都在各自的平衡位置两侧往复运动，其振动具有周期性、对称性的特点。解析：由于质点间的相互作用，前面的质点总是带动后面的质点振动，所以后面的质点总是滞后于前面的质点。各质点在各时刻的运动情况，如图所示。甲t＝T2乙t＝34T丙t＝T(1)t＝T2时，质点8未达到最高点，正在向上振动，质点12、16未动，如图甲。(2)t＝34T时，质点8正在向下振，质点12向上振动，质点16未振动，如图乙。(3)t＝T时，质点8、12正在向下振动，质点16向上振动，如图丙。(4)t＝T时，质点1回到了平衡位置，质点5比质点1晚T4，处在负最大位移处，质点9比质点5晚T4，处在平衡位置向下振，质点13比质点10晚T4，处在正最大位移处，质点17刚刚开始向上起振，整条绳上的波形如图丙所示。〔对点训练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，声音听不清楚解析：两宇航员面对面讲话却无法听到，说明声波有振源却传播不出去，即缺乏声波传播的另一条件：没有介质，故B选项正确。B(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)相互垂直(2)在一条直线上解析：(1)绳波是横波(2)声波是纵波。探究二横波与纵波横波与纵波的比较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特别提醒：(1)绳波和声波分别是典型的横波和纵波，水波是比较复杂的机械波，不是横波。(2)在纵波中各质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上，而不是方向相同。机械波按质点振动方向与波传播方向的关系可分为横波和纵波。(1)(多选)关于介质中质点的振动方向和波的传播方向，下列说法正确的是()A．在横波中二者方向有时相同B．在横波中二者方向一定不同C．在纵波中二者方向有时相同D．在纵波中二者方向一定不同BC(2)如图所示，若一列横波在x轴上传播，a点是波传播方向上的某一质点，则质点a的振动方向一定上下振动吗？解题指导：深刻理解质点振动方向与波的传播方向的关系，在横波中二者“相互垂直”的含义，在纵波中二者“在同一直线上”的含义。解析：(1)在横波中质点振动方向和波的传播方向相互垂直，所以二者方向一定不同，故A错、B对，在纵波中二者方向在同一直线上，既可以相同，也可以相反，故C对、D错。(2)不一定。因为此波为横波，可知质点的振动方向与波的传播方向相互垂直，此波在x轴上传播，可知质点a的振动方向应在过a点且垂直于x轴的平面内，即质点a的振动方向可沿此平面的任意方向，不一定是上下方向的振动。答案：(2)不一定〔对点训练2〕(多选)下列关于横波与纵波的说法中，正确的是()A．声波一定是纵波B．水波一定是横波C．地震波既有横波，也有纵波D．横波只能在固体中传播，纵波既可以在固体中传播，也可以在液体、气体中传播解析：声波可以在空气中传播也可以在液体和固体中传播，空气中的声波一定是纵波，而液体、固体中的声波既可能是纵波，也可能是横波，故A错；水波既不是横波，也不是纵波，它的运动形式比较复杂，故B错；地震波既有横波，也有纵波，故发生地震时，地面既有上下振动，也有左右运动。C正确；D正确。CD核心素养提升振动与波动的比较名称项目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大量质点受到扰动时，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——回复力作用介质中质点受到相邻质点的扰动而随着运动，并由近及远的传播开去，且各部分都受到指向原平衡位置的力的作用名称项目振动波动运动性质变加速运动在均匀介质中匀速向前传播能量变化动能与势能相互转化，如果是简谐运动，机械能保持不变波的传播过程是能量传递过程，当波源停止振动不再向外传递能量时，各个质点的振动也会相继停下来(多选)(2018·湖北省襄阳市第四中学高二下学期月考)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AB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周期性地发生变化，选项C错误；波源一旦将振动传播给了介质，振动就在介质中向远处传播，而当波源停止振动时，振动在介质中仍然继续传播，不会随波源停止振动而停止传播，选项D错误。