机械波__

1　波的形成

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、横波与纵波

1．横波：质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波，叫作横波．在横波中，凸起的最高处叫作波峰，凹下的最低处叫作波谷．

2．纵波：质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波，叫作纵波．在纵波中，质点分布最密的位置叫作密部，质点分布最疏的位置叫作疏部．

3．声波：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，也能在液体、固体中传播．但不管在哪种介质中，声波都是纵波．

如图所示，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？

提示：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．

考点一　　波的形成和传播

1．波的概念

振动的传播称为波动，简称波．

2．波源

引起波动的振动体叫波源．

3．介质

能够传播机械振动的物质叫介质，它可以是固、液、气三态中任意一种，可以把介质看成由许多质点构成，各质点跟相邻质点互相联系．

4．波的形成

在介质中，波源首先振动，带动邻近的质点依次振动，形成向远处传播的波动．

【实例精讲】　当手握绳端上下振动时，绳端带动相邻质点，使它也上下振动．这个质点又带动更远一些的质点……绳上的质点都很快振动起来，只是后面的质点总比前面的质点迟一些开始振动．如图所示．

它有以下特点：(1)振动由振源逐步向远处传播；(2)各质点相继发生振动，后一质点将重复前一质点的振动；(3)各质点的起振方向均相同；(4)各质点只在平衡位置附近做机械振动，而不随波迁移．

6．波的形成条件

波源通过质点间的弹力作用带动周围质点振动，故波的传播必须有弹性介质存在，即有波源和介质．

【例1】　(多选)如图所示，沿水平方向的介质中的部分质点，每相邻质点间的距离相等，其中0为波源，设波源的振动周期为T.自波源通过平衡位置向下振动时开始计时，经过，质点1开始振动，则下列说法中正确的是(　　)

A．介质中所有的质点的起振方向都竖直向下，但图中质点9起振最晚

B．图中所画的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起振后，通过平衡位置或最大位移处的时间总是比质点7通过相同位置时落后

D．只要图中所有的质点都已振动了，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发生的是第98次振动

【审题指导】

1．波源起振后，假设介质之间没有相互作用，能形成波吗？

2．波源起振后，后面的质点振动是由前面的质点带动引起的，因此各质点起振方向有什么特点？

3．形成波后，沿波传播方向各质点振动的周期有什么关系？

4．在同一介质中，波源振动的每个周期，波传播的距离有什么关系？

【解析】　从图中可知，质点9是图中距波源最远的点，尽管与振源起振方向相同，但起振时刻最晚，故A正确，B错误；质点7与质点8相比较，质点7是质点8的前一个质点，7、8两质点的振动步调相差，故C正确；波由质点1传播到质点9正好是2个周期的时间，质点9比质点1晚2T开始起振，一旦质点9起振后，质点1、9振动步调完全一致，故D正确．

【答案】　ACD

细绳的一端在外力作用下从t＝0时刻开始做简谐运动，激发出一列简谐横波，如图所示，在细绳上选取15个点，图甲为t＝0时刻各点所处的位置，图乙为t＝T/4时刻的波形图(T为波的周期)．请你在图丙中画出t＝3T/4时刻的波形图．

答案：t＝T时刻的波形如下图所示．

解析：由题知，t＝时刻，第1个质点到达最高点，第4个质点起振，则再经，即t＝时刻，第4个质点到达最高点，第7个质点起振，再经，即t＝T时刻，第7个质点到达最高点，第10个质点起振．

考点二　　横波和纵波

1．横波

(1)概念：质点的振动方向跟波的传播方向相互垂直的波，叫作横波．

(2)波形特点：凹凸相间．

【说明】　形成横波的各质点可在与波传播方向垂直的任意方向上振动．

(3)波峰和波谷：在横波中，凸起的最高处叫作波峰，凹下的最低处叫作波谷．

2．纵波

(1)概念：质点的振动方向跟波的传播方向在同一直线上的波，叫作纵波．

(2)波形特点：疏(疏部)密(密部)相间．

(3)密部和疏部：在纵波中，质点分布最密的位置叫作密部，质点分布最疏的位置叫作疏部．

3．横波和纵波的区别

　　4.实际生活中的纵波与横波

声波是纵波，地震波既有横波又有纵波．水波比较复杂，水的内部只能传播纵波，由于表面张力作用，水的表面可以传播横波和纵波，因此水波既不是横波，也不是纵波，称为水纹波(如图所示)．

地震波既有横波又有纵波，所以地震时房屋上下左右摆动．

【例2】　关于横波和纵波，下列说法正确的是(　　)

A．振源上、下振动形成的波是横波

B．振源水平振动形成的波是纵波

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

【审题指导】

判断横波与纵波的方法是根据波的传播方向与质点振动方向的关系．

【解析】　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，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两项错误，C正确；对于D，水平传播、水平振动还不足以说明是同一直线，则D项错误．

【答案】　C

关于横波和纵波，下列说法正确的是(　D　)

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．对于纵波质点的振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

解析：形成横波的质点振动的方向只能与波的传播方向垂直，形成纵波的质点的运动方向总是与波的传播方向在同一直线上，有时相同，有时相反，故A、B选项都错误；无论是横波还是纵波，质点都是在平衡位置附近往复运动，不会随波迁移，故C错误；因为空气介质只能通过压缩而产生相互作用力，故空气介质只能传播纵波，D选项正确．

考点三　　机械波

1．机械波

机械振动在介质中传播，形成机械波．

【说明】　生活中常见的波大部分是机械波，如声波、水波等，无线电波、光属于电磁波．

2．介质与机械波的传播

介质中有机械波传播时，介质中的物质并不随波一起传播，传播的只是振动这种运动形式，同时传播波源的能量和包含的信息．

3．机械波的特点

(1)各质点都做受迫振动，其振动的频率(或周期)都与波源的频率(或周期)相同，各质点的起振方向都与波源相同，但不同步，离波源越远的质点振动越滞后．

(2)机械波传播的是波源的运动形式和波源提供的能量，介质中各质点并不随波迁移，而是在自己的平衡位置附近振动．在横波中，波动方向与振动方向垂直．均匀介质中，波动是匀速运动，振动是变速运动．

(3)介质中各质点靠弹力相互作用，前一质点带动后一质点振动，后一质点跟着前一质点振动，故可通过前一质点的位置而确定后一质点的运动方向．此外，若不计能量损失，在均匀介质中各质点振动的振幅应相同．

(4)机械波在传播时也传递了信息．

【例3】　沿绳传播的一列机械波，当波源突然停止振动时(　　)

A．绳上各质点同时停止振动，横波立即消失

B．绳上各质点同时停止振动，纵波立即消失

C．离波源较近的各质点先停止振动，较远的各质点稍后停止振动

D．离波源较远的各质点先停止振动，较近的各质点稍后停止振动

【审题指导】

1．由于波源的振动依次引起后面质点的振动，从而形成机械波，试想有机械波一定存在机械振动吗？

2．机械波是由波源的振动引起的，那么有机械振动一定形成机械波吗？

3．如果波源停止振动，机械波能马上消失吗？为什么？

4．机械波的形成是由前面的质点依次带动后面的质点形成的，那么波源停止振动后，是离波源近的质点先停止振动还是远的质点先停止振动？为什么？

【解析】　波形成后，如果波源停止振动，波不会立即消失，A、B错；波源的能量不断向远处传播，故离波源较近的质点先停止振动，C正确，D错．

【答案】　C

(多选)关于机械波的形成和传播，下列说法中正确的是(　BC　)

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，只是时间落后一步

C．参与振动的质点群有相同的频率

D．机械波是质点随波迁移，也是振动能量的传递

解析：机械波的形成必须具备的两个条件：振源和介质，只有物体做机械振动，而其周围没有传播这种振动的介质，远处的质点不可能振动起来形成机械波，故A选项错误；形成机械波的各个质点，只在平衡位置附近往复运动，并没有随波迁移，离振源远的质点振动的能量，是通过各质点的传递从振源获得，故D选项错误．

【例4】　如图所示是以质点P为振源的机械波沿着一条固定的轻绳传播到质点Q的波形图，则质点P刚开始振动时的方向为(　　)

A．向上　　　B．向下　　　C．向左　　　D．向右

【审题指导】

1．由题中条件可知波向哪个方向传播？

2．传到Q点时，Q点向哪个方向运动？

【解析】　由于是波源带动了后面的质点依次振动，且后面的质点总是重复前面质点的振动状态，所以介质中各质点开始振动时的方向都与波源开始振动时的方向相同．此时波刚传播至Q点，Q点此时的振动状态即与波源P开始振动时的状态相同．由波的传播特点可知Q点此时是向上运动的，所以波源P点刚开始振动时的方向也向上．正确选项为A.

理解波的形成过程可以解决质点振动方向、传播特点等问题．

【答案】　A

下图是一列向右传播的横波，请标出这列波中a、b、c、d…h等质点在这一时刻的速度方向．

答案：a、b两质点速度方向向上，d、e、f质点速度方向向下，h质点速度方向向上，c、g两质点速度为零，如图所示．

学科素养提升

振动和波动的区别与联系

(续表)

【典例】　(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

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(　AC　)

A．发生波动需要两个条件：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：波源(即振源)振动时，依靠介质中的相互作用力带动周围各部分质点振动起来，形成机械波．各质点只在平衡位置附近做振动，并不随波向外迁移，仅把振源的振动和能量传播开来．波源和介质质点之间的相互作用力阻碍波源的振动，是一种阻力，所以波源的振动不可能是自由振动．相邻的介质质点间存在相互作用，故介质质点也不是自由振动．

2．(多选)把一根长而软的螺旋弹簧竖直提起来，手有规律地上下振动，则(　AD　)

A．在弹簧上形成一列机械波

B．在弹簧上形成波峰和波谷

C．弹簧上的质点自上而下振动

D．弹簧上的机械波自上而下传播

解析：弹簧上的质点均在各自平衡位置附近振动，形成一列自上而下传播的机械波，A、D正确；弹簧上形成的机械波是纵波，有疏部和密部，无波峰和波谷，B错误；弹簧上的质点均在各自的平衡位置附近振动，有时向上振动，有时向下振动，C错误．

3．(多选)关于机械波的说法正确的是(　ACD　)

A．相邻的质点要相互做功

B．纵波的质点可以随波迁移，而横波的质点不能

C．振源开始时怎样振动，其他质点开始时就怎样振动

D．除振源外，波中各质点都做受迫振动

解析：机械波是由于介质中前面的质点带动后面的质点，使振源的振动形式与振源的能量向远处传播而形成的，前、后质点间存在相互作用力，因而相互做功，故A正确；无论是横波还是纵波，波传播过程中，各质点只能在各自的平衡位置附近振动，质点不随波迁移，因此B错；振源依次带动后面的质点，每个质点都做受迫振动，每个质点的频率都与振源频率相同，并且都“仿照”振源振动，故C、D正确．

4.如图所示，是一列简谐波某时刻的波形图，则在a、b、c、d四个位置的质点，b、d点加速度最大，c点速度最大；若波向右传播，则c点向上振动．

5．你目睹过交通事故吗？你感受过事故的毛骨悚然吗？你听到过那震耳欲聋的声响吗？在茫茫的宇宙中，有无数的

天体在高速运行，它们之间有许多碰撞，与交通事故相比，这时发出的是非常强烈的“爆炸声”．而生活在地球上的我们和其他生命却置若罔闻，试用本节知识解释．

答案：因为地球和其他天体间的茫茫宇宙空间多为真空，不具备声波(机械波)的产生条件，虽有剧烈的振动，但不能产生声波，向外传播，因而我们听不到此类声音．