機械波的產(chǎn)生和傳播

1、.機械波的產(chǎn)生和傳播【學(xué)習(xí)目的】1知道直線上波的形成過程 2理解什么是機械波，確認波是傳播振動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【要點梳理】要點一、機械波 1機械波的形成 1介質(zhì)：可以傳播機械振動的物質(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)點構(gòu)成，質(zhì)點與相鄰質(zhì)點互相聯(lián)絡(luò) 2平衡位置：在沒有外來振動之前，各個質(zhì)點排列在同一直線上，各個質(zhì)點所在位置稱為各自的平衡位置 3波源：由于外來的擾動，在水、繩及空氣的某一質(zhì)點會引起振動，首先振動的這個質(zhì)點即為波源 4由于介質(zhì)之間存在著互相作用力，作為波源的質(zhì)點就帶動周圍質(zhì)點振動，波源周

2、圍質(zhì)點跟著波源做受迫振動獲得能量后，再帶動鄰近質(zhì)點振動，于是振動就在介質(zhì)中由近及遠地傳播 5盡管各個質(zhì)點都在重復(fù)波源的振動，但是各個質(zhì)點振動的步調(diào)是不一致的，沿著波的傳播方向離波源遠的質(zhì)點開場振動的時間要落后于離波源近的質(zhì)點這就是說，在同一時刻，介質(zhì)中各個質(zhì)點分開平衡位置的位移是不一樣的，這樣就形成了凸凹相間或疏密相間的波形 2均勻介質(zhì)中的橫波形成過程波源被手握住的繩端上、下做簡諧振動，如圖程度均質(zhì)繩上的振動傳播過程，如圖要點二、機械波形成的條件及分類 1機械波形成的條件 1有持續(xù)振動的波源也叫振源 2傳播振動的介質(zhì)波源做簡諧運動時，在均勻介質(zhì)中傳播形成簡諧波2波的分類1橫波：質(zhì)點的振動方向與

3、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)點的振動方向與波的傳播方向在同一直線上的波叫縱波質(zhì)點分布密的部分叫密部，分布疏的部分叫疏部要點詮釋：氣體、液體、固體都能傳播縱波，但氣體不能傳播橫波因為氣體不能發(fā)生剪切形變，無法傳播橫波3橫波和縱波的區(qū)別橫波縱波概念在波動中，質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向互相垂直，這種波叫橫波在波動中，質(zhì)點的振動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中交替、間隔出現(xiàn)波峰和波谷在波動中交替、間隔出現(xiàn)密部和疏部要點三、振動與波 1振動與波動的關(guān)系類別振動波動運動現(xiàn)象振

4、動是單個質(zhì)點所表現(xiàn)出的周而復(fù)始的運動現(xiàn)象波動是質(zhì)點群結(jié)合起來表現(xiàn)出的周而復(fù)始的運動現(xiàn)象運動成因質(zhì)點由于某種原因分開平衡位置，同時受到指向平衡位置的力回復(fù)力的作用介質(zhì)中質(zhì)點受到相鄰質(zhì)點的擾動而隨著運動，并將振動形式由近及遠的傳播開，各質(zhì)點間存在互相作用的彈力聯(lián)絡(luò)1振動是波動的起因，波動是振動的傳播 2有波動一定有振動，有振動不一定有波動3波動的周期等于質(zhì)點振動的周期 2振動與波動的區(qū)別1從運動對象看：振動是一個質(zhì)點或物體以平衡位置為中心的往復(fù)運動波動是在波源的帶動下，介質(zhì)中大量質(zhì)點依次發(fā)生振動而形成的集體運動2從運動原因看：振動是由于質(zhì)點受回復(fù)力作用的結(jié)果波動是由于介質(zhì)中相鄰質(zhì)點的帶動的結(jié)果3從

5、能量變化看：振動系統(tǒng)的動能和勢能互相轉(zhuǎn)化，對簡諧運動來說，轉(zhuǎn)化過程中總機械能保持不變波傳播過程中，介質(zhì)里每一振動質(zhì)點的動能和勢能同時到達最大，同時到達最小，質(zhì)點的機械能在最大與最小值之間變化，而每個質(zhì)點在不斷地吸收和放出能量，因此波的傳播過程也是能量的傳播過程 3“帶動看齊法分析質(zhì)點的振動方向 在波的傳播中，靠近波源的質(zhì)點帶動后面的質(zhì)點運動，離波源遠的質(zhì)點追隨離波源近的質(zhì)點用“帶動看齊的思路可分析各個質(zhì)點的振動方向 方法：在質(zhì)點靠近波源一方附近的圖像上另找一點，假設(shè)在上方，那么向上運動，假設(shè)在下方，那么向下運動，如下圖4波傳播了運動形式，傳遞了能量，傳遞了信息 1各質(zhì)點都做受迫振動，其振動的頻

6、率或周期都與波源的頻率或周期一樣，各質(zhì)點的起振方向都與波源一樣，但不同步，離波源越遠的質(zhì)點振動越滯后 2機械波傳播的是波源的運動形式和波源提供的能量，介質(zhì)中各質(zhì)點并不隨波遷移，而是在自己的平衡位置附近振動在橫波中，波動方向與振動方向垂直均勻介質(zhì)中，波動是勻速運動，振動是變速運動 3介質(zhì)中各質(zhì)點靠彈力互相作用，前一質(zhì)點帶動后一質(zhì)點振動，后一質(zhì)點跟著前一質(zhì)點，故可根據(jù)前一質(zhì)點的位置而確定后一質(zhì)點的運動方向此外，假設(shè)不計能量損失，在均勻介質(zhì)中各質(zhì)點振動的振幅應(yīng)一樣 4機械波在傳播時也傳遞了信息【典型例題】類型一、機械波的理解例1在機械波中有 A各質(zhì)點都在各自的平衡位置附近振動 B相鄰質(zhì)點間必有互相作

7、用力 C前一質(zhì)點的振動帶動相鄰的后一質(zhì)點振動，后一質(zhì)點的振動必定落后于前一質(zhì)點 D各質(zhì)點也隨波的傳播而遷移 【思路點撥】波傳播的特點是離波源近的質(zhì)點帶動離波源遠的質(zhì)點振動，離波源遠的質(zhì)點重復(fù)離波源近的質(zhì)點的運動，因此各相鄰質(zhì)點間必須有力的作用，但各質(zhì)點只能在平衡位置附近做簡諧運動 【答案】A、B、C【解析】振源的振動使其周圍質(zhì)點依次振動，之所以能依次振動下去，就是依靠了相鄰質(zhì)點間的互相作用力；沿波的傳播方向，后一質(zhì)點的振動必滯后于前一質(zhì)點的振動；質(zhì)點只在平衡位置附近振動，并不隨波遷移 【總結(jié)升華】波傳播的特點是離波源近的質(zhì)點帶動離波源遠的質(zhì)點振動，離波源遠的質(zhì)點重復(fù)離波源近的質(zhì)點的運動，因此各

8、相鄰質(zhì)點間必須有力的作用，但各質(zhì)點只能在平衡位置附近做簡諧運動舉一反三:【變式1】關(guān)于機械波的概念，以下說法中正確的選項是 A質(zhì)點振動的方向總是垂直于波傳播的方向B簡諧波沿長繩傳播，繩上相距半個波長的兩質(zhì)點振動位移的大小相等C任一振動質(zhì)點每經(jīng)過一個周期沿波的傳播方向挪動一個波長D相隔一個周期的兩時刻，簡諧波的圖象一樣【答案】D【解析】對于橫波，質(zhì)點振動的方向總是垂直于波傳播的方向。對于縱波，如彈簧振子質(zhì)點的震動和傳播的方向是平行的，所以A錯；繩上相距半個波長是繩長，并不等于半個波長，因為繩子此時是彎曲的，B錯；質(zhì)點并不隨著波的傳播而挪動,它只做周期的震動，C錯；相隔一個周期的所有時刻，簡諧波的

9、圖象都是一樣的，D正確。舉一反三:【變式2】一列沿方向傳播的橫波，其振幅為，波長為，某一時刻波的圖象如下圖。在該時刻，某一質(zhì)點的坐標為，經(jīng)過四分之一周期后，該質(zhì)點的坐標為 A B C D 【答案】B類型二、波動中質(zhì)點振動方向的判斷例2如下圖為沿程度方向的介質(zhì)中的部分質(zhì)點，每相鄰兩質(zhì)點間間隔 相等，其中為波源設(shè)波源的振動周期為，自波源通過平衡位置豎直向下振動時開場計時，經(jīng)過質(zhì)點開場起振，那么以下關(guān)于各質(zhì)點的振動和介質(zhì)中的波的說法中正確的選項是 A介質(zhì)中所有質(zhì)點的起振方向都是豎直向下的，但圖中質(zhì)點起振最晚 B圖中所有質(zhì)點的起振時間都是一樣的，起振的位置和起振的方向是不同的C圖中質(zhì)點的振動完全重復(fù)質(zhì)

10、點的振動，只是質(zhì)點振動時，通過平衡位置或最大位移的時間總是比質(zhì)點通過的一樣位置時落后 D只要圖中所有質(zhì)點都已振動了，質(zhì)點與質(zhì)點的振動步調(diào)就完全一致，但假如質(zhì)點發(fā)生的是第次振動，那么質(zhì)點發(fā)生的就是第次振動【答案】A、C、D【解析】據(jù)波的傳播特點知，波傳播過程中各質(zhì)點的振動總是重復(fù)波源的振劫，所以起振方向一樣，都是豎直向下，但從時間上來說，起振依次落后的時間所以選項A、C正確，B項錯誤；由題意知，質(zhì)點比質(zhì)點應(yīng)晚起振兩個周期，所以當(dāng)所有質(zhì)點都起振后，質(zhì)點與質(zhì)點步調(diào)完全一致，所以選項D正確 【總結(jié)升華】質(zhì)點振動方向的判斷，關(guān)鍵搞清波的形成，才能理解各質(zhì)點的振動情況舉一反三:【變式】如下圖是以質(zhì)點為波源

11、的機械波沿著一根固定的輕繩傳播到質(zhì)點的波形圖，那么質(zhì)點剛開場振動時的方向為 A向上 B向下C向左 D向右【答案】A【解析】因為每一個點都是重復(fù)它前面那個點的運動規(guī)律。因此點將要發(fā)生的運動就是點的運動情況。由圖可知，波向左傳播，向上振動。因此剛開場振動時的方向是向上。類型三、質(zhì)點振動方向，找波的傳播方向例3一列簡諧波某時刻的波形如下圖，此時質(zhì)點的速度方向沿軸負方向，那么 A這列波沿軸正方向傳播 B當(dāng)質(zhì)點位于最低點時，質(zhì)點一定到達軸下方 C當(dāng)質(zhì)點位于最低點時，質(zhì)點一定到達平衡位置 D當(dāng)質(zhì)點位于最低點時，質(zhì)點一定到達平衡位置 【思路點撥】清楚波的形成原因，掌握波的傳播特點在判斷過程中，要以某些特殊位

12、置平衡位置、波峰和波谷為參考點進展分析【答案】B【解析】由波形圖和的振動方向知波向負方向傳播，A項錯誤，此時的速度方向向下，因為遠離平衡位置而靠近平衡位置，因此之后，故位于最低點時一定到達x軸下方，B對，D錯，與相距，故應(yīng)在最高點，C錯 【總結(jié)升華】確定波的傳播過程中某質(zhì)點的振動方向關(guān)鍵是要清楚波的形成原因，掌握波的傳播特點在判斷過程中，要以某些特殊位置平衡位置、波峰和波谷為參考點進展分析舉一反三:【變式】一列簡諧橫波在軸上傳播，某時刻的波形圖如下圖，為三個質(zhì)元，正向上運動。由此可知 A該波沿軸正方向傳播B正向上運動C該時刻以后比先到達平衡位置D該時刻以后比先到達離平衡位置最遠處【答案】ABC

13、【解析】由點的振動方向向上，可判斷波的傳播方向，確定的運動方向，并能比較兩點回到平衡位置的先后正向上運動，振動比左側(cè)波峰遲，波向右傳播故A正確根據(jù)波形的平移規(guī)律，點正向下運動故B正確此時向上運動，比先到平衡位置故C正確由圖及運動方向判斷，比先到達離平衡位置最遠處故D錯誤 應(yīng)選ABC類型四、振動和波的關(guān)系例4關(guān)于振動和波的關(guān)系，以下說法正確的選項是 A有機械波必有振動 B有機械振動必有機械波 C波源停振時，介質(zhì)中的波動繼續(xù)向外傳播 D波源停振時，介質(zhì)中的波動立即停頓【答案】A、C【解析】該題考察機械振動和機械波的關(guān)系一個質(zhì)點的振動會帶動鄰近質(zhì)點的振動，使振動這種運動形式向外傳播出去形成機械波，但

14、在缺少介質(zhì)的情況下，波動現(xiàn)象就無法發(fā)生，故A項正確，B項錯誤大量質(zhì)點的振動所形成的波動不會因波源的停振而立即消失，因為能量不會無緣無故地消失，故D項錯誤C項正確【總結(jié)升華】解決該題的關(guān)鍵是理解：1機械波形成的務(wù)件2波在傳播過程中的特點舉一反三:【變式】一列橫波沿程度方向傳播，某一時刻的波形如下圖，那么圖中四點此時刻具有一樣運動方向的是 A和B和 C和D和 【答案】BC 【解析】在橫波的圖象中，我們可用“上坡下，下坡上的經(jīng)歷來判斷質(zhì)點的振動方向或波的傳播方向.利用該結(jié)論，不管波向左或向右傳播，可直觀地看出，和，和的振動方向是一樣的.類型五、波的形成例5圖a中有一條均勻的繩，是繩上一系列等間隔的點

15、現(xiàn)有一列簡諧橫波沿此繩傳播某時刻，繩上四點的位置和運動方向如圖b所示其他點的運動情況未畫出，其中點的位移為零，向上運動，點的位移到達最大值試在圖c中畫出再經(jīng)過周期時點的位置和速度方向，其他點不必畫圖c的橫、縱坐標與圖a、b完全一樣【思路點撥】根據(jù)橫波的形成原理，由題中給出四點的位置和運動方向。可畫出其他各點的位置和運動方向，如圖實線所示，居中的直線為各點的平衡位置?！窘馕觥扛鶕?jù)橫波的形成原理，由題中給出四點的位置和運動方向。可畫出其他各點的位置和運動方向，如圖實線所示，居中的直線為各點的平衡位置。根據(jù)各點此時的運動方向，即可找到再過各個質(zhì)點的位置和運動方向如圖虛線所示 那么可知經(jīng)過周期時點的位置和速度方向，如下圖【總結(jié)升華】此題僅給出波形的一部分，要求考生從波形的挪動來判斷某一時刻繩子上各