选修3选修3-4第十二章 机械波1 波的形成和传播学案

第十二章 机械波

12.1波的形成和传播

【教学目标】

 （1）通过观察和分析，认识波是振动的传播，知道波在传播振动形式的同时也传播能量和信息。

（2）能区分横波和纵波，知道什么是波峰和波谷、密部和疏部

（3）知道什么是机械波和机械波形成的条件

重点：机械波的形成过程及传播

难点：机械波的形成过程及传播

【自主预习】

1．机械波产生的条件：(1)           ；(2)                   

2_机械波的形成

(1)实质：介质质点问存在相互作用力，介质中前面的质点带动后面的质点振动．

(2)质点间的作用：相邻的质点相互做功，l司时将振动形式与振源能量向外传播．

(3)介质质点的振动：从振源开始，每一个质点都由前面的质点带动做受迫振动．

3．机械波的分类：机械波分成        和        两类．

质点振动的方向与波的传播方向垂直的波叫      ．在横波中，凸起的最高处叫     ，凹下的最低处叫      。

质点的振动方向跟传播方向在同一直线上的波叫      ．在纵波中，质点分布最密的地方叫       质点分布最疏的部分叫       

4．          在            中的传播就形成机械波

5波的特点

(1)振幅：像绳波这种一维(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．

(2)周期：辑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)立场：各质点只在各自的平衡位置振动，并不随波逐流．

(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．

6．绳、弹簧、水、空气等是波借以传播的物质，叫做________。机械振动在介质中传播，形成了________。

7．介质中有机械波传播时，介质本身________随波一起传播。传播的只是____________。

【典型例题】

一、机械波的形成和传播

【例1】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

【例2】．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

二、横波和纵波

【例3】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

三、机械波

【例4】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

四、振动和波动的关系

【例5】如图12－1－1所示为沿水平方向的介质中的部分质点，每相邻两质点间距离相等，其中O为波源。设波源的振动周期为T，自波源通过平衡位置竖直向下振动时开始计时，经过质点1开始起振，则下列关于各质点的振动和介质中的波的说法中正确的是                            (　　)

A．介质中所有质点的起振方向都是竖直向下的，但图中质点9起振最晚

B．图中所有质点的起振时间都是相同的，起振的位置和起振的方向是不同的

C．图中质点8的振动完全重复质点7的振动，只是质点8振动时，通过平衡位置或最大位移的时间总是比质点7通过的相同位置时落后T/4

D．只要图中所有质点都已振动了，质点1与质点9的振动步调就完全一致，但如果质点1发生的是第100次振动，则质点9发生的就是第98次振动

【课后练习】

  1．关于横波和纵波，下列说法正确的是(　　)

A．质点的振动方向和波的传播方向垂直的波叫横波

B．质点振动方向和波的传播方向在同一直线上的波叫纵波

C．横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部

D．地震波是横波，声波是纵波

2．关于机械波的叙述，下列说法正确的是(　　)

A．在机械波的形成过程中，介质中的质点随波一起发生迁移

B．介质中的质点不随波一起发生迁移，只是在平衡位置附近沿波的传播方向往复振动

C．机械波传播的是机械振动这种运动形式

D．介质中各质点的振动周期是相同的

3．关于机械波的形成和传播，下列说法中正确的是(　　)

A．机械波只能在介质中传播，波源周围如果没有介质，就不能形成机械波

B．离波源较近的质点总比离波源较远的质点振动得迟一些

C．离波源较近的质点总比离波源较远的质点振动得早一些

D．一旦波源振动起来，介质中的各个质点也就立刻振动起来

4．关于机械波的几种说法，正确的是(　　)

A．机械波是介质随着波一起迁移的运动

B．机械波是机械振动在介质中的传播

C．机械波不能传递能量

D．机械波是介质中质点匀速直线运动速度的传递

5．横波和纵波的区别是(　　)

A．横波中，质点做振动，纵波中，质点沿波的传播方向运动

B．横波的传播速度一定比纵波慢

C．横波形成波峰和波谷，纵波形成疏部和密部

D．横波中各质点振动方向与波的传播方向在同一直线上，纵波中各质点振动方向与波的传播方向垂直

6．关于振动方向和波的传播方向，下列说法中正确的是(　　)

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相同

7．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

8．如图7－1所示为波沿着一条一端固定的绳子传播到B点时的波形图，由图可判断出A点开始振动的方向是(　　)

A．向左       B．向右 

C．向上       D．向下

9．下列关于波的应用正确的是(　　)

A．要将放在河中的纸船逐渐靠近河岸，可向比纸船更远处投掷石子形成水波

B．两个在水中潜泳并且靠得较近的运动员能听到对方发出的声音是声波在液体中传播的应用

C．光缆是利用机械波传递信息

D．宇航员在宇宙飞船里，击打船壁只能引起机械振动，不能形成声波

10．地震震动以波动的形式传播，地震波有纵波和横波之分，且纵波传播速度大于横波传播速度。

(1)如图7－2所示是某一地震波的传播图，其振幅为A，波长为λ，某一时刻质点a的坐标为(λ，0)，经周期该质点的坐标是多少？该波是纵波还是横波(　　)

A.　纵波     B．(λ，－A)　横波

C．(λ，A)　纵波       D.　横波

(2)若a、b两处与c处分别相距300 km和200 km。当c处地下15 km处发生地震，则(　　)

A．c处居民会感到先上下颠簸，后水平摇动

B．地震波是横波

C．地震波传到a地时，震动方向垂直于地面

D．a、b两处烈度可能不同

11．如图7－3所示为一简谐横波在某一时刻的波形图，已知此时质点A正向上运动，如图中箭头所示。由此可判定此横波(　　)

A．向右传播，且此时质点B正向上运动

B．向右传播，且此时质点C正向下运动

C．向左传播，且此时质点D正向上运动

D．向左传播，且此时质点E正向下运动

12．如图7－4所示，一列简谐波在某时刻的波形图，a、b、c、d为介质中的四个质点。a在波峰，d在波谷，c在平衡位置，b的位移大小等于振幅的一半，四个质点的加速度大小分别为aa、ab、ac、ad，它们的速度大小分别为va、vb、vc、vd，则(　　)

A．ac＜ab＜aa＝ad

B．ac＞ab＞aa＝ad＝0

C．va＝vd＞vb＞vc

D．va＝vd＜vb＜vc

13．一列简谐横波在x轴上传播，某时刻的波形图如图7－5所示，a、b、c为三个质元，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．该时刻以后，b比c先到达离平衡位置最远处

例题答案：

1. 【答案】A、B、C

【解析】振源的振动使其周围质点依次投入振动，之所以能依次振动下去，就是依靠了相邻质点间的相互作用力；沿波的传播方向，后一质点的振动必滞后于前一质点的振动；质点只在平衡位置附近振动，并不随波迁移。

2. 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和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；波源一旦将振动传给了介质，振动就会在介质中向远处传播；当波源停止振动时，介质仍然继续传播波源振动的运动形式，不会随波源停止振动而停止传播，即波不会停止传播，选项D错误。

答案：A、B

3. 【答案】C

【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C项正确。

4. 【答案】B、C、D

【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，而介质中质点振动方向是各质点在各自平衡位置做往复运动的方向，两者并无联系；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B、C、D正确。

5. 【答案】A、C、D

【解析】据波的传播特点知，波传播过程中各质点的振动总是重复波源的振动，所以起振方向相同，都是竖直向下，但从时间上来说，起振依次落后的时间，所以选项A、C正确，B错误；由题意知，质点9比质点1应晚起振两个周期，所以当所有质点都起振后，质点1与质点9步调完全一致，所以选项D正确。

课后练习：

1. 解析：根据横波和纵波的定义知，A、B、C正确，声波是一种纵波，但地震波中既有横波又有纵波，D错误。

答案：A、B、C

2. 解析：机械波传播的是机械振动这种运动形式，介质中的质点仅在平衡位置附近振动，并没有随波一起迁移，故A错，C对；质点在平衡位置的振动方向可与波的传播方向垂直，例如横波，故B错；由波的形成过程可知，D正确。

答案：C、D

3. 解析：机械波形成的条件是有波源和介质，两者缺一，则形不成机械波；机械波的形成可表述为离波源近的质点带动离波源远的质点，故离波源近的质点振动的早一些，分析知A、C正确。

答案：A、C

4. 解析：机械波传播的是波源的振动形式，传播能量和信息，传播过程中介质中各质点只在各自的平衡位置附近做往复运动，是变速运动，不随波迁移，故只有B项正确。

答案：B

5. 解析：无论在横波中，还是纵波中，质点都是在各自平衡位置附近振动，只不过横波中振动方向与传播方向垂直，而纵波中振动方向与传播方向在同一直线上；横波有波峰和波谷，纵波有疏部和密部；波的传播速度由介质决定，不同介质有不同波速，故只有C项正确。

答案：C

6. 解析：横波中的振动方向与传播方向垂直，故两者一定不同；纵波中振动方向与传播方向在同一直线上，故有时相同，有时相反，故B、C项正确。

答案：B、C

7. 解析：机械波有两类：横波和纵波。A项正确；横波与纵波中质点振动方向不同，但传播方向可以相同，故C项错误；在波传播过程中，离波源远的点重复离波源近的点的振动情况，故存在振动情况完全相同的点，D项错误。

答案：AB

8. 解析：由图可知，沿波传播方向B点的前边质点在其上方，B点要重复前边质点的振动，故B向上运动，故振源也是向上起振的，C项正确。

答案：C

9. 解析：机械波在介质中传播的过程中，质点只是在各自的平衡位置附近振动，介质本身并不迁移，故A错误；光缆是利用光波传递信息，故C错误；固体也能传播机械波，故D错误，B正确。

答案：B

10. 解析：(1)由题图知，该地震波为横波，即传播方向与振动方向垂直。经周期，a点到达负的最大位移处，即位移大小等于振幅。坐标为(λ，－A)。(水平方向质点并不随波逐流)(2)由于地震波有横波、纵波之分，二者同时发生，传播速度因波而异，传到a、b两处，由于v纵＞v横，A正确；由于距离不同烈度也不同，D项正确。

答案：(1)B　(2)A、D

11. 解析：先根据A点向上运动，可判定波向左传播(后一质点总是落后于前一质点的振动)，然后依据同一原则可断定D点应向上运动，选项C正确。

答案：C

12. 解析：由简谐运动规律可知，质点受F回与位移x的大小成正比，因而a的大小与x的大小成正比，所以aa＝ad＞ab＞ac，A项正确；而质点越靠近平衡位置v越大，越远离平衡位置v越小，所以va＝vd＜vb＜vc，D项正确。

答案：A、D

13. 解析：由波传播的规律和质元的振动是先振动的质元带动后振动的质元，由题图知a质元偏离平衡位置的位移，说明a质元左侧质元先于a质元振动，波是沿x轴正方向传播的，选项A正确；质元c和质元a之间有一波谷，质元c振动方向与质元a振动方向相反，质元c向下运动，故选项B错误；b质元正向着平衡位置运动，故b比c先到达平衡位置，选项C正确；c比b先到达偏离平衡位置的最远处，选项D是错误的。

答案：A、C