7 波的形成
学 习 目 标
知 识 脉 络
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．(重点)
4．通过对波的认识和理解，逐步提高空间想象能力．
知识点一| 波的形成和传播
1．波的形成
当手握绳端上下振动时，绳端带动相邻质点，使它也上下振动．这个质点又带动更远一些的质点……绳上的质点都很快跟着振动起来，只是后面的质点总比前面的质点迟一些开始振动，这样在整个绳子上就形成了凸凹相间的波．
2．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．
3．机械波
(1)形成：机械振动在介质中传播，形成机械波．
(2)产生条件
①要有波源．
②要有传播振动的介质．
(3)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，因此说它传播的只是振动这种运动形式．
②介质中本来静止的质点，随着波的传来而发生振动，可见波是传递能量的一种方式．
③我们能用语言进行交流，说明波可以传播信息．
1．质点的振动位置不断转换即形成波． (×)
2．在绳波的形成和传播中，所有质点同时运动，同时停止运动． (×)
3．在绳波的形成和传播中，所有质点的运动是近似的匀速直线运动．
(×)
1．振动和波的关系是什么？有振动是否一定有机械波？
【提示】 波源和介质是形成机械波的必要条件，二者缺一不可，有振动不一定有机械波，有机械波一定有振动．
2．机械波形成后，若波源停止振动，机械波会立即消失吗？
【提示】 不会．波源停止振动后，机械波传递的能量并没有立即消失，因此机械波不会立即消失．
1．机械波的形成
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：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，质点振动越滞后．
(4)立场：各质点只在各自的平衡位置振动，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．
1．如图所示是一列沿着绳向右传播的绳波波形，此时波刚传到B点，由图可判断波源A点开始的振动方向是________．
解析：由于波刚刚传到B点，所以B点此时的振动方向就是波源的起振方向，由图根据波的传播与质点振动的关系可以知道，B质点此时正向上振动，所以波源A质点刚开始的振动方向向上．
答案：向上
2．将一个小石子投向平静的湖面中心，会激起一圈圈向外传播的波纹，如果此时水面上有一片树叶，那么树叶运动情况是怎样的？
解析：波在传播过程中，只传递振动能量和波源所发出的信息，而各质点不随波迁移，只在各自的平衡位置附近振动．
答案：在原位置上下振动
3．如图所示是某绳波形成过程的示意图，质点1在外力作用下沿直线方向做简谐运动，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8，12，16的运动状态(是否运动、运动方向)如何？
(2)t＝时，质点8，12，16的运动状态如何？
解析：各质点在各时刻的情况，如图所示．
(1)由甲图可知，t＝时，质点8未到达波峰，正在向上振动，质点12，16未振动．(2)由乙图可知，t＝时，质点8正在向下振动，质点12向上振动，质点16未振动．
答案：见解析
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．
知识点二| 横波和纵波
1．对比
定 义
标识性物理量
实物波形
横波
质点的振动方向和波的传播方向垂直的波
①波峰：凸起的最高处
②波谷：凹下的最低处
纵波
质点的振动方向和波的传播方向平行的波
①密部：质点分布密集的部分
②疏部：质点分布稀疏的部分
2.说明
(1)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，也能在固体、液体中传播．
(2)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．
1．质点的振动方向与波的传播方向垂直的波都是横波． (√)
2．如果波源停止振动，介质中的波也会立即停止． (×)
3．横波在固体、液体、气体中都能传播，纵波只能在气体中传播．
(×)
地震波既有横波也有纵波，试分析哪一种波对地面建筑物的破坏力大．
【提示】 横波振动方向与波前进方向垂直，而纵波振动方向与传播方向一致．在震中区，地震波直接入射地面，横波表现为左右摇晃．纵波表现为上下跳动．另外，横波振幅比纵波大，破坏力大，所以横波的水平晃动力是造成建筑物损坏的主要原因．
1．横波和纵波的比较
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
2.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
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
4．关于横波和纵波，下列说法正确的是( )
A．质点的振动方向和波的传播方向垂直的波叫作横波
B．质点的振动方向跟波的传播方向在同一直线上的波叫作纵波
C．横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部
D．地震波是纵波
E．声波是横波
解析：本题考查纵波和横波的概念．由定义知，A、B、C正确．声波是纵波，但地震波中既有横波，又有纵波，故D、E不正确．
答案：ABC
5．关于横波和纵波，下列说法正确的是( )
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
E．空气介质只能传播横波
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，E错误．
答案：ABD
6．一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．质点A和C的速度方向相同
D．从此时算起，质点B比C先回到平衡位置
E．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，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；同理，此时质点A正向下运动，质点C正向上运动，两者速度方向也相反，选项C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D正确．同理知选项E正确．
答案：ADE
解答波动问题的两个关键
(1)波在传播过程中，质点只在其平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移．
(2)根据质点做简谐运动的特点确定质点的位置和速度方向．
课件37张PPT。7 波的形成主题2 机械振动与机械波波的形成和传播振动带动跟着振动相互作用传播介质机械振动波源传播信息振动能量× × × 横波和纵波最低处垂直最高处稀疏平行密集简谐运动纵波√ × × 点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(十)
(建议用时：45分钟)
[基础达标练]
1．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，只是时间上落后一步
C．参与振动的质点的振动频率都相同
D．机械波是介质随波迁移
E．机械波可以传递能量和信息
解析：若只有物体振动，而周围没有传播这种振动的介质，振动不可能由近及远传播出去形成机械波，A错．机械波中各振动质点都在重复波源的振动，振动频率都等于波源的频率，只是离波源越远，振动步调越落后，B、C正确．机械波中介质各质点只在自己平衡位置附近振动，不随波迁移，离波源较远的质点振动的能量是通过离波源近的各质点的传递从波源获得的，D错，E对．
答案：BCE
2．一列简谐横波沿x轴传播，某时刻的波形如图所示，已知此时质点F的运动方向向y轴负方向，则( )
A．此波向x轴负方向传播
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
E．各质点的振幅相同
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正确；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，E正确．
答案：ACE
3．下列关于横波、纵波的说法正确的是( )
A．凸凹相间的波叫横波，凸起的最高处叫波峰，凹下的最低处叫波谷
B．质点振动方向和波的传播方向在同一直线上的波叫纵波
C．横波和纵波传播的都只是振动这种运动形式
D．沿横向传播的波叫横波，沿纵向传播的波叫纵波
E．沿横向传播的波叫纵波，沿纵向传播的波叫横波
解析：质点的振动方向与波的传播方向垂直的波为横波，质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波为纵波；横波具有波峰和波谷，两种波传播的都是运动形式，A、B、C正确．
答案：ABC
4．一根张紧的水平弹性绳，绳上的S点在外界驱动力的作用下沿竖直方向做简谐运动，在绳上形成稳定的横波，在S点的左、右两侧分别有A，B，C，D四点，如图所示，已知AB，BS和SC的距离相等，CD的距离为SC的2倍，下面的说法中正确的是( )
A．若B点的位移与S点的位移始终相同，则A点的位移一定与S的位移始终相同
B．若B点的位移与S点的位移始终相反，则A点的位移一定与S点的位移始终相反
C．若C点的位移与S点的位移始终相同，则D点的位移一定与C点的位移始终相同
D．若C点的位移与S点的位移始终相反，则D点的位移一定与C点的位移始终相同
E．因不知S点的起振方向，以上说法均不对
解析：选项A中，由于B点和S点位移相同，又因为AB＝BS，故A点与S点位移也相同．选项B中，B点和S点位移始终相反，那么再隔同样距离时，A点和S点的位移就应始终相同了．位移始终相同的点和始终相反的点是相互隔开的．
答案：ACD
5．机械波在介质中传播时，下列说法中正确的是( )
A．各质点都在各自的平衡位置附近振动
B．相邻质点间必有相互作用力
C．前一质点的振动带动相邻后一质点的振动，后一质点的振动必定落后于前一质点
D．各质点也随波的传播而迁移
E．在横波中质点不随波迁移，在纵波中，质点随波一直向前移动
解析：机械波在介质中传播时，由于各质点间的相互作用力，前一质点带动相邻的后一质点在其平衡位置附近振动，但各质点并不随波迁移，所以A、B、C正确，D、E错误．
答案：ABC
6．如图所示，为波沿着一条右端固定的绳子传播到B点的波形图，由图可判断出A点开始振动的方向是________．
解析：由题图可知波向右传播，传播到B点，B点刚开始振动且振动方向向下，其重复波源A的运动，所以A点开始振动的方向向下．
答案：向下
7．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，求：
(1)先振动的是哪个振子？
(2)震源距地震仪的距离是多少？
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.
答案：(1)P (2)36 km
8．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”，分析其原因是什么？
解析：停止对大钟的撞击后，大钟的振动不会立即停止，振动的能量不会凭空消失，大钟做阻尼振动一段时间，因此还会在空气中形成声波，这就是余音未绝的原因．
答案：见解析
[能力提升练]
9．一列横波某时刻的波形如图所示，经过0.25 s图中P点第一次到达波峰的位置，此后再经0.75 s，P点的位移和速度可能是( )
A．位移是2 cm
B．位移是零
C．位移是－2 cm
D．速度最大，方向沿－y的方向
E．速度最大，方向沿＋y方向
解析：此列波没有给出传播方向，因而可能向左也可能向右，P点在平衡位置附近振动，由此入手确定0.75 s后的位移和速度．
如果此波向左传播，此时P点运动方向向上，经0.25 s，P点第一次到达波峰，此时经过T，此后再经0.75 s，即T，P点到达平衡位置并向上运动；如果此波向右传播，此时P点向下运动，经0.25 s，P点第一次到达波峰，此时经T，此后再经0.75 s．即3个T后，P点到达平衡位置并向下运动，故B、D、E正确．
答案：BDE
10．一列横波某时刻的波形如图所示．质点A的受力方向是________．
解析：无论波向左还是向右传播，回复力始终指向平衡位置，且质点A的回复力是由相邻的质点对质点A的作用力来提供，质点A的受力方向始终向下．
答案：向下
11．一列沿x轴正方向传播的简谐横波，某时刻的波形如图所示．P为介质中的—个质点，从该时刻开始的一段极短时间内，P的速度v和加速度a的大小变化情况是v变________，a变________．
解析：由题图知波传播方向沿x轴正方向，根据质点振动方向与波的传播方向的关系可知质点P的速度方向在该时刻开始的一段极短时间内沿y轴正方向，即向该质点的平衡位置运动，因此P质点速度增大；质点P做简谐运动，向平衡位置运动，相对于平衡位置的位移减小，所受回复力减小，因此加速度a减小，即v变大，a减小．
答案：大 小
12．如图所示是一列简谐波沿x轴正方向传播的某时刻的波形图．a是正向最大位移处，b恰好处于平衡位置，经过Δt＝时间，a，b两个质点所通过的路程的关系是sa________(填“＜”“＞”或“＝”)sb.
解析：因各个质点均做受迫振动，重复波源的振动，故振动频率、周期、振幅相同，而a正处于正向最大位移处，速度为零，在时间内，向平衡位置运动，速度由零逐渐增大，但达不到最大速度；b正在从平衡位置向上运动，具有最大速度，在时间内，它向正方向最大位移处运动，速度逐渐减小，但平均速度比a的大．
答案：＜
13．振源A带动细绳振动，某时刻形成的横波形如图所示，在波传播到细绳上一点P时开始计时，画出P点的振动图象．
解析：由于波源带动了后面的质点依次振动，且后面的质点总是重复前面质点的振动状态，所以，介质中各质点开始振动时的方向都与波源开始振动时的方向相同，此时波刚好传播至P点，P点此时的振动状态即与波源A开始振动时的状态相同．由波的传播特点可知P点此时是从平衡位置向下运动的．
答案：
14．细绳的一端在外力作用下从t＝0时刻开始做简谐运动，激发出一列简谐横波．在细绳上选取15个点，图中甲为t＝0时刻各点所处的位置，乙为t＝时刻的波形图(T为波的周期)．在丙中画出t＝时刻的波形图．
解析：机械波在传播过程中，介质的质点都在各自的平衡位置附近振动，时间依次滞后，从波形图上看出，在t＝T/4时刻第4个质点才开始振动，则在t＝3T/4时刻第10个质点刚开始振动，此时第4个质点已振动了T/2的时间回到了自己的平衡位置，第1个质点到达下方最大位移处，新的波形如图所示．
答案：见解析
