第1节 机械波的形成和传播
1.理解波的形成和传播．(重点＋难点) 2.知道横波和纵波，理解波峰和波谷、密部和疏部． 3．知道机械波，理解机械波的传播形式．(难点)
一、机械波的形成和传播
1．介质：能够传播振动的物质叫做介质．
2．波源：引起初始振动的装置．
3．机械波：机械振动在介质中传播形成了机械波．
4．产生机械波的条件：同时存在波源和介质．
5．机械波传播的只是振动的运动形式，介质中的各质点并不随波迁移．
6．波是传递能量的一种方式，所以机械波的传播也是机械能的传播．
二、横波与纵波
1．横波：介质中质点的振动方向和波的传播方向相互垂直的波，叫做横波．
(1)波峰：在横波中，凸起来的最高处叫做波峰．
(2)波谷：在横波中，凹下去的最低处叫做波谷．
2．纵波：介质中质点的振动方向和波的传播方向平行的波，叫做纵波．
(1)密部：在纵波中，质点分布密集的部分叫做密部．
(2)疏部：在纵波中，质点分布稀疏的部分叫做疏部．
生活中经常见到一些“波动”的情形，随风飘扬的五星红旗，体操运动员舞动的长绸，冲浪运动员在风浪中的搏击．这些现象都给人“波动”的感觉，那么波是如何产生的呢？
提示：介质中各质点间存在相互作用，前一质点带动后一质点振动，依次传播下去．
机械波的形成及特点
1．机械波的形成
(1)实质：介质质点间存在相互作用力，介质中前面的质点带动后面的质点振动．
(2)质点间的作用：相邻的质点相互做功，同时将振动形式与波源能量向外传播．
质点带动做受迫振动，其振动周期都与波源的周期相同，各质点的起振方向都与波源相同．
2．波的特点
(1)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，各个质点并不随波迁移，而是在自己平衡位置附近振动．
(2)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．
(3)横波是物体的形状发生了变化而产生弹力作用所致，所以只能在固体中传播．
(4)产生纵波时，物体的各部分经常在压缩和拉长，也就是说经常在改变自己的体积，在体积改变时，固体内固然要产生弹力，液体和气体也要产生弹力，所以纵波在这三种状态的介质中都能传播．
(5)纵波和横波可同时存在于同一种介质中，如地震波，既有横波，又有纵波，横波和纵波同时在地壳中传播．
(1)绳波和声波分别是典型的横波和纵波，水波是比较复杂的机械波，不是横波．
(2)在纵波中各质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上，而不是方向相同．
(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．形成机械波的各振动质点随波迁移，并且波源能量向外传播
[解析] 机械波的形成必须具备的两个条件：波源和介质．只有物体做机械振动，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而形成机械波，故A选项错误．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，但振动频率相同，故B、C选项正确．形成机械波的各振动质点只在平衡位置附近做往复运动，并没有随波迁移，故D选项不正确．
[答案] BC
分析机械波形成与传播时要把握两点：(1)介质中各质点从波源开始依次振动；(2)任何一个质点的起振方向都与波源的起振方向相同．
1.波在传播过程中，正确的说法是( )
A．介质中的质点随波迁移
B．波源的振动能量随波传递
C．振动质点的频率随着波的传播而减小
D．波源的能量靠振动质点的迁移随波传递
解析：选B．介质中的质点只在自己平衡位置上下振动，而不随波迁移，选项A错误；波源的振动能量随波传递，选项B正确；振动质点的频率等于波源的振动频率，不随着波的传播而减小，选项C错误；波源的能量随波由近及远传播，并不是靠振动质点的迁移来传播，故D错误．
波动与振动的区别与联系
1．波动与振动的区别
振动 波动
研究对象 某一个质点的周期性运动 所涉及波动的各个质点的周期性运动及整体表现出的振动传播过程
成因 质点受到回复力的作用 靠相邻质点的相互作用力的带动将振动形式和能量传播出去
性质 质点做变速运动 波在均匀介质中匀速向前传播
能量变化 系统动能和势能相互转化，转化过程中机械能不变 介质中每个质点的动能与势能同时达到最大，同时达到最小，质点的机械能在最大和最小之间变化，而每个质点在不断地吸收和放出能量，波的传播过程也是能量传播过程
2.振动和波的联系
(1)振动是波动的起因．
(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．
产生振动的原因是靠回复力，而引起波动的力，是介质中各质点间的弹力．
关于机械振动和机械波下列叙述不正确的是( )
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，振动质点并不随波的传播发生迁移
D．在波的传播中，如果振源停止振动，波的传播并不会立即停止
[解析] 机械振动是形成机械波的条件之一，有机械波一定有机械振动，但有机械振动不一定有机械波，A错，B对．波在传播时，介质中的质点都在其平衡位置附近做往复运动，它们不随波的传播而发生迁移，C对．振源停止振动后，已形成的波仍继续向前传播，D对．
[答案] A
2.(多选)关于振动和波的关系，下列说法中正确的是( )
A．振动是单个质点呈现的运动现象，波是彼此相联系的许多质点联合起来呈现的运动现象
B．振动是波动的基本要素，波是振动的传播
C．波的传播速度就是质点振动的速度
D．离波源远的质点振动较慢
解析：选AB．一个质点的振动通过相互作用会带动邻近质点的振动，使振动这种运动形式通过介质中质点的依次带动由近及远向外传播出去而形成机械波，故选项A、B正确；波的传播速度不是质点振动的速度，故选项C错误；因各质点的振动都是重复波源的振动，不论距波源远近，振动快慢都一样，故选项D错误．
横波与纵波
横波与纵波的对比
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
(1)水面波的认识方面：水波既不是横波也不是纵波，它属于比较复杂的机械波．
(2)纵波的认识方面：在纵波中各质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上，而不是方向相同．
关于横波与纵波，下列说法中正确的是( )
A．质点上下振动形成的波是横波
B．质点水平振动形成的波是纵波
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．质点在水平面内振动，波沿水平方向传播，这类波是纵波
[解析] 质点的振动方向与波的传播方向垂直的波叫横波，而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，可知只有C项正确．
[答案] C
区别横波、纵波只看质点的振动方向与传播方向的关系；对于机械波总是距波源近的质点带动距波源远的质点，起振有先后．
3.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．形成纵波的质点，随波一起迁移
D．空气介质只能传播纵波
解析：选D．横波质点的振动方向与传播方向相互垂直，纵波质点的振动方向与传播方向有时相同，有时相反，故A、B均错误；介质中的质点都是在平衡位置附近做往复运动，不会随波定向移动，故C项错误；因为空气介质只能通过压缩而产生相互作用力，故空气介质传播的机械波只能是纵波，故D项正确．
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- 5 -第1节 机械波的形成和传播
[随堂检测]
1．(多选)关于机械波的以下说法中，正确的是( )
A．波动发生需要两个条件：波源和介质
B．波动过程是介质质点由近及远移动的过程
C．波动过程是能量由近及远传递的过程
D．波源与介质质点的振动都是自由振动
解析：选AC．波源振动时，依靠介质中的相互作用力带动周围各部分质点振动起来，形成机械波．介质质点只在平衡位置附近振动，并不随波迁移，仅把振源的振动和能量传播开来．波源和介质质点之间相互作用力阻碍波源的振动，是一种阻力，所以波源的振动不可能是自由振动；相邻质点间存在相互作用，故介质质点也不是自由振动．
2．(多选)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横波
B．质点振动方向跟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：选ABC．根据横波和纵波的定义知A、B、C正确；声波是纵波，但地震波中既有横波又有纵波，D错误.
3．(多选)下列关于机械波的说法中，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的后一质点的振动，后一质点的振动必定落后于前一质点
D．离波源越远，质点的振动频率越小
解析：选ABC．振源依靠介质中各相邻质点间的相互作用力使周围的质点依次振动起来，且后一质点的振动必定落后于前一质点，选项B、C正确；质点只在它们各自的平衡位置附近做受迫振动，它们振动的频率均与波源的频率相同，选项A正确，D错误．
4．(多选)机械波传播的是( )
A．介质中的质点 B．质点的运动形式
C．能量 D．信息
答案：BCD
5．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
解析：选C．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，如果两者在同一直线上就是纵波，如果两者的方向相互垂直，该波就是横波．
[课时作业]
一、单项选择题
1．判别横波的条件是( )
A．质点在竖直方向振动的波为横波
B．在水平方向传播的波为横波
C．只有质点振动方向为竖直的，波的传播方向为水平的波才为横波
D．只要质点振动方向和波的传播方向垂直的波就是横波
解析：选D．判别一列波是否是横波的依据是质点的振动方向和波的传播方向是否垂直．
2．下列关于纵波的说法中，正确的是( )
A．在纵波中，波的传播方向就是波中质点的移动方向
B．纵波中质点的振动方向一定与波的传播方向在同一条直线上
C．纵波中质点的振动方向一定与波的传播方向垂直
D．纵波也有波峰和波谷
解析：选B．纵波中质点的振动方向与波的传播方向虽然在同一条直线上，但质点的振动方向与波的传播方向可能相同，也可能相反．故选项B正确．
3．沿绳传播的一列机械波，当波源突然停止振动时( )
A．绳上各质点同时停止振动，横波立即消失
B．绳上各质点同时停止振动，纵波立即消失
C．离波源较近的各质点先停止振动，较远的各质点稍后停止振动
D．离波源较远的各质点先停止振动，较近的各质点稍后停止振动
解析：选C．波形成后，如果波源停止振动，波不会立即消失，选项A、B错误；波源的能量不断向远处传播，故离波源较近的质点先停止振动，选项C正确，选项D错误．
4．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，下列对树叶运动情况的叙述正确的是( )
A．树叶慢慢向湖心运动
B．树叶慢慢向湖岸漂去
C．在原位置上下振动
D．沿着波纹做圆周运动
解析：选C．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，故选C．
5．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
C．人的听觉发生“暂留”缘故
D．大钟虽然停止振动，但空气仍在振动
解析：选B．停止撞钟后，大钟的振动不会立即消失，因为振动能量不会凭空消失，再振动一段时间后，由于阻尼的作用振动才逐渐消失，B选项正确．
二、多项选择题
6．下列说法正确的是( )
A．没有机械波就没有机械振动
B．月球上两宇航员靠近了就可以听到对方的说话声
C．一列波由波源向周围扩展开去，是波源质点的振动形式由近及远传播开去
D．机械波依存的介质，必须是由分子或原子组成的物质
解析：选CD．机械振动在介质中的传播形成机械波，没有形成机械波时可以发生机械振动，A错；没有介质就不会形成波，故B错．
7．如图所示为沿水平方向的介质中的部分质点，每相邻两质点间距离相等，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时开始计时，经过，质点1开始起振，则下列关于各质点的振动和介质中的波的说法中正确的是( )
A．介质中所有质点的起振方向都是竖直向下的，但图中质点9起振最晚
B．图中所画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振动时，通过平衡位置或最大位移的时间总是比质点7通过相同位置时落后T/4
D．只要图中所有质点都已振动了，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发生的就是第98次振动
解析：选ACD．据波的传播特点知，波传播过程中各质点的振动总是重复波源的振动，所以起振方向相同，都是竖直向下，但从时间上来说，起振时间依次落后，所以选项A、C正确，B错误；由题意知，质点9比质点1应晚起振两个周期，所以当所有质点都起振后，质点1与质点9步调完全一致，所以选项D正确．
8．关于地震，下列说法正确的是( )
A．震源停止振动时，地震波的传播立即停止
B．地震波能传播能量
C．当地震波由海底传播到海水中时地震波的频率不变
D．地震波与电磁波一样均可以在真空中传播
解析：选BC．地震波是机械波，传播时需要介质，波传播的是形式和能量，机械波的传播是靠介质间的相互作用向前传播，当波源停止时，波还会继续传播下去，波的频率由波源决定与介质无关．
9．一列波由波源向周围扩展开去，下列说法正确的是( )
A．介质中各质点由近及远地传播开去
B．介质中的振动形式由近及远传播开去
C．介质中振动的能量由近及远传播开去
D．介质中质点只是振动而没有迁移
解析：选BCD．波在传播时，介质中的质点在其平衡位置附近做往复运动，它们并没有随波的传播而发生迁移，A错，D对．波传播的是振动形式，而振动由能量引起，也即传播了能量，B、C对．
10．下列说法正确的是( )
A．要让放在河中的纸船逐渐靠近河岸，可向比纸船更远处掷石子形成水波
B．两个在水中潜泳并且靠得较近的运动员也能利用语言交流，是声波在液体中传播的应用
C．宇航员在宇宙飞船里，击打船壁引起机械振动，不能在飞船体外形成波
D．以上说法全错
解析：选BC．在波的传播过程中，介质不随波迁移，A错；由于声波不仅能在气体中传播，也能在液体及固体中传播，B正确；太空为真空，因而飞船外不传播声波，C正确．
三、非选择题
11．如图是某绳上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振动，带动2、3、4……各个质点依次上下振动，把振动由绳的左端传到右端．已知t＝0时，质点1开始向上运动，t＝时，质点1到达最上方，质点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＝T时，质点8、12、16的运动状态如何？
(3)t＝T时，质点8、12、16的运动状态如何？
解析：由于质点间的相互作用，前面的质点总是带动后面的质点振动，所以后面的质点总是滞后于前面的质点．
(1)t＝时，质点8未达到最高点，正在向上振动，质点12、16未动．
(2)t＝T时，质点8正在向下振动，质点12向上振动，质点16未振动．
(3)t＝T时，质点8、12正在向下振动，质点16向上振动．
答案：见解析
12．中国台北消息：×××日凌晨，台湾南投地区发生了7.6级大地震，它是由台湾中部大茅一双冬及车笼铺两块断层受到挤压，造成剧烈上升及平行移位而形成的．已知地震波分三种：纵波(P波)，速度vP＝9.9 km/s；横波(S波)，速度vS＝4.5 km/s；波面(L波)，速度vL(1)位于地震源上方的南投地区某中学实验室内有水平摆A与竖直摆B，如图甲所示，地震发生时最先剧烈振动的是哪个摆？
(2)台中市地震观测台记录到的地震曲线假若如图乙所示，则由图可知a、b、c三处波形各对应于哪种地震波？若在曲线图上测得P波与S波的时间差为7.6 s，则地震台距地震源多远？
(3)假若地震P波沿直线传播到台中市时，当地地表某标志物振动方向沿如图丙中ZT方向，测得某时刻该标志物的水平分位移x＝23.1 mm，竖直分位移y＝0.4 mm，试由此估算地震源深度 h.
解析：(1)由题意可知，在地震产生的三种地震波中，P波的速度最大，S波次之，因此P波最先到达南投地区，某中学实验室先发生的受迫振动是在竖直方向，后发生水平方向振动，所以最先振动的是B摆．
(2)设地震源与地震台距离为x，由－＝t得
x＝·t＝62.7 km.
(3)纵波沿ZT方向传播，因y?x，由几何知识＝得h＝1.1 km.
答案：(1)B摆 (2)a→P波 b→S波 c→L波 62.7 km (3)1.1 km
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第二章 机械波
第二章 机械波
物质
机械振动
波源
介质
运动形式
迁移
能量
机械能
垂直
凸起来的最高处
凹下去的最低处
平行
密集的部分
稀疏的部分
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