機(jī)械波的產(chǎn)生和傳播

1、機(jī)械波的產(chǎn)生和傳播【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1 知道直線上波的形成過(guò)程.2 理解什么是機(jī)械波，確認(rèn)波是傳播振動(dòng)形式和傳遞能量的一種方式.3 知道什么是橫波、波峰和波谷.4 知道什么是縱波、密部和疏部.【要點(diǎn)梳理】 要點(diǎn)一、機(jī)械波1機(jī)械波的形成(1) 介質(zhì)：能夠傳播機(jī)械振動(dòng)的物質(zhì)叫介質(zhì)，它可以是固、液、氣三態(tài)中任意一種可以把介質(zhì) 看成由許多質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成，質(zhì)點(diǎn)與相鄰質(zhì)點(diǎn)互相聯(lián)系.(2) 平衡位置：在沒(méi)有外來(lái)振動(dòng)之前，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)排列在同一直線上，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)所在位置稱(chēng)為各自 的平衡位置.(3 )波源：由于外來(lái)的擾動(dòng)，在水、繩及空氣的某一質(zhì)點(diǎn)會(huì)引起振動(dòng)，首先振動(dòng)的這個(gè)質(zhì)點(diǎn)即為 波源.(4) 由于介質(zhì)之間存在著相互作用力，作為

2、波源的質(zhì)點(diǎn)就帶動(dòng)周?chē)|(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，波源周?chē)|(zhì)點(diǎn)跟著波源做受迫振動(dòng)獲得能量后，再帶動(dòng)鄰近質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，于是振動(dòng)就在介質(zhì)中由近及遠(yuǎn)地傳播.(5) 盡管各個(gè)質(zhì)點(diǎn)都在重復(fù)波源的振動(dòng)，但是各個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的步調(diào)是不一致的，沿著波的傳播方向離波源遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)開(kāi)始振動(dòng)的時(shí)間要落后于離波源近的質(zhì)點(diǎn)這就是說(shuō)，在同一時(shí)刻，介質(zhì)中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)平衡位置的位移是不相同的，這樣就形成了凸凹相間(或疏密相間)的波形.2 均勻介質(zhì)中的橫波形成過(guò)程波源(被手握住的繩端)上、下做簡(jiǎn)諧振動(dòng)，如圖.水平均質(zhì)繩上的振動(dòng)傳播過(guò)程，如圖.要點(diǎn)二、機(jī)械波形成的條件及分類(lèi)1機(jī)械波形成的條件(1) 有持續(xù)振動(dòng)的波源.(也叫振源)(2) 傳播振動(dòng)的介質(zhì).波源做簡(jiǎn)

3、諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，在均勻介質(zhì)中傳播形成簡(jiǎn)諧波.2 .波的分類(lèi)(1) 橫波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直的波叫橫波，凸起的最高處叫波峰，凹下的最低 處叫波谷.(2) 縱波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在同一直線上的波叫縱波.質(zhì)點(diǎn)分布密的部分叫密部， 分布疏的部分叫疏部.要點(diǎn)詮釋?zhuān)簹怏w、液體、固體都能傳播縱波，但氣體不能傳播橫波因?yàn)闅怏w不能發(fā)生剪切形變， 無(wú)法傳播橫波.3 .橫波和縱波的區(qū)別橫波縱波概念在波動(dòng)中，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方 向相互垂直，這種波叫橫波在波動(dòng)中，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向在 同一直線上，這種波叫縱波介質(zhì)只能在固體中傳播在固體、液體和氣體中均能傳播.聲波是縱波特征在波動(dòng)中交

4、替、間隔出現(xiàn)波峰和波谷在波動(dòng)中交替、間隔出現(xiàn)密部和疏部要點(diǎn)三、振動(dòng)與波1.振動(dòng)與波動(dòng)的關(guān)系類(lèi)別振動(dòng)波動(dòng)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象振動(dòng)是單個(gè)質(zhì)點(diǎn)所表現(xiàn)出的周而復(fù)始的 運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象波動(dòng)是質(zhì)點(diǎn)群聯(lián)合起來(lái)表現(xiàn)出的周而復(fù)始 的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象運(yùn)動(dòng)成因質(zhì)點(diǎn)由于某種原因離開(kāi)平衡位置，冋時(shí)受到指向平衡位置的力一一回復(fù)力的作用介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)受到相鄰質(zhì)點(diǎn)的擾動(dòng)而隨著運(yùn) 動(dòng)，并將振動(dòng)形式由近及遠(yuǎn)的傳播開(kāi)，各 質(zhì)點(diǎn)間存在相互作用的彈力聯(lián)系(1)振動(dòng)是波動(dòng)的起因，波動(dòng)是振動(dòng)的傳播(2)有波動(dòng)一疋有振動(dòng)，有振動(dòng)不一疋有波動(dòng)(3)波動(dòng)的周期等于質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期2 振動(dòng)與波動(dòng)的區(qū)別(1 )從運(yùn)動(dòng)對(duì)象看： 振動(dòng)是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)或物體以平衡位置為中心的往復(fù)運(yùn)動(dòng). 波動(dòng)是

5、在波源的帶動(dòng)下，介質(zhì)中大量質(zhì)點(diǎn)依次發(fā)生振動(dòng)而形成的集體運(yùn)動(dòng).(2 )從運(yùn)動(dòng)原因看： 振動(dòng)是由于質(zhì)點(diǎn)受回復(fù)力作用的結(jié)果. 波動(dòng)是由于介質(zhì)中相鄰質(zhì)點(diǎn)的帶動(dòng)的結(jié)果.(3 )從能量變化看： 振動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)化過(guò)程中總機(jī)械能保持不變. 波傳播過(guò)程中，介質(zhì)里每一振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能和勢(shì)能同時(shí)達(dá)到最大，同時(shí)達(dá)到最小，質(zhì)點(diǎn)的機(jī)械 能在最大與最小值之間變化，而每個(gè)質(zhì)點(diǎn)在不斷地吸收和放出能量，因而波的傳播過(guò)程也是能量的傳 播過(guò)程.3.帶動(dòng)看齊"法分析質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向在波的傳播中，靠近波源的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)后面的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，離波源遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)追隨離波源近的質(zhì)點(diǎn).用 帶動(dòng)看齊”的思路可分析各個(gè)質(zhì)點(diǎn)

6、的振動(dòng)方向.方法：在質(zhì)點(diǎn)P靠近波源一方附近的圖像上另找一點(diǎn)P J若P /在P上方，則P向上運(yùn)動(dòng)，若P /在P下方，則P向下運(yùn)動(dòng)，如圖所示.4 .波傳播了運(yùn)動(dòng)形式，傳遞了能量，傳遞了信息(1) 各質(zhì)點(diǎn)都做受迫振動(dòng)，其振動(dòng)的頻率(或周期)都與波源的頻率(或周期)相同，各質(zhì)點(diǎn)的 起振方向都與波源相同，但不同步，離波源越遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)越滯后.(2) 機(jī)械波傳播的是波源的運(yùn)動(dòng)形式和波源提供的能量，介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)并不隨波遷移，而是在自 己的平衡位置附近振動(dòng).在橫波中，波動(dòng)方向與振動(dòng)方向垂直.均勻介質(zhì)中，波動(dòng)是勻速運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)是變速運(yùn)動(dòng).(3 )介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)靠彈力相互作用，前一質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)后一質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，后一質(zhì)點(diǎn)跟著前

7、一質(zhì)點(diǎn)，故可 根據(jù)前一質(zhì)點(diǎn)的位置而確定后一質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向.此外，若不計(jì)能量損失，在均勻介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng) 的振幅應(yīng)相同.(4)機(jī)械波在傳播時(shí)也傳遞了信息.【典型例題】 類(lèi)型一、機(jī)械波的理解例1.在機(jī)械波中有().A .各質(zhì)點(diǎn)都在各自的平衡位置附近振動(dòng)B .相鄰質(zhì)點(diǎn)間必有相互作用力C .前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)帶動(dòng)相鄰的后一質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，后一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)必定落后于前一質(zhì)點(diǎn)D .各質(zhì)點(diǎn)也隨波的傳播而遷移【思路點(diǎn)撥】波傳播的特點(diǎn)是離波源近的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)離波源遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，離波源遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)重復(fù)離 波源近的質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)， 因此各相鄰質(zhì)點(diǎn)間必須有力的作用，但各質(zhì)點(diǎn)只能在平衡位置附近做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).【答案】A、B、C【解析】振源的振動(dòng)使

8、其周?chē)|(zhì)點(diǎn)依次振動(dòng)，之所以能依次振動(dòng)下去，就是依靠了相鄰質(zhì)點(diǎn)間的 相互作用力；沿波的傳播方向，后一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)必滯后于前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)；質(zhì)點(diǎn)只在平衡位置附近振 動(dòng)，并不隨波遷移.【總結(jié)升華】波傳播的特點(diǎn)是離波源近的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)離波源遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，離波源遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)重復(fù)離 波源近的質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)， 因此各相鄰質(zhì)點(diǎn)間必須有力的作用，但各質(zhì)點(diǎn)只能在平衡位置附近做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).舉一反三：【變式1】關(guān)于機(jī)械波的概念，下列說(shuō)法中正確的是（）A 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的方向總是垂直于波傳播的方向B 簡(jiǎn)諧波沿長(zhǎng)繩傳播，繩上相距半個(gè)波長(zhǎng)的兩質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)位移的大小相等C.任一振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)每經(jīng)過(guò)一個(gè)周期沿波的傳播方向移動(dòng)一個(gè)波長(zhǎng)D 相隔一個(gè)周期的兩時(shí)刻，簡(jiǎn)

9、諧波的圖象相同【答案】D【解析】對(duì)于橫波，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的方向總是垂直于波傳播的方向。對(duì)于縱波，（如彈簧振子）質(zhì)點(diǎn) 的震動(dòng)和傳播的方向是平行的，所以A錯(cuò)；繩上相距半個(gè)波長(zhǎng)是繩長(zhǎng)，并不等于半個(gè)波長(zhǎng)，因?yàn)槔K子此時(shí)是彎曲的，B錯(cuò)；質(zhì)點(diǎn)并不隨著波的傳播而移動(dòng)，它只做周期的震動(dòng)， C錯(cuò)；相隔一個(gè)周期的所有時(shí)刻，簡(jiǎn)諧波的圖象都是相同的，D正確。舉一反三：【變式2】一列沿x方向傳播的橫波，其振幅為 A，波長(zhǎng)為，某一時(shí)刻波的圖象如圖所示。在 該時(shí)刻，某一質(zhì)點(diǎn)的坐標(biāo)為 （, 0）,經(jīng)過(guò)四分之一周期后，該質(zhì)點(diǎn)的坐標(biāo)為（）5A , 0B /, A4、A5、 AC.，, AD, A4【答案】B類(lèi)型二、波動(dòng)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向的判

10、斷例2如圖所示為沿水平方向的介質(zhì)中的部分質(zhì)點(diǎn)，每相鄰兩質(zhì)點(diǎn)間距離相等，其中O為波源.設(shè)波源的振動(dòng)周期為 T，自波源通過(guò)平衡位置豎直向下振動(dòng)時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，經(jīng)過(guò)T質(zhì)點(diǎn)1開(kāi)始起振，則下4列關(guān)于各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)和介質(zhì)中的波的說(shuō)法中正確的是（）A介質(zhì)中所有質(zhì)點(diǎn)的起振方向都是豎直向下的，但圖中質(zhì)點(diǎn)9起振最晚B圖中所有質(zhì)點(diǎn)的起振時(shí)間都是相同的，起振的位置和起振的方向是不同的C 圖中質(zhì)點(diǎn)8的振動(dòng)完全重復(fù)質(zhì)點(diǎn) 7的振動(dòng)，只是質(zhì)點(diǎn)8振動(dòng)時(shí)，通過(guò)平衡位置或最大位移的時(shí) 間總是比質(zhì)點(diǎn)7通過(guò)的相同位置時(shí)落后 T4D 只要圖中所有質(zhì)點(diǎn)都已振動(dòng)了，質(zhì)點(diǎn)1與質(zhì)點(diǎn)9的振動(dòng)步調(diào)就完全一致，但如果質(zhì)點(diǎn)1發(fā)生的是第100次振動(dòng)，則質(zhì)點(diǎn)9發(fā)

11、生的就是第98次振動(dòng)【答案】A、C、D【解析】據(jù)波的傳播特點(diǎn)知，波傳播過(guò)程中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)總是重復(fù)波源的振劫，所以起振方向相同，都是豎直向下，但從時(shí)間上來(lái)說(shuō)，起振依次落后T的時(shí)間所以選項(xiàng) A、C正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由4題意知，質(zhì)點(diǎn)9比質(zhì)點(diǎn)1應(yīng)晚起振兩個(gè)周期， 所以當(dāng)所有質(zhì)點(diǎn)都起振后， 質(zhì)點(diǎn)1與質(zhì)點(diǎn)9步調(diào)完全一致， 所以選項(xiàng)D正確【總結(jié)升華】質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向的判斷，關(guān)鍵搞清波的形成，才能理解各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況. 舉一反三：【變式】如圖所示是以質(zhì)點(diǎn) P為波源的機(jī)械波沿著一根固定的輕繩傳播到質(zhì)點(diǎn)Q的波形圖，則質(zhì)點(diǎn)P剛開(kāi)始振動(dòng)時(shí)的方向?yàn)椋ǎ〢 .向上B .向下C.向左D .向右【答案】A【解析】因?yàn)槊恳粋€(gè)點(diǎn)都是重

12、復(fù)它前面那個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。因此Q點(diǎn)將要發(fā)生的運(yùn)動(dòng)就是 P點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況。由圖可知，波向左傳播，Q向上振動(dòng)。因此 P剛開(kāi)始振動(dòng)時(shí)的方向是向上。類(lèi)型三、已知質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向，找波的傳播方向例3.列簡(jiǎn)諧波某時(shí)刻的波形如圖所示，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)P的速度方向沿y軸負(fù)方向，則（）.A .這列波沿X軸正方向傳播B. 當(dāng)質(zhì)點(diǎn)P位于最低點(diǎn)時(shí)，質(zhì)點(diǎn) b一定到達(dá)x軸下方C. 當(dāng)質(zhì)點(diǎn)P位于最低點(diǎn)時(shí)，質(zhì)點(diǎn) a一定到達(dá)平衡位置D. 當(dāng)質(zhì)點(diǎn)P位于最低點(diǎn)時(shí)，質(zhì)點(diǎn) b一定到達(dá)平衡位置【思路點(diǎn)撥】清楚波的形成原因，掌握波的傳播特點(diǎn).在判斷過(guò)程中，要以某些特殊位置（平衡 位置、波峰和波谷）為參考點(diǎn)進(jìn)行分析.【答案】B【解析】由波形圖和 P的振動(dòng)

13、方向知波向x負(fù)方向傳播，A項(xiàng)錯(cuò)誤，此時(shí)b的速度方向向下，因 為P遠(yuǎn)離平衡位置而b靠近平衡位置，因此之后 VpV vb，故P位于最低點(diǎn)時(shí)b 一定到達(dá)x軸下方，B 對(duì)，D錯(cuò)，a與P相距一，故a應(yīng)在最高點(diǎn)，C錯(cuò).2【總結(jié)升華】確定波的傳播過(guò)程中某質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向.關(guān)鍵是要清楚波的形成原因，掌握波的傳 播特點(diǎn).在判斷過(guò)程中，要以某些特殊位置（平衡位置、波峰和波谷）為參考點(diǎn)進(jìn)行分析.舉一反三：【變式】一列簡(jiǎn)諧橫波在 x軸上傳播，某時(shí)刻的波形圖如圖所示， a b、c為三個(gè)質(zhì)元，a正向 上運(yùn)動(dòng)。由此可知（）.A .該波沿x軸正方向傳播B. C正向上運(yùn)動(dòng)C .該時(shí)刻以后b比c先到達(dá)平衡位置D .該時(shí)刻以后b比c

14、先到達(dá)離平衡位置最遠(yuǎn)處【答案】ABC【解析】由a點(diǎn)的振動(dòng)方向向上，可判斷波的傳播方向，確定c的運(yùn)動(dòng)方向，并能比較 b、c兩點(diǎn)回到平衡位置的先后.a正向上運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)比左側(cè)波峰遲，波向右傳播.故 A正確.根據(jù)波形的平移規(guī)律， c點(diǎn)正向下 運(yùn)動(dòng).故B正確.此時(shí)b向上運(yùn)動(dòng)，比c先到平衡位置.故 C正確.由圖及運(yùn)動(dòng)方向判斷， c比b先 到達(dá)離平衡位置最遠(yuǎn)處.故 D錯(cuò)誤.故選ABC .類(lèi)型四、振動(dòng)和波的關(guān)系第4頁(yè)例4關(guān)于振動(dòng)和波的關(guān)系，下列說(shuō)法正確的是（).A .有機(jī)械波必有振動(dòng) B .有機(jī)械振動(dòng)必有機(jī)械波C .波源停振時(shí)，介質(zhì)中的波動(dòng)繼續(xù)向外傳播 D .波源停振時(shí)，介質(zhì)中的波動(dòng)立即停止【答案】A、C【解

15、析】該題考查機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波的關(guān)系.一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)會(huì)帶動(dòng)鄰近質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，使振動(dòng)這 種運(yùn)動(dòng)形式向外傳播出去形成機(jī)械波，但在缺少介質(zhì)的情況下，波動(dòng)現(xiàn)象就無(wú)法發(fā)生，故A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤.大量質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)所形成的波動(dòng)不會(huì)因波源的停振而立即消失，因?yàn)槟芰坎粫?huì)無(wú)緣無(wú)故地消 失，故D項(xiàng)錯(cuò)誤.C項(xiàng)正確.【總結(jié)升華】解決該題的關(guān)鍵是理解：（1）機(jī)械波形成的務(wù)件.（2）波在傳播過(guò)程中的特點(diǎn).舉一反三：【變式】一列橫波沿水平方向傳播，某一時(shí)刻的波形如圖所示，則圖中a b、c、d四點(diǎn)此時(shí)刻具有相同運(yùn)動(dòng)方向的是（）.A. a 和 c b . a 和 dC. b 和 c d . b 和 d【答案】BC【解析】在橫波的圖象中

16、，我們可用 上坡下，下坡上”的經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向或波的傳播 方向利用該結(jié)論，不論波向左或向右傳播，可直觀地看出，a和d , b和c的振動(dòng)方向是一樣的.類(lèi)型五、波的形成例5.圖（a）中有一條均勻的繩，1、2、3、4川是繩上一系列等間隔的點(diǎn).現(xiàn)有一列簡(jiǎn)諧橫波沿此繩傳播.某時(shí)刻，繩上9、1011、12四點(diǎn)的位置和運(yùn)動(dòng)方向如圖（b）所示（其他點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況未畫(huà)出），3其中點(diǎn)12的位移為零，向上運(yùn)動(dòng)，點(diǎn)9的位移達(dá)到最大值.試在圖（c）中畫(huà)出再經(jīng)過(guò)周期時(shí)點(diǎn)3 3、4、5、6的位置和速度方向，其他點(diǎn)不必畫(huà).圖（c）的橫、縱坐標(biāo)與圖（a）、（b）完全相同【思路點(diǎn)撥】根據(jù)橫波的形成原理，由題中給出9、1011、12四點(diǎn)的位置和運(yùn)動(dòng)方向?？僧?huà)出其他各點(diǎn)的位置和運(yùn)動(dòng)方向，如圖實(shí)線所示，居中的直線為各點(diǎn)的平衡位置?！窘馕觥扛鶕?jù)橫波的形成原理，由題中給出9、1011、12四點(diǎn)的位置和運(yùn)動(dòng)方向。可畫(huà)出其他各點(diǎn)的位置和運(yùn)動(dòng)方向，如圖實(shí)線所示，居中的直線為各點(diǎn)的平衡位置。根據(jù)各點(diǎn)此時(shí)的運(yùn)動(dòng)方向，即可3找到再過(guò)一T各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位置和運(yùn)動(dòng)方向.如圖虛線所示.43則可知經(jīng)過(guò)9周期時(shí)點(diǎn)3、4、5、6的位置和速度方向，如圖所示.4【總結(jié)升華】本題僅給出波形的一部分，要求考生從波形的移動(dòng)來(lái)判斷某一時(shí)刻繩子上各點(diǎn)的位 移和速度，標(biāo)出速度的大小和方向，實(shí)際考查了波的形成過(guò)程，考查了考生分析、判斷、