教科版高中物理选择性必修第一册第三章机械波第1节机械波的形成和传播课件（43页PPT）

(共43张PPT)
[学习目标]
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，掌握机械波传播的特点。
3.会由波的传播方向确定质点的振动方向。
1.机械波的形成
以绳波为例(如图)
(1)可以将绳分成许多小段，每一段都可以看作质点。如果手不抖动，各个质点排列在同一直线上，各个质点所在的位置称为各自的__________。
(2)手连续上下抖动，引起的振动就会沿绳向另一端传去，振动状态在绳上的传播就形成了_______。手是引起绳上初始振动的装置，叫______。
2.介质：能够传播振动的物质。
平衡位置
机械波
波源
3.机械波的产生条件：波源和_____。
4.波的特点
(1)机械波传播时，介质本身并不随波一起迁移，传播的只是_________这种运动形式。
(2)各质点在各自平衡位置振动的起振方向与振源的起振方向_____。
(3)波是传递____的一种方式。
介质
机械振动
相同
能量
[易错辨析]
(1)有机械振动一定产生机械波。( )
(2)在绳波的形成和传播中，所有质点同时运动，同时停止。( )
(3)除振源外，机械波中各质点都做受迫振动。( )
(4)机械波在传播过程中，各质点振动的周期、起振方向都相同。( )
(5)机械波是介质随波迁移，也是振动能量的传递。( )
×
×
×
√
√
[例1]　将一部手机调成接收信号就发出声响并且振动的状态，然后将这部手机放在密封的玻璃罩内，当我们抽掉玻璃罩内的空气后，再发出信号呼叫该手机，你可以感受到(　　)
A.手机发出声音同时振动 B.手机发出声音但是不振动
C.手机没有发出声音也不振动 D.手机没有发出声音但是在振动
解析　声音是由物体的振动产生的，声音的传播需要介质，声音在真空中不能传播，所以抽掉玻璃罩内的空气后，声音传播不出来，故不能听到手机发声但能看到手机在振动，故D选项正确。
D
答案　(1)质点8向上振动，质点12、16未振动　(2)质点8向下振动，质点12向上振动，质点16未振动
[总结提升]
分析机械波的形成和传播问题的要点
(1)“带动、重复、落后”，先振动的质点“带动”后振动的质点，后振动的质点“重复”前面质点的振动形式，后振动的质点的振动状态“落后”于先振动的质点的振动状态。
(2)就整个物体来说，呈现的现象是波动，而就构成物体的单个质点来说，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，如[例2]中的波源1和质点5、9、13这些点的位置确定后，其他点可顺势找出。
1.机械波可分为横波和纵波两类
横波 纵波
定义 质点的振动方向和波的传播方向_____的波 质点的振动方向和波的传播方向____的波
介质 机械横波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
核心概念 ①波峰：横波中凸起的_______
②波谷：横波中凹下的_______ ①密部：纵波中质点分布____的部分
②疏部：纵波中质点分布____的部分
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
实例 绳上形成的波 声波、弹簧上的波
垂直
平行
最高处
最低处
密集
稀疏
2.声波：发声体振动时在空气中产生的声波是_____，声波不仅能在空气中传播，也能在固体、液体中传播。
3.不管是横波还是纵波，如果传播的振动是简谐运动，这种波就叫简谐波。
纵波
[思考探究]
图甲是绳波，其中质点的振动方向与传播方向是什么关系？图乙是声波，其中质点的振动方向与传播方向是什么关系？

提示　绳波是横波，质点的振动方向与传播方向相互垂直；声波是纵波，质点的振动方向与传播方向在一条直线上。
[例3]　(多选)下列关于横波与纵波的说法正确的是(　　)
A.声波一定是纵波
B.水波一定是横波
C.地震波既有横波，也有纵波
D.横波只能在固体中传播，纵波既可以在固体中传播，也可以在液体、气体中传播
解析　声波可以在空气中传播也可以在液体和固体中传播，空气中的声波一定是纵波，而液体、固体中的声波既可能是纵波，也可能是横波，故A错误；水波既不是横波，也不是纵波，它的运动形式比较复杂，故B错误；地震波既有横波，也有纵波，故发生地震时，地面既有上下振动，也有左右运动，故C、D正确。
CD
[总结提升]
要区分横波和纵波，须从两个方面入手，一是划分标准，二是波形特征。
(1)横波和纵波的最大区别表现在波的传播方向和质点振动方向的关系上。
(2)横波和纵波都需要介质传播，但对介质的要求不同。
1.振动与波动的区别和联系
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
2.波的传播方向与质点振动方向的互判方法
内容 图像
“上下
坡”法 沿波的传播方向，“上坡”时质点向下振动，“下坡”时质点向上振动
“同侧”法 波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧
“微平
移”法 将波形沿传播方向进行微小的平移，再由对应同一x坐标的两波形曲线上的点来判断振动方向
[思考探究]
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？
提示　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。
[例4]　如图所示为一简谐横波在某一时刻的波形图，此时质点A正向上运动，如图中箭头所示。由此可断定此横波(　　)
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
解析　根据质点A正向上运动，可判定此列波向左传播(后一质点的振动总是落后于前一质点的振动)，根据“同侧法”可断定质点D和质点E都正向上运动，故选项C正确。
C
[例5]　(多选)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
ACD
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失，各质点的振幅均相同，选项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，选项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，选项C正确，同理知选项D正确。
1.(机械波的形成和传播)(多选)关于振动和波的关系，下列说法正确的是(　　)
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
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，选项A、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；波源一旦将振动传播给了介质，振动就在介质中向远处传播，而当波源停止振动时，振动在介质中仍然继续传播，不会随波源停止振动而停止传播，选项D错误。
AB
2.(横波和纵波)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
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，故选项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，故选项D错误。
C
3.(振动与波动)一列横波在某时刻的波形图如图所示，此时F质点的振动方向向下，则下列说法正确的是(　　)
A.波水平向右传播
B.质点H与质点F的运动方向相同
C.质点C比质点B先回到平衡位置
D.此时刻质点C的加速度为零
解析　根据波的传播方向与质点振动方向的互判方法，可知波是向左传播的，选项A错误；因波是向左传播的，质点H的运动方向是向上的，选项B错误；因波是向左传播的，可以判断质点C要向下运动，直接回到平衡位置，而质点B先向上运动到达最大位移处后再回到平衡位置，这样质点C要比质点B先回到平衡位置，选项C正确；质点C处在最大位移处，其加速度最大，选项D错误。
C
4.(振动与波动)振源A带动细绳上下振动，某时刻在绳上形成的横波波形如图所示，规定绳上各质点在AP所在直线上方时位移x为正方向，从波传播到细绳上的P点开始计时，下列四幅x t图像能表示P点振动图像的是(　　)
A
解析　波向右传播，开始计时时P点在平衡位置且将向下振动，故A正确，B、C、D错误。
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[基础巩固练]
1.下列关于波动的说法正确的是(　　)
A.介质中的质点随波的传播而迁移
B.质点振动的方向总是垂直于波的传播方向
C.波不但能传递能量，还能传递信息
D.一切波的传播均需要介质
解析　波在传播时，介质中的质点不随波迁移，而是在其平衡位置附近做往复运动，故A错误；对于纵波，介质中质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上，故B错误；波传播的是振动的形式，实际上传递了能量才使质点振动，波还能传递信息，故C正确；机械波的传播需要介质，光波的传播不需要介质，故D错误。
C
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2.科学探测表明，月球表面无大气层，也没有水，更没有任何生命存在的痕迹。在月球上，两位航天员面对面地讲话彼此是无法听到的，这是因为(　　)
A.月球太冷，声音传播太慢
B.月球上没有空气，声音无法传播
C.航天员不适应月球，声音太轻
D.月球上太嘈杂，声音听不清楚
解析　两位航天员面对面讲话却无法听到，说明声波有振源却传播不出去，则缺乏声波传播的介质，故选项B正确。
B
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3.(多选)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
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项正确；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来回振动，并不随波迁移，D项错误。
AC
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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.光缆利用机械波传递信息
D.航天员在宇宙飞船里，击打船壁只能引起机械振动，不能形成声波
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，介质本身并不随波迁移，故A错误；声波能在液体中传播，故B正确；光缆是利用光波传递信息的，故C错误；机械振动可以在船壁中传播，能形成声波，故D错误。
B
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5.如图为波沿着一条右端固定的绳子传播到B点的波形示意图，由图可判断出A开始振动的方向是(　　)
A.向左 B.向右
C.向上 D.向下
解析　由同侧法从图中可知B点将开始向上振动，波的传播过程中各质点的振动是在波源的带动下依次进行的，每个质点开始的振动方向一定和波源的起振方向相同。所以A开始振动的方向向上，C正确，A、B、D错误。
C
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6.(多选)一列绳波在x轴上传播，某时刻的波形如图所示，a、b、c为振动中的三个质点，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
解析　由波传播的规律知质点的振动是由先振动的质点带动后振动的质点，由题图知a质点向上运动，说明a质点左侧质点先于a质点振动，波是沿x轴正方向传播的，选项A正确；质点c和质点a之间有一波谷，质点c振动方向与质点a振动方向相反，质点c向下运动，选项B错误；质点b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先到达离平衡位置最远处，选项D错误。
AC
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7.一列横波沿x轴正方向传播，某时刻的波形如图所示，质点a、b均处于平衡位置。则下列说法正确的是(　　)
A.该时刻质点a正向下运动
B.该时刻质点b正向上运动
C.该时刻质点a、b的速度相同
D.质点a、b的振动周期相同
解析　由“带动法”知该时刻质点a正向上运动，质点b正向下运动，A、B错误；该时刻质点a、b速度大小相等，但方向相反，C错误；质点a、b的振动周期都等于波源的振动周期，因此质点a、b的振动周期相同，D正确。
D
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[能力提升练]
8.(多选)如图所示是做简谐振动绳子的一段，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
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，故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，故C错误，D正确。
ABD
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9.一学生看见平静的湖面上漂浮着一小块泡沫，想把它拾起来扔到垃圾桶，于是向湖中投入一石块，在湖面上激起水波，关于泡沫的运动情况，下列说法正确的是(　　)
A.泡沫不能被波浪推动，最多只能在湖面上做上下振动
B.投入的石块质量越大，波浪越容易将泡沫推至岸边
C.不知泡沫离波源的远近如何，无法确定泡沫的运动情况
D.因“随波逐流”，波浪会将泡沫推至岸边
解析　波传播的是振动这种形式，各质点在各自平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移，B、C、D错误，A正确。
A
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10.(多选)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振动，其余质点在相互作用力的带动下依次振动，从而形成机械波，由波的形成及图可知，下列说法正确的是(　　)
A.质点1带动质点2是利用绳上质点间的弹力实现的，因此除质点1外每个质点均做受迫振动
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
AC
C.绳上的每一个质点开始振动时，方向都向上，振动周期都相同
D.绳上波的传播过程也是能量的传递过程，每个质点均做等幅振动，故每个质点的机械能守恒
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解析　每个质点开始振动后，只在竖直方向做简谐运动，水平方向上不随波迁移，波的传播过程也是能量的传递过程，除质点1外每个质点均做受迫振动，振动周期相同，合外力不为零，故每个质点的机械能并不守恒，故A、C正确，B、D错误。
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ACD
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[拓展培优练]
12.(多选)地壳深处的岩层活动产生强烈震动而引发地震。地震波的纵波传播速度较快，约为6 km/s；横波传播速度较慢，约为4 km/s。2022年3月26日在青海某无人区发生6.0级地震，震源深度10 km。地震发生后距震源163 km的嘉峪关市震感强烈。下列说法正确的是(　　)
A.震源的正上方，地震波的纵波会引起地面物体上下跳动，横波会引起地面上物体水平晃动
B.地震波的横波在介质中传播时，介质中的质点会沿波的传播方向运动，从而导致房屋倒塌
C.嘉峪关市的防震减灾机构有约13.6 s的时间提前预警更具破坏性的横波何时到达
D.建筑物的固有周期与地震波的振动周期越接近，建筑物受到的损伤就越小
AC
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