物理人教版选修3-4第十二章+机械波12-1+Word版含答案

[目标定位]　1.理解机械波的形成过程和产生条件.2.知道波的种类及横波和纵波的概念.3.明确机械波传播的特点.4.掌握由传播方向确定质点振动方向的方法．
一、波的形成和传播
1．波：振动的传播称为波动，简称波．
2．波的形成和传播
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出去了．
3．首先振动的那个质点称为波源．离波源越远，质点的振动越滞后，但各质点的起振方向与波源的起振方向相同．
4．各质点的振动周期都与波源的振动周期相同．
【深度思考】
取一条较长的软绳，用红颜色在绳上做个标记．软绳波动起来后，这个标记怎样运动？它是否随着波向绳的另一端移动？
答案　这个标记会在其位置上下振动　不会随着波向绳的另一端移动．
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【例1】　 (多选)如图1所示为沿水平方向的介质中的部分质点，相邻质点间的距离相等，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正确的是(　　)
图1
A．介质中所有的质点的起振方向都竖直向下，图中质点9起振最晚
B．图中所画出的质点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起振时，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
答案　ACD
解析　从题图可知，质点9是图中距波源最远的点，尽管与波源起振方向相同，但起振时刻最晚，故选项A正确，B错误；质点7与质点8相比较，质点7是质点8的前质点，7、8质点间的振动步调相差，故选项C正确；质点9与质点1相距2个波长，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振动步调就完全一致，故选项D正确．
波动过程中各质点的运动规律可用三句话来描述：
?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”.
二、横波和纵波
1．质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波，叫做横波．在横波中，凸起的最高处叫做波峰，凹下的最低处叫做波谷．
2．质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波，叫做纵波．在纵波中，质点分布最密的位置叫做密部，质点分布最疏的位置叫做疏部．
3．横波和纵波是按照质点振动方向和波传播方向的关系来区别的．
4．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．
【深度思考】
当地震发生时，地面会发生竖直方向的振动，也会在水平方向晃动，你能从波的角度解释这个现象吗？
答案　地震波既有纵波又有横波．纵波使地面上下振动，横波使地面水平晃动．
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【例2】　(多选)关于横波和纵波，下列说法中正确的是(　　)
A．质点的振动方向与波的传播方向垂直的波叫横波
B．质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波叫纵波
C．横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部
D．地震波是横波，声波是纵波
解析　根据横波和纵波的定义可知A、B、C正确；声波是一种纵波，但地震波中既有横波，又有纵波，D错误．
答案　ABC
质点的振动方向和波的传播方向之间的关系是区分横波和纵波的关键.
三、机械波
1．波借以传播的物质叫介质．机械振动在介质中传播，形成了机械波．
2．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．
3．波是传递能量的一种方式，波也可以传递信息．
【深度思考】
图2
图2中展示的是艺术体操项目中的“带操”表演．运动员的手停止抖动后，彩带上的波会立即停止吗？
答案　不会，波是传递能量的一种方式．前一质点的振动带动相邻的后一质点振动，后一质点的振动状态必定落后于前一质点．手停止抖动后，振动的能量也能继续传递下去．
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【例3】　(多选)关于机械波的形成，下列说法中正确的是(　　)
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．参与振动的质点都有相同的频率
D．机械波是介质随波迁移，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，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，故选项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，故选项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，故选项D错误．
答案　BC
【例4】　(多选)关于振动和波的关系，下列说法中正确的是(　　)
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．由于介质中的质点之间相互作用，一个质点的振动带动相邻质点的振动由近及远传播而形成波，所以选项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；波源一旦将振动传给了介质，振动就会在介质中向远处传播；当波源停止振动时，介质仍然继续传播波源振动的运动形式，不会随波源停止振动而停止传播，即波不会停止传播，选项D错误．
答案　AB
振动与波动的区别与联系
1．区别
(1)研究对象不同
振动是单个质点所表现出的周而复始的运动现象，波动是大量质点表现出的周而复始的运动现象．
(2)运动成因不同
振动是质点由于某种原因离开平衡位置，同时受到指向平衡位置的力——回复力的作用．波动是由于介质中质点受到相邻质点的带动而随着运动，并将振动形式由近及远传播开去，各质点间存在相互作用力，各个质点都受到回复力作用．
(3)运动性质不同
质点的振动是变加速运动，在同一介质中波动的传播速度不变．
2．联系
(1)振动是波动的起因，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)波动的周期等于质点振动的周期，波动和振动都是周期性运动．
四、由传播方向确定质点振动方向的方法
带动法
原理：先振动的质点带动邻近的后振动的质点．
方法：在质点P靠近波源一方附近的图象上另找一点P′，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3所示．
图3
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【例5】　(多选)一列横波沿绳子向右传播，某时刻绳子形成如图4所示的形状，对此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点说法正确的是(　　)
图4
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
解析　波中各质点均做受迫振动，不考虑能量损耗，各质点振幅相同，所以选项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，由此可知选项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，选项D正确．
答案　AD
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1．(机械波的形成与传播)以下对机械波的认识正确的是(　　)
A．形成机械波一定要有振源和介质
B．振源做简谐运动形成的波中，各质点的运动情况完全相同
C．横波向右传播时，处于波峰的质点也向右迁移
D．机械波向右传播时，右方的质点比左方的质点早一些振动
答案　A
解析　振源和介质是形成机械波的两个必不可少的条件，故A选项正确；简谐运动在介质中传播时，沿波的传播方向上，后面的质点比前面的质点总要晚一些开始振动，但质点本身并不随波的传播而发生迁移，而且各质点的振动步调不一致，故B、C、D都错．
2．(横波和纵波)(多选)下列关于横波与纵波的说法中，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
答案　CD
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，而固体中的声波既可能是纵波，也可能是横波，故A错；水波既不是横波，也不是纵波，它的形式比较复杂，故B错；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，C、D正确．
3．(振动与波的关系)(多选)关于机械波和机械振动，下列说法中正确的是(　　)
A．机械振动就是机械波，机械波就是机械振动
B．有机械波，则一定有机械振动
C．机械波就是质点在介质中的运动路径
D．在波的传播方向上各个质点都有相同的振动频率和振幅
答案　BD
解析　机械振动在介质中的传播即机械波，A错；波的形成有两个条件，一是要有波源，二是要有介质，所以，有机械波一定有机械振动，B对；在波的形成和传播过程中，各质点不随波迁移，C错；离波源较远的质点靠前面质点的带动，所以频率、振幅相同，D对．
4．(由波的传播方向确定质点振动方向)一列简谐横波沿x轴传播，某时刻的波形如图5所示，已知此时质点F的运动方向向y轴负方向，则(　　)
图5
A．此波向x轴正方向传播
B．质点C此时向y轴负方向运动
C．质点C将比质点B先回到平衡位置
D．质点E的振幅为零
答案　C
解析　因为机械波在传播过程中，靠近波源的质点的振动带动相邻的后边质点的振动，而后面质点要“模仿”前面质点的振动，所以本题中，已知质点F的运动方向向y轴负方向，即F质点正在“模仿”右边质点的振动，这说明波源在右边，波从右向左传播，即此波向x轴负方向传播，选项A错误；质点C此时刚到达最大位移处，速度为0，此后才向y轴负方向运动，选项B错误；质点B要先向y轴正方向运动到达波峰位置再回到平衡位置，而质点C直接从波峰位置回到平衡位置，所以选项C正确；振幅指的是质点离开平衡位置的最大距离，虽然此时质点E的位移为零，但其振幅不为零，选项D错误．故正确答案为C.
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
题组一　波的形成和传播
1．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”，分析其原因是(　　)
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，所以选项B正确．
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1所示．规定绳上质点向上运动的方向为x轴的正方向，则P点的振动图象是(　　)
图1
答案　B
解析　根据t＝0时刻P点前一质点在下方，确定P点的起振方向是从平衡位置向下振动，显然，只有选项B正确．
3．如图2所示是某绳波形成过程的示意图，1,2,3，4……为绳上的一系列等间距的质点，绳处于水平方向．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．t＝0时质点1开始竖直向上运动，经过四分之一周期，质点5开始运动．下列判断正确的是(　　)
图2
A．质点6开始振动时的运动方向向下
B．t＝时质点6的速度方向向下
C．t＝时质点10的运动方向向上
D．t＝T时质点16开始运动
答案　C
解析　介质中各质点开始振动时的振动方向和波源开始振动时的振动方向相同，A错；经过t＝质点1回到平衡位置，质点9开始向上振动，质点5振动到正的最大位移处，根据带动法可知，质点6在平衡位置上方向上振动，即速度的方向向上，B错；t＝时质点1振动到负的最大位移处，质点9振动到正的最大位移处，质点13开始振动，5～13之间的质点在平衡位置上方，9～13之间的质点振动方向都向上，C对；t＝T时质点17开始运动，D错．
题组二　横波和纵波
4．区分横波和纵波的依据是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A．是否沿水平方向传播
B．质点振动的方向和波传播的远近
C．质点振动的方向和波传播的方向是相互垂直还是相互平行
D．质点振动的快慢
答案　C
解析　横波与纵波的区分是根据波的传播方向与质点的振动方向之间的关系，如果两者在同一方向就是纵波，如果两者的方向相互垂直就是横波．
5．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3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(　　)
图3
A．P先开始振动，震源距地震仪约36 km
B．P先开始振动，震源距地震仪约25 km
C．H先开始振动，震源距地震仪约36 km
D．H先开始振动，震源距地震仪约25 km
答案　A
解析　横波速度小于纵波速度，所以P先开始振动．由＋5 s＝，可得x＝36 km，则A正确，B、C、D错误．
题组三　机械波
6．关于波，下列说法中正确的是(　　)
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．波传播的速度和质点振动速度相同
答案　C
解析　波在传播过程中只传播振动形式、传递能量与信息，而质点并不随波迁移．
7．(多选)关于机械波的说法正确的是(　　)
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．波源开始时怎样振动，其他质点开始时就怎样振动
D．波中各质点振动频率是相同的
答案　ACD
解析　机械波是由于介质中前面的质点带动后面的质点，使波源的振动形式与波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；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；每个质点都是由波源带动依次振动，每个质点都做受迫振动，每个质点的频率都与波源频率相同，并且都“仿照”波源振动，故C、D正确．
8．下列说法正确的是(　　)
A．振动能够在介质中传播，是由于相邻介质质点间存在相互作用力
B．在波传播过程中，沿波传播方向上的质点沿着波形做曲线运动
C．声波传播过程中，介质中质点的运动速度等于声波的传播速度
D．已知地震波的纵波波速大于横波波速，此性质可用于横波的预警
解析　机械波的形成是由于相邻质点间有力的作用，当介质中某一质点发生振动时，就会带动周围的质点振动起来，从而使振动向远处传播，所以选项A正确；当介质发生振动时，各个质点在各自的平衡位置附近往复运动，质点本身并不随波迁移，机械波向外传播的只是机械振动的形式，所以选项B错误；声波在传播过程中，质点在平衡位置附近振动，其振动速度周期性变化，而声波的传播速度在同一均匀介质中是固定值，故选项C错误；地震波的纵波传播速度比横波传播速度大，纵波可早到达地面，能起到预警作用，故选项D正确．
答案　AD
9．一列简谐横波在介质中传播，当波源质点突然停止振动时，介质中其他质点的振动及能量传递的情况是(　　)
A．所有质点都立即停止振动
B．已经振动的质点将继续振动，未振动的质点则不会振动
C．能量将会继续向远处传递
D．能量传递随即停止
答案　C
题组四　由波的传播方向确定质点振动方向
10．如图4所示为波沿一条固定的绳子向右刚传播到B点时的波形，由图可判断A点刚开始的振动方向是(　　)
图4
A．向左 B．向右 C．向下 D．向上
答案　D
解析　根据带动法可知B点要向上振动，且所有点的起振方向都相同，所以D正确．
11．一列波在介质中向某一方向传播，图5为此波在某一时刻的波形图，并且此时振动还只发生在M、N之间，已知此波的周期为T，Q质点速度方向在波形图中是向下的，下面说法中正确的是(　　)
图5
A．波源是M，由波源起振开始计时，P质点已经振动时间T
B．波源是N，由波源起振开始计时，P质点已经振动时间
C．波源是N，由波源起振开始计时，P质点已经振动时间
D．波源是M，由波源起振开始计时，P质点已经振动时间
答案　C
解析　由于此时Q质点向下振动，且Q质点右方邻近质点在Q质点下方，则波向左传播，N是波源．振动从N点传播到M点，经过一个周期，又因从波源N起振开始计时，需经T，P质点才开始起振，故P质点已振动了，选项C正确．
12．(多选)位于x＝0处的波源从平衡位置开始沿y轴正方向做简谐运动，该波源产生的简谐横波沿x轴正方向传播．关于x＝5 m处的质点P，下列说法正确的是(　　)
图6
A．质点P开始振动的方向沿y轴负方向
B．质点P开始振动的方向沿y轴正方向
C．质点P沿x轴正方向随波移动
D．质点P沿y轴上下振动
答案　BD
解析　该波源产生的是简谐横波，即波的传播方向与质点的振动方向相互垂直，因波沿x轴正方向传播，故质点P沿y轴上下振动，选项C错误，选项D正确；波的传播过程是离波源近的质点依次带动离波源远的质点振动，即所有的质点依次重复波源的振动形式，因波源开始从平衡位置沿y轴正方向做简谐运动，故质点P开始振动的方向沿y轴正方向，选项A错误，选项B正确．
13．如图7甲所示为波源的振动图象，图乙为均匀介质中同一条直线上等间距的质点在t＝1 s时的振动状态，其中质点4刚开始振动．请在图丙中画出t＝5 s时质点的振动状态．
图7
答案　见解析
解析　根据波传播的规律t＝5 s时，波源出现在波峰，质点16起振．如图所示