第一节 机械波的产生和传播
学 习 目 标 思 维 导 图
1.理解机械波的形成过程和产生条件． 2．知道机械波的种类——横波和纵波的概念． 3．明确机械波传播的特点．
知识点一 机械波的产生和传播
【情境导学】
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．如果在绳子上某处系一手帕做标记，观察手帕的运动有什么特点？手帕随着凸起状态和凹落状态在绳上从一端向另一端移动吗？
【知识梳理】
1．认识机械波
(1)机械波：机械振动在媒介中的________叫作机械波．
(2)波源：要产生机械波，必须有一个________，我们称之为波源．
(3)介质：只有波源并不能产生机械波，还必须要有传播机械振动的________．绳子、丝带等用来传播振动的________被称为介质．
2．机械波的传播
(1)机械波既传播振动的________，同时也将波源的能量传播出去．
(2)在波传播的过程中，每个质点只是在平衡位置________做上下振动，并未形成沿机械波传播方向的宏观移动．
状元随笔 (1)各点开始起振的方向与振源相同．
(2)传播过程中各质点的振动都是受迫振动，周期与振源相同．
【重难突破】
1．机械波的形成与传播
2．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(频率)：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)步调：离波源越远，质点振动越滞后．
(4)运动：各质点只在各自的平衡位置附近做往复振动，并不随波迁移．各质点的起振方向都与波源开始振动的方向相同．
(5)实质：机械波既传播振动的运动形式，又可以传递能量和信息．
例1 在一条软绳上选18个等间距的质点，质点1在外力作用下首先向上做简谐运动，其余质点在相互作用力的带动下依次振动，从而形成简谐波．由波的形成及图可知，下列说法中正确的是( )
A．质点1带动质点2是利用绳上质点间的弹力实现的，每个质点均做简谐运动
B．每个质点开始运动后，均在水平方向做匀速运动，在竖直方向做简谐运动
C．绳上的不同质点开始振动时的方向是不同的
D.波沿绳方向匀速传播，故每个质点的动能保持不变
总结提能
机械波的形成和传播特点
(1)机械波的形成过程及特点可以概括为“带动、重复、落后”，即前一质点“带动”后一质点振动，后一质点“重复”前一质点的振动形式，并且后一质点的振动“落后”于前一质点．
(2)就整个传播振动的介质来说，呈现的现象是波动，而就构成传播振动的介质的单个质点来说，所呈现的现象是振动．
(3)要画另一时刻的波形图，应先确定特殊点的位置，即此时刻在平衡位置或最大位移处的点，这些点的位置确定后，其他点可顺势找出．
【变式训练1】 (多选)关于机械波，下列说法正确的是( )
A．各质点都在各自的平衡位置附近振动
B．相邻质点间有相互作用力
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．各质点随波的传播而迁移
知识点二 横波和纵波
【知识梳理】
横波和纵波
【重难突破】
1．横波和纵波的比较
(1)质点的振动方向与波的传播方向的关系不同：横波中，质点的振动方向与波的传播方向垂直；纵波中，质点的振动方向与波的传播方向在同一条直线上．
(2)传播介质不同：横波只能在固体介质中传播；纵波在固体、液体和气体中均能传播．
(3)特征不同：横波中交替、间隔出现波峰和波谷；纵波中交替、间隔出现密部和疏部．
2．几种常见的机械波
(1)绳波是横波．
(2)声波通常是纵波．
(3)水波是比较复杂的机械波，不能简单地认为是横波，但有时将水波理想化为横波．
例2 关于横波和纵波，下列说法正确的是( )
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．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．形成纵波的质点，随波一起迁移
【变式训练2】 区分横波和纵波是根据( )
A．是否沿水平方向传播
B．质点的振动方向和波传播的远近
C．质点的振动方向和波的传播方向之间的关系
D．质点振动的快慢
随堂自主检测
1．关于机械波的传播，下列说法正确的是( )
A．机械波可在真空中传播
B．机械波从一种介质传入另一种介质，频率不变
C．机械波的传播方向与介质的振动方向一定沿同一直线
D．机械波的传播方向与介质的振动方向一定垂直
2．(多选)下列有关横波与纵波的说法正确的是( )
A．沿水平方向传播的波为横波
B．纵波可以在固态、液态、气态介质中传播
C．纵波和横波不可以同时在同一介质中传播
D．横波只能在固体中传播
3．在敲响古刹里的大钟时，有的同学发现，停止对大钟的撞击后，大钟仍“余音未绝”，其原因是( )
A．大钟的回声
B．大钟在继续振动，空气中继续形成声波
C．人的听觉发生“暂留”的缘故
D．大钟虽停止振动，但空气仍在振动
4．(多选)一列简谐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六个质点的说法正确的是( )
A．它们的振幅相同
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
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第一节 机械波的产生和传播
知识点一
情境导学
提示：手帕标记做上下振动，并没有随凸起状态和凹落状态在绳上从一端向另一端移动．
知识梳理
1．(1)传播 (2)振动源 (3)媒介 媒介
2．(1)运动形式 (2)附近
重难突破
[例1] 解析：前一质点带动后一质点，后一质点重复前一质点的振动，每个质点都做受迫振动，质点1带动质点2是利用绳上质点间的弹力实现的，每个质点均做简谐运动，由图可知绳上的每一个质点开始振动时，方向都向上，A正确，C错误；每个质点开始运动后，只在竖直方向做简谐运动，水平方向不随波迁移，B错误；每个质点在平衡位置附近振动，速度变化，则动能变化，D错误．
答案：A
【变式训练1】 解析：按“带动、重复、落后”的原则可判知B、C正确；由波的实质可知，波传播的只是振动这种运动形式，各介质质点并不随波定向迁移，A正确，D错误．
答案：ABC
知识点二
知识梳理
垂直 同一直线
重难突破
[例2] 解析：横波质点的振动方向与波的传播方向相互垂直，纵波质点的振动方向与波的传播方向有时相同有时相反，故A、B错误，C正确；介质中的质点都是在平衡位置附近做往复运动，不会随波迁移，故D错误．
答案：C
【变式训练2】 解析：横波与纵波的区别是根据波的传播方向与质点的振动方向之间的关系判断的．如果两者的方向在同一直线上，则该波就是纵波；如果两者的方向相互垂直，则该波就是横波，C正确．
答案：C
随堂自主检测
1．解析：机械波不能在真空中传播，A错误；机械波从一种介质传入另一种介质，频率不变，B正确；纵波的传播方向与介质的振动方向沿同一直线，横波的传播方向与介质的振动方向垂直，C、D错误．
答案：B
2．解析：质点的振动方向与波的传播方向垂直的波叫横波，A错误；纵波可在任何介质中传播，B正确；横波和纵波可在同一种介质中传播，如地震波，C错误；横波只能在固体中传播，D正确．
答案：BD
3．解析：停止对大钟的撞击后，大钟的振动不会立即停止，振动的能量不会立即消失，大钟做一段时间的阻尼振动，因此还会在空气中形成声波，这就是余音未绝的原因，B正确．
答案：B
4．解析：波中各质点均做受迫振动，不考虑能量损耗，各质点的振幅相同，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，并跟随着近的质点振动，D跟随C向上运动，F跟随E向下运动，同理，A向下运动，C向上运动，B、C错误；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，D正确．
答案：AD
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第一节 机械波的产生和传播
学 习 目 标 思 维 导 图
1.理解机械波的形成过程和产生条件．
2．知道机械波的种类——横波和纵波的概念．
3．明确机械波传播的特点．
知识点一 机械波的产生和传播
【情境导学】
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．如果在绳子上某处系一手帕做标记，观察手帕的运动有什么特点？手帕随着凸起状态和凹落状态在绳上从一端向另一端移动吗？
提示：手帕标记做上下振动，并没有随凸起状态和凹落状态在绳上从一端向另一端移动．
【知识梳理】
1．认识机械波
(1)机械波：机械振动在媒介中的________叫作机械波．
(2)波源：要产生机械波，必须有一个________，我们称之为波源．
(3)介质：只有波源并不能产生机械波，还必须要有传播机械振动的________．绳子、丝带等用来传播振动的________被称为介质．
传播
振动源
媒介
媒介
2．机械波的传播
(1)机械波既传播振动的________，同时也将波源的能量传播出去．
(2)在波传播的过程中，每个质点只是在平衡位置________做上下振动，并未形成沿机械波传播方向的宏观移动．
状元随笔 (1)各点开始起振的方向与振源相同．
(2)传播过程中各质点的振动都是受迫振动，周期与振源相同．
运动形式
附近
【重难突破】
1．机械波的形成与传播
2．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(频率)：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)步调：离波源越远，质点振动越滞后．
(4)运动：各质点只在各自的平衡位置附近做往复振动，并不随波迁移．各质点的起振方向都与波源开始振动的方向相同．
(5)实质：机械波既传播振动的运动形式，又可以传递能量和信息．
例1 在一条软绳上选18个等间距的质点，质点1在外力作用下首先向上做简谐运动，其余质点在相互作用力的带动下依次振动，从而形成简谐波．由波的形成及图可知，
下列说法中正确的是( )
A．质点1带动质点2是利用绳上质点间的弹力实现的，每个质点均做简谐运动
B．每个质点开始运动后，均在水平方向做匀速运动，在竖直方向做简谐运动
C．绳上的不同质点开始振动时的方向是不同的
D.波沿绳方向匀速传播，故每个质点的动能保持不变
答案：A
解析：前一质点带动后一质点，后一质点重复前一质点的振动，每个质点都做受迫振动，质点1带动质点2是利用绳上质点间的弹力实现的，每个质点均做简谐运动，由图可知绳上的每一个质点开始振动时，方向都向上，A正确，C错误；每个质点开始运动后，只在竖直方向做简谐运动，水平方向不随波迁移，B错误；每个质点在平衡位置附近振动，速度变化，则动能变化，D错误．
总结提能
机械波的形成和传播特点
(1)机械波的形成过程及特点可以概括为“带动、重复、落后”，即前一质点“带动”后一质点振动，后一质点“重复”前一质点的振动形式，并且后一质点的振动“落后”于前一质点．
(2)就整个传播振动的介质来说，呈现的现象是波动，而就构成传播振动的介质的单个质点来说，所呈现的现象是振动．
(3)要画另一时刻的波形图，应先确定特殊点的位置，即此时刻在平衡位置或最大位移处的点，这些点的位置确定后，其他点可顺势找出．
【变式训练1】 (多选)关于机械波，下列说法正确的是( )
A．各质点都在各自的平衡位置附近振动
B．相邻质点间有相互作用力
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．各质点随波的传播而迁移
答案：ABC
解析：按“带动、重复、落后”的原则可判知B、C正确；由波的实质可知，波传播的只是振动这种运动形式，各介质质点并不随波定向迁移，A正确，D错误．
知识点二 横波和纵波
【知识梳理】
横波和纵波
垂直
同一直线
【重难突破】
1．横波和纵波的比较
(1)质点的振动方向与波的传播方向的关系不同：横波中，质点的振动方向与波的传播方向垂直；纵波中，质点的振动方向与波的传播方向在同一条直线上．
(2)传播介质不同：横波只能在固体介质中传播；纵波在固体、液体和气体中均能传播．
(3)特征不同：横波中交替、间隔出现波峰和波谷；纵波中交替、间隔出现密部和疏部．
2．几种常见的机械波
(1)绳波是横波．
(2)声波通常是纵波．
(3)水波是比较复杂的机械波，不能简单地认为是横波，但有时将水波理想化为横波．
例2 关于横波和纵波，下列说法正确的是( )
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．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．形成纵波的质点，随波一起迁移
答案：C
解析：横波质点的振动方向与波的传播方向相互垂直，纵波质点的振动方向与波的传播方向有时相同有时相反，故A、B错误，C正确；介质中的质点都是在平衡位置附近做往复运动，不会随波迁移，故D错误．
【变式训练2】 区分横波和纵波是根据( )
A．是否沿水平方向传播
B．质点的振动方向和波传播的远近
C．质点的振动方向和波的传播方向之间的关系
D．质点振动的快慢
答案：C
解析：横波与纵波的区别是根据波的传播方向与质点的振动方向之间的关系判断的．如果两者的方向在同一直线上，则该波就是纵波；如果两者的方向相互垂直，则该波就是横波，C正确．
1．关于机械波的传播，下列说法正确的是( )
A．机械波可在真空中传播
B．机械波从一种介质传入另一种介质，频率不变
C．机械波的传播方向与介质的振动方向一定沿同一直线
D．机械波的传播方向与介质的振动方向一定垂直
答案：B
解析：机械波不能在真空中传播，A错误；机械波从一种介质传入另一种介质，频率不变，B正确；纵波的传播方向与介质的振动方向沿同一直线，横波的传播方向与介质的振动方向垂直，C、D错误．
2．(多选)下列有关横波与纵波的说法正确的是( )
A．沿水平方向传播的波为横波
B．纵波可以在固态、液态、气态介质中传播
C．纵波和横波不可以同时在同一介质中传播
D．横波只能在固体中传播
答案：BD
解析：质点的振动方向与波的传播方向垂直的波叫横波，A错误；纵波可在任何介质中传播，B正确；横波和纵波可在同一种介质中传播，如地震波，C错误；横波只能在固体中传播，D正确．
3．在敲响古刹里的大钟时，有的同学发现，停止对大钟的撞击后，大钟仍“余音未绝”，其原因是( )
A．大钟的回声
B．大钟在继续振动，空气中继续形成声波
C．人的听觉发生“暂留”的缘故
D．大钟虽停止振动，但空气仍在振动
答案：B
解析：停止对大钟的撞击后，大钟的振动不会立即停止，振动的能量不会立即消失，大钟做一段时间的阻尼振动，因此还会在空气中形成声波，这就是余音未绝的原因，B正确．
4．(多选)一列简谐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六个质点的说法正确的是( )
A．它们的振幅相同
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：AD
解析：波中各质点均做受迫振动，不考虑能量损耗，各质点的振幅相同，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，并跟随着近的质点振动，D跟随C向上运动，F跟随E向下运动，同理，A向下运动，C向上运动，B、C错误；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，D正确．
1．(多选)关于机械波的形成，下列说法正确的是( )
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．参与振动的质点均有相同的频率
D．机械波是介质随波的迁移，也是振动能量的传递
答案：BC
解析：机械波的形成必须具备的两个条件是振源和介质，若物体做机械振动，而其周围没有传播这种振动的介质，远处介质的质点不可能振动起来形成机械波，A错误；任何一个振动的质点都是一个波源，带动它周围的质点振动，将振动传播开来，所以后一质点总是落后于前一质点，但振动频率相同，B、C正确；形成机械波的各振动质点只在平衡位置附近往复运动，并没有随波迁移，离波源远的质点振动的能量是通过各质点的传递从波源获得的，D错误．
2.振源A带动细绳上各点上下做简谐运动，t＝0时刻绳上形成的波形如图所示．规定绳上质点向上运动的方向为x轴的正方向，则P点的振动图像是( )
答案：B
解析：由“带动法”可知此时P点从平衡位置开始向下运动，B正确．
3．关于介质中质点的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相同
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
答案：C
解析：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，A、B错误；在纵波中二者方向在同一直线上，既可以相同，也可以相反，C正确，D错误．
4.(多选)一列横波某时刻的波形如图所示，则关于质点A的回复力，下列说法正确的是( )
A．如果波向右传播，则质点A受到向上的作用力
B．如果波向右传播，则质点A受到向下的作用力
C．如果波向左传播，则质点A受到向上的作用力
D．如果波向左传播，则质点A受到向下的作用力
答案：BD
解析：无论波向左传播还是向右传播，回复力始终指向平衡位置，质点A的回复力方向向下，B、D正确．
5.如图所示，为波沿着一条固定的绳子向右刚传播到B点的波形，由图可判断出A点刚开始的振动方向是( )
A．向下 B．向上
C．向左 D．向右
答案：B
解析：图示时刻B振动方向向上，则A点刚开始的振动方向向上， B正确，A错误；绳子上向右传播的横波，质点的振动方向与传播方向垂直，不可能沿水平方向，C、D均错误．
答案：ACD
7．(多选)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，闹钟不再振铃了
C．气体和固体都能传播声音
D．声波不能在真空中传播
答案：CD
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，不会使闹钟停止振铃，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正确；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．
8.(多选)如图所示是做简谐运动绳子的一段，绳中有沿绳向右传播的一列机械波，则对于该时刻，下列说法中正确的是( )
A．图中第3点的速度方向向下
B．除第1点外，加速度最大的点是第5点
C．只有第3、7点的振动频率不同，其他点的振动频率都相同
D．各个点振动的周期都与波源振动的周期一样
答案：ABD
解析：由于绳波是横波且向右传播，介质中左边的质点带动右边的质点振动，故2、3、4质点向下振动，6、7质点向上振动，如题图时刻3、7两质点在平衡位置，速度最大，1、5两质点在最大位移处，加速度最大，A、B正确；各质点的振动周期(或频率)由波源决定，并且是相等的，C错误，D正确．
9.一列简谐机械横波某时刻的波形图如图所示，波源的平衡位置坐标为x＝0.当波源质点处于其平衡位置上方且向上运动时，介质中平衡位置坐标x＝2 m的质点所处位置及运动情况是( )
A．在其平衡位置下方且向上运动
B．在其平衡位置下方且向下运动
C．在其平衡位置上方且向上运动
D．在其平衡位置上方且向下运动
答案：B
解析：由波的图像可知，x＝0与x＝2 m的质点差半个周期，故振动步调总相反，即位移总是大小相等，方向相反，速度也是大小相等，方向相反．所以当波源质点处于其平衡位置上方且向上运动时，介质中平衡位置坐标x＝2 m的质点在其平衡位置下方且向下运动，B正确．
答案：AD
11．(12分)某地区地震波中的横波和纵波传播速率分别约为4 km/s和9 km/s.一种简易地震仪由竖直弹簧振子P和水平弹簧振子H组成(如图所示)．在一次地震中，震源在地震仪下方，观察到两振子相差5 s开始振动，则：
(1)观测中心首先观察到的是上下振动还是左右振动？
答案：上下振动
解析：由于纵波传播得快，故地震发生时纵波先到达观察中心，即先觉察到的是上下振动．
(2)震源到该地震观测中心的距离为多少？
答案：36 km
12．(12分)如图所示是振源O振动形成的机械波沿水平绳传播到质点P时，在绳上形成的波形图．试问：
(1)振源O刚开始向什么方向振动？你是如何判断的？
(2)在绳上传播的波是横波还是纵波？为什么？
答案：向下振动，据“同侧法”可知，P点振动方向向下，由于各质点的起振方向均与波源相同，可知振源O刚开始向下振动．
答案：横波，因为绳上各质点的振动方向与波的传播方向垂直．
