3.1 波的形成动 学案（含答案 学生版+教师版）

1　波的形成
[学习目标]　1.理解波的形成过程，会判断质点的振动方向。(难点)2.知道横波和纵波的概念，能够区别横波和纵波。3.知道机械波的产生条件和传播特点(重点)。
一、波的形成及特点
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。如果在绳子上某处做一红色标记，观察这一红色标记的运动。
(1)红色标记有没有随波迁移？红色标记是怎样运动的？
(2)当手停止抖动后，绳上的波会立即停止吗？
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1．波：________的传播称为波动，简称波。
2．波的形成(以绳波为例)
(1)一条绳子可以分成一个个小段，这些小段可以看作一个个________的质点，这些质点之间存在着____________的作用。
(2)当手握绳端上下振动时，绳端________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……绳子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__________一些开始振动，绳端这种________________________就沿绳子传了出去，整体上形成了凹凸相同的波形。
1．绳上各质点开始振动的方向(起振方向)与振源起振的方向有什么关系？
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2．振源振动停止后，波还能继续传播吗？
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波动过程中各质点的运动特点
波动过程中各质点的振动周期都与波源的振动周期相同，其运动特点为：
(1)先振动的质点带动后振动的质点——“带动”
(2)后振动的质点重复前面质点的振动——“重复”
(3)后振动的质点的振动状态滞后于先振动的质点的振动状态—“滞后”
例1　如图所示是某绳波形成过程的示意图。质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，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＝时，1到达最上方，5开始向上运动。问：
(1)t＝时，质点6、10、14的运动状态(是否运动、运动方向)如何？
(2)画出t＝时的波形，并说明质点6、10、14的运动状态。
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二、横波和纵波
如图所示：
(1)图甲是绳波，其中质点的振动方向与波的传播方向是什么关系？
(2)图乙是推拉弹簧产生的波，其中质点的振动方向与波的传播方向是什么关系？
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横波和纵波的对比
　 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同一条直线上
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
例2　关于横波和纵波，下列说法正确的是(　　)
A．对于横波，质点的振动方向与波的传播方向不一定垂直
B．振源上下振动形成的波为横波
C．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
D．形成纵波的质点随波一起迁移
三、机械波
1．介质
(1)定义：波借以________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________的振动。
2．机械波
机械振动在____________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，介质本身并不随波一起传播，它传播的只是________这种运动形式。
(2)波是传递________的一种方式。
(3)波可以传递________。
1．机械波的特点
(1)机械波的传播离不开介质，没有介质就无法形成机械波。
(2)介质中各质点都在做受迫振动，所以各质点振动的周期(频率)均与波源的振动周期(频率)相同。
(3)离波源越远，质点振动越滞后，但每一个质点的起振方向与波源起振方向相同。
(4)机械波向前传播的是振动这种运动形式，各质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波迁移。
2．几种常见的波
(1)绳波是横波；
(2)空气中产生的声波是纵波；
(3)地震波中既有横波，又有纵波；
(4)水波既不是横波，也不是纵波，是一种比较复杂的机械波。
3．振动和波动的联系
(1)振动是波动的原因，波动是振动的结果；有波动必然有振动，有振动不一定有波动。
(2)波动中各质点振动的性质、频率和振幅与波源相同。
(1)物体做机械振动，一定产生机械波。(　　)
(2)机械波的传播方向就是介质中质点的振动方向。(　　)
(3)除振源外，机械波中各质点都做受迫振动。(　　)
(4)机械波是介质随波迁移，也是振动能量的传递。(　　)
例3　(2022·江苏昆山文峰高级中学高二阶段练习)关于机械振动和机械波，下列叙述正确的是(　　)
A．有机械振动必有机械波
B．有机械波必有机械振动
C．在波的传播中，振动质点随波的传播发生迁移
D．在波的传播中，若振源停止振动，波的传播会立即停止
针对训练　(2023·江苏南通市高二阶段练习)以质点P为波源的机械波在绳上传到质点Q时的波形如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．绳波传播不需要介质
B．P点的起振方向朝上
C．绳中质点带动右侧相邻的质点振动
D．当P点停止振动时，绳波立即消失
四、“带动法”判断质点的振动方向
绳波在某时刻的形状如图所示，若O是波源，则此刻A点向什么方向运动？若O′是波源，则此刻A点向什么方向运动？
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拓展延伸　
某时刻一列波的形状如图所示。
此刻质点a正在向上运动，试判断此刻质点b的运动方向。
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1．原理：先振动的质点带动邻近的后振动的质点。
2．方法：在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点P′，P′为先振动的质点，若P′在P上方，则P向上运动，若P′在P下方，则P向下运动，如图所示。
例4　一列横波沿绳子向右传播，某时刻绳子形成如图所示的形状，对此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点，下列说法正确的是(　　)
A．质点B向右运动
B．质点D和质点F的速度方向相同
C．质点A和质点C的速度方向相同
D．从此时算起，质点B比质点C先回到平衡位置
1　波的形成
[学习目标]　1.理解波的形成过程，会判断质点的振动方向。(难点)2.知道横波和纵波的概念，能够区别横波和纵波。3.知道机械波的产生条件和传播特点(重点)。
一、波的形成及特点
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。如果在绳子上某处做一红色标记，观察这一红色标记的运动。
(1)红色标记有没有随波迁移？红色标记是怎样运动的？
(2)当手停止抖动后，绳上的波会立即停止吗？
答案　(1)没有，红色标记只在竖直方向上下振动。
(2)不会，当手停止抖动后，波仍向右传播。
1．波：振动的传播称为波动，简称波。
2．波的形成(以绳波为例)
(1)一条绳子可以分成一个个小段，这些小段可以看作一个个相连的质点，这些质点之间存在着弹性力的作用。
(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……绳子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，绳端这种上下振动的状态就沿绳子传了出去，整体上形成了凹凸相同的波形。
1．绳上各质点开始振动的方向(起振方向)与振源起振的方向有什么关系？
答案　绳上各点的起振方向与振源起振方向相同。
2．振源振动停止后，波还能继续传播吗？
答案　能够继续传播。
波动过程中各质点的运动特点
波动过程中各质点的振动周期都与波源的振动周期相同，其运动特点为：
(1)先振动的质点带动后振动的质点——“带动”
(2)后振动的质点重复前面质点的振动——“重复”
(3)后振动的质点的振动状态滞后于先振动的质点的振动状态—“滞后”
例1　如图所示是某绳波形成过程的示意图。质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，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＝时，1到达最上方，5开始向上运动。问：
(1)t＝时，质点6、10、14的运动状态(是否运动、运动方向)如何？
(2)画出t＝时的波形，并说明质点6、10、14的运动状态。
答案　见解析
解析　(1)各质点在t＝时的情况如图甲所示：
由图甲可知，t＝时，质点6正在向上运动，质点10、14未运动。
(2)t＝T时的波形如图乙所示，质点6正在向下运动，质点10向上运动，质点14未运动。
二、横波和纵波
如图所示：
(1)图甲是绳波，其中质点的振动方向与波的传播方向是什么关系？
(2)图乙是推拉弹簧产生的波，其中质点的振动方向与波的传播方向是什么关系？
答案　(1)相互垂直　(2)在同一条直线上
横波和纵波的对比
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同一条直线上
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
例2　关于横波和纵波，下列说法正确的是(　　)
A．对于横波，质点的振动方向与波的传播方向不一定垂直
B．振源上下振动形成的波为横波
C．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
D．形成纵波的质点随波一起迁移
答案　C
解析　横波的特征就是质点的振动方向与波的传播方向垂直，A项错误；并非上下振动产生的波就是横波，如上下振动且上下传播的波是纵波，B项错误；纵波中质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上，方向有时相同，有时相反，C项正确；无论是横波还是纵波，传播的是振动的形式，而质点只在自己的平衡位置附近振动，并不随波迁移，D项错误。
三、机械波
1．介质
(1)定义：波借以传播的物质。
(2)特点：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。
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，介质本身并不随波一起传播，它传播的只是振动这种运动形式。
(2)波是传递能量的一种方式。
(3)波可以传递信息。
1．机械波的特点
(1)机械波的传播离不开介质，没有介质就无法形成机械波。
(2)介质中各质点都在做受迫振动，所以各质点振动的周期(频率)均与波源的振动周期(频率)相同。
(3)离波源越远，质点振动越滞后，但每一个质点的起振方向与波源起振方向相同。
(4)机械波向前传播的是振动这种运动形式，各质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波迁移。
2．几种常见的波
(1)绳波是横波；
(2)空气中产生的声波是纵波；
(3)地震波中既有横波，又有纵波；
(4)水波既不是横波，也不是纵波，是一种比较复杂的机械波。
3．振动和波动的联系
(1)振动是波动的原因，波动是振动的结果；有波动必然有振动，有振动不一定有波动。
(2)波动中各质点振动的性质、频率和振幅与波源相同。
(1)物体做机械振动，一定产生机械波。(　×　)
(2)机械波的传播方向就是介质中质点的振动方向。(　×　)
(3)除振源外，机械波中各质点都做受迫振动。(　√　)
(4)机械波是介质随波迁移，也是振动能量的传递。(　×　)
例3　(2022·江苏昆山文峰高级中学高二阶段练习)关于机械振动和机械波，下列叙述正确的是(　　)
A．有机械振动必有机械波
B．有机械波必有机械振动
C．在波的传播中，振动质点随波的传播发生迁移
D．在波的传播中，若振源停止振动，波的传播会立即停止
答案　B
解析　机械波的产生条件是机械振动在介质中的传播，所以没有机械振动就没有机械波，有机械波必有机械振动，但是有机械振动不一定有机械波，故A错误，B正确；在机械波形成的过程中，介质中各质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波一起迁移，传播的是振动形式和能量，故C错误；当波源停止振动，波的传播方向上波形会继续向前传播，波的传播不会立即停止，故D错误。
针对训练　(2023·江苏南通市高二阶段练习)以质点P为波源的机械波在绳上传到质点Q时的波形如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．绳波传播不需要介质
B．P点的起振方向朝上
C．绳中质点带动右侧相邻的质点振动
D．当P点停止振动时，绳波立即消失
答案　B
解析　绳波是机械波，机械波的传播需要介质，故A错误；Q点的起振方向朝上，P点的起振方向也朝上，故B正确；由于波向左传播，绳中质点带动左侧相邻的质点振动，故C错误；振源停止振动，在介质中传播的振动不会立即停止，故D错误。
四、“带动法”判断质点的振动方向
绳波在某时刻的形状如图所示，若O是波源，则此刻A点向什么方向运动？若O′是波源，则此刻A点向什么方向运动？
答案　若O点为波源，A点左侧的质点将带动A向上振动；若O′是波源，A点右侧的质点将带动A点向下振动。
拓展延伸　某时刻一列波的形状如图所示。
此刻质点a正在向上运动，试判断此刻质点b的运动方向。
答案　由于此刻质点a在前一个质点的带动下正在向上运动。可知波源在质点a的左侧，因此该列波由左向右传播，质点b在左侧质点的带动下将向下运动。
1．原理：先振动的质点带动邻近的后振动的质点。
2．方法：在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点P′，P′为先振动的质点，若P′在P上方，则P向上运动，若P′在P下方，则P向下运动，如图所示。
例4　一列横波沿绳子向右传播，某时刻绳子形成如图所示的形状，对此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点，下列说法正确的是(　　)
A．质点B向右运动
B．质点D和质点F的速度方向相同
C．质点A和质点C的速度方向相同
D．从此时算起，质点B比质点C先回到平衡位置
答案　D
解析　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，并跟随着近的质点振动，D跟随C向上运动，F跟随E向下运动，同理可知A向下运动，由此可知选项B、C错误；介质中的质点不随波迁移，由于此时B和C都向上运动，所以B比C先到达最大位移处，并先回到平衡位置，选项A错误，D正确。