第三章 机械波
第一课时 波的形成
班级 姓名 学号
学习目标:
1.知道波的形成条件及过程。
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.知道机械波在传播振动形式的同时也传播能量和信息。
知识梳理:
知识点一 波的形成
的传播称为波动,简称波.
2.波的形成和传播(以绳波为例)
(1) 一条绳子可以分成一个个小段,一个个小段可以看作一个个相连的 ,这些质点之间存在着 .
(2) 当手握绳端上下振动时,绳端带动 的质点,使它也上下振动.这个质点又带动更远一些的质点……绳上的质点都跟着振动起来,只是后面的质点总比前面的质点 开始振动.
【例题1】 (波的形成和传播)如图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开始振动,则下列关于各质点的振动和介质中的波的说法中不正确的是( )
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通过相同位置时落后
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
【变式训练1】 波在传播过程中,正确的说法是( )
A.介质中的质点随波迁移
B.波源的振动能量随波传递
C.振动质点的频率随着波的传播而减小
D.波源的能量靠振动质点的迁移随波传递
要点归纳
1.机械波的形成
2.波动过程中各质点的运动规律
(1) 先振动的质点带动后振动的质点.
(2) 后振动的质点重复前面质点的振动.
(3) 后振动的质点的振动状态落后于先振动的质点.
概括起来就是“带动、重复、落后”.
知识点二 横波和纵波
1.横波:质点的振动方向和波的传播方向 的波.
(1) 波峰:在横波中,凸起的 叫作波峰.
(2) 波谷:在横波中,凹下的 叫作波谷.
2.纵波:质点的振动方向与波的传播方向在 上的波.
(1) 密部:在纵波中,质点分布 的位置.
(2) 疏部:在纵波中,质点分布 的位置.
【例题2】 (横波和纵波)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( )
A.在弹簧上形成一列横波
B.在弹簧上形成波峰和波谷
C.弹簧上的各质点自上而下振动
D.弹簧上的机械波自上而下传播
【变式训练2】 关于横波和纵波,下列说法中不正确的是( )
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
要点归纳
横波和纵波
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
在现实生活中,绳波为横波,声波为纵波;有些机械波既有横波,又有纵波.例如:地震波既有横波成分,又有纵波成分.
【例题3】 (振动和波动的联系和区别)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,下列说法中不正确的是( )
A.它们的振幅相同
B.质点D和F的速度方向相同
C.从此时算起,质点B比C先回到平衡位置
D.从此时算起,质点E比F先到达波峰
【变式训练3】 如图所示为一列机械波在某一时刻的形状,此时刻质点F的振动方向如图所示.则下列说法中错误的是( )
A.该波向左传播
B.质点C比质点B先回到平衡位置
C.质点E此时向下振动
D.质点C此时的加速度为0
要点归纳
振动与波动的联系和区别
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) 牢记波动的周期等于质点振动的周期
知识点三 机械波
绳、弹簧、水、空气等是波借以传播的物质,叫作 .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,形成了 .
【例题4】 (机械波与介质)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出去,就听不到闹钟的铃声.这说明( )
A.声波是纵波
B.抽去玻璃罩内的空气后,闹钟不再响铃了
C.声波不能在固体中传播
D.声波不能在真空中传播
【变式训练4】 下列关于波的应用正确的是( )
A.要使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的
D.宇航员在宇宙飞船里,击打舱壁只能引起机械振动,不能形成声波
要点归纳
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,则各质点的振幅相同.
(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,质点振动得越滞后.
(4) 立场:各质点只在各自的平衡位置附近振动,并不随波迁移,且起振方向与振源的起振方向相同.
(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.
评价与反思:
参考答案
1.__振动__的传播称为波动,简称波.
2.波的形成和传播(以绳波为例)
(1) 一条绳子可以分成一个个小段,一个个小段可以看作一个个相连的__质点__,这些质点之间存在着__相互作用__.
(2) 当手握绳端上下振动时,绳端带动__相邻__的质点,使它也上下振动.这个质点又带动更远一些的质点……绳上的质点都跟着振动起来,只是后面的质点总比前面的质点__迟一些__开始振动.
【例题1】 (波的形成和传播)如图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开始振动,则下列关于各质点的振动和介质中的波的说法中不正确的是(B)
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通过相同位置时落后
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
解析 根据波的传播特点可知,波在传播过程中各质点的振动总是重复波源的振动,所以各质点的起振方向相同,都是竖直向下,但从时间上来说,起振依次落后的时间,选项A、C正确,B错误.由题意知,质点9比质点1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,选项D正确.
【变式训练1】 波在传播过程中,正确的说法是(B)
A.介质中的质点随波迁移
B.波源的振动能量随波传递
C.振动质点的频率随着波的传播而减小
D.波源的能量靠振动质点的迁移随波传递
解析 介质中的质点只在自己的平衡位置上下振动,而不随波迁移,选项A错误;波源的振动能量随波传递,选项B正确;振动质点的频率等于波源的振动频率,不随着波的传播而减小,选项C错误;波源的能量随波由近及远传播,并不是靠振动质点的迁移来传播,选项D错误.
【例题2】 (横波和纵波)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(D)
A.在弹簧上形成一列横波
B.在弹簧上形成波峰和波谷
C.弹簧上的各质点自上而下振动
D.弹簧上的机械波自上而下传播
解析 横波的振动方向垂直于波传播的方向,纵波的振动方向平行于波传播的方向;手有规律地上下振动时,弹簧上各质点也上下振动,形成纵波,向下传播,故D正确,A、B、C错误.
【变式训练2】 关于横波和纵波,下列说法中不正确的是(C)
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;纵波上的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.
【例题3】 (振动和波动的联系和区别)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,下列说法中不正确的是(B)
A.它们的振幅相同
B.质点D和F的速度方向相同
C.从此时算起,质点B比C先回到平衡位置
D.从此时算起,质点E比F先到达波峰
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,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,B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,C正确,同理可知D正确.
【变式训练3】 如图所示为一列机械波在某一时刻的形状,此时刻质点F的振动方向如图所示.则下列说法中错误的是(D)
A.该波向左传播
B.质点C比质点B先回到平衡位置
C.质点E此时向下振动
D.质点C此时的加速度为0
解析 由波形图和质点F的振动方向,根据带动法可知波源在右侧,故该波向左传播,选项A正确;由于该波向左传播,根据带动法可知质点E此时向下振动,选项C正确;此时质点B向上振动,质点C在最大位移处将向下振动,质点C比质点B先回到平衡位置,选项B正确;因质点C在最大位移处,其加速度最大,选项D错误.
【例题4】 (机械波与介质)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出去,就听不到闹钟的铃声.这说明(D)
A.声波是纵波
B.抽去玻璃罩内的空气后,闹钟不再响铃了
C.声波不能在固体中传播
D.声波不能在真空中传播
解析 根据题中叙述的现象,无法说明声波是纵波,A错误;抽去玻璃罩内的空气,不会使闹钟停止响铃,B错误;抽去玻璃罩内的空气前,在玻璃罩外仍然可以听到闹钟的铃声,说明玻璃罩和空气都能传播声音,C错误;抽去玻璃罩内的空气后,就听不到闹钟的铃声,说明声波不能在真空中传播,D正确.
【变式训练4】 下列关于波的应用正确的是(B)
A.要使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的
D.宇航员在宇宙飞船里,击打舱壁只能引起机械振动,不能形成声波
解析 机械波传播时,介质质点在各自平衡位置附近振动,质点本身并不随波迁移,所以水波并不能使河中的纸船靠近河岸,选项A错误;光缆是利用光波传递信息的,选项C错误;固体能传播声波,而且宇宙飞船里是有空气的,选项D错误;声波可以在液体中传播,选项B正确.
太仓高级中学2021-2022学年度第一学期高二物理 机械波第一节