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)目的】1知道直線上波的形成過程 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)：可以傳播機(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)絡(luò) 2平衡位置：在沒有外來振動(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)所在位置稱為各自的平衡位置 3波源：由于外來的擾動(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)之間存在著互相作用力，作為波源的質(zhì)點(diǎn)就帶動(dòng)周圍質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，波源周

2、圍質(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)開場振動(dòng)的時(shí)間要落后于離波源近的質(zhì)點(diǎn)這就是說，在同一時(shí)刻，介質(zhì)中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)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(dòng)，如圖程度均質(zhì)繩上的振動(dòng)傳播過程，如圖要點(diǎn)二、機(jī)械波形成的條件及分類 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)波源做簡諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(diǎn)的振動(dòng)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(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：氣體、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互相垂直，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)系類別振動(dòng)波動(dòng)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象振

4、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)群結(jié)合起來表現(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)由于某種原因分開平衡位置，同時(shí)受到指向平衡位置的力回復(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，各質(zhì)點(diǎn)間存在互相作用的彈力聯(lián)絡(luò)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)一定有振動(dòng)，有振動(dòng)不一定有波動(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

5、能量變化看：振動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能和勢能互相轉(zhuǎn)化，對(duì)簡諧運(yùn)動(dòng)來說，轉(zhuǎn)化過程中總機(jī)械能保持不變波傳播過程中，介質(zhì)里每一振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能和勢能同時(shí)到達(dá)最大，同時(shí)到達(dá)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，因此波的傳播過程也是能量的傳播過程 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)的振動(dòng)方向 方法：在質(zhì)點(diǎn)靠近波源一方附近的圖像上另找一點(diǎn)，假設(shè)在上方，那么向上運(yùn)動(dòng)，假設(shè)在下方，那么向下運(yùn)動(dòng)，如下圖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

6、率或周期都與波源的頻率或周期一樣，各質(zhì)點(diǎn)的起振方向都與波源一樣，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)靠彈力互相作用，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，假設(shè)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)一樣 4機(jī)械波在傳播時(shí)也傳遞了信息【典型例題】類型一、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)間必有互相作

7、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諧運(yùn)動(dòng) 【答案】A、B、C【解析】振源的振動(dòng)使其周圍質(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)間的互相作用力；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

8、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諧運(yùn)動(dòng)舉一反三:【變式1】關(guān)于機(jī)械波的概念，以下說法中正確的選項(xiàng)是 A質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的方向總是垂直于波傳播的方向B簡諧波沿長繩傳播，繩上相距半個(gè)波長的兩質(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)過一個(gè)周期沿波的傳播方向挪動(dòng)一個(gè)波長D相隔一個(gè)周期的兩時(shí)刻，簡諧波的圖象一樣【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)波長是繩長，并不等于半個(gè)波長，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挪動(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(shí)刻波的圖象如下圖。在該時(shí)刻，某一質(zhì)點(diǎn)的坐標(biāo)為，經(jīng)過四分之一周期后，該質(zhì)點(diǎn)的坐標(biāo)為 A B C D 【答案】B類型二、波動(dòng)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)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(diǎn)，每相鄰兩質(zhì)點(diǎn)間間隔 相等，其中為波源設(shè)波源的振動(dòng)周期為，自波源通過平衡位置豎直向下振動(dòng)時(shí)開場計(jì)時(shí)，經(jīng)過質(zhì)點(diǎn)開場起振，那么以下關(guān)于各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)和介質(zhì)中的波的說法中正確的選項(xiàng)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)起振最晚 B圖中所有質(zhì)點(diǎn)的起振時(shí)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(diǎn)的振動(dòng)完全重復(fù)質(zhì)

10、點(diǎn)的振動(dòng)，只是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)，通過平衡位置或最大位移的時(shí)間總是比質(zhì)點(diǎn)通過的一樣位置時(shí)落后 D只要圖中所有質(zhì)點(diǎn)都已振動(dòng)了，質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)步調(diào)就完全一致，但假如質(zhì)點(diǎn)發(fā)生的是第次振動(dòng)，那么質(zhì)點(diǎn)發(fā)生的就是第次振動(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，所以起振方向一樣，都是豎直向下，但從時(shí)間上來說，起振依次落后的時(shí)間所以選項(xiàng)A、C正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由題意知，質(zhì)點(diǎn)比質(zhì)點(diǎn)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)與質(zhì)點(diǎn)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】如下圖是以質(zhì)點(diǎn)為波源

11、的機(jī)械波沿著一根固定的輕繩傳播到質(zhì)點(diǎn)的波形圖，那么質(zhì)點(diǎn)剛開場振動(dòng)時(shí)的方向?yàn)?A向上 B向下C向左 D向右【答案】A【解析】因?yàn)槊恳粋€(gè)點(diǎn)都是重復(fù)它前面那個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。因此點(diǎn)將要發(fā)生的運(yùn)動(dòng)就是點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況。由圖可知，波向左傳播，向上振動(dòng)。因此剛開場振動(dòng)時(shí)的方向是向上。類型三、質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向，找波的傳播方向例3一列簡諧波某時(shí)刻的波形如下圖，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)的速度方向沿軸負(fù)方向，那么 A這列波沿軸正方向傳播 B當(dāng)質(zhì)點(diǎn)位于最低點(diǎn)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)一定到達(dá)軸下方 C當(dāng)質(zhì)點(diǎn)位于最低點(diǎn)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)一定到達(dá)平衡位置 D當(dāng)質(zhì)點(diǎn)位于最低點(diǎn)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)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)在判斷過程中，要以某些特殊位

12、置平衡位置、波峰和波谷為參考點(diǎn)進(jìn)展分析【答案】B【解析】由波形圖和的振動(dòng)方向知波向負(fù)方向傳播，A項(xiàng)錯(cuò)誤，此時(shí)的速度方向向下，因?yàn)檫h(yuǎn)離平衡位置而靠近平衡位置，因此之后，故位于最低點(diǎn)時(shí)一定到達(dá)x軸下方，B對(duì)，D錯(cuò)，與相距，故應(yīng)在最高點(diǎn)，C錯(cuò) 【總結(jié)升華】確定波的傳播過程中某質(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)展分析舉一反三:【變式】一列簡諧橫波在軸上傳播，某時(shí)刻的波形圖如下圖，為三個(gè)質(zhì)元，正向上運(yùn)動(dòng)。由此可知 A該波沿軸正方向傳播B正向上運(yùn)動(dòng)C該時(shí)刻以后比先到達(dá)平衡位置D該時(shí)刻以后比先到達(dá)離平衡位置最遠(yuǎn)處【答案】ABC

13、【解析】由點(diǎn)的振動(dòng)方向向上，可判斷波的傳播方向，確定的運(yùn)動(dòng)方向，并能比較兩點(diǎn)回到平衡位置的先后正向上運(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，點(diǎn)正向下運(yùn)動(dòng)故B正確此時(shí)向上運(yùn)動(dòng)，比先到平衡位置故C正確由圖及運(yùn)動(dòng)方向判斷，比先到達(dá)離平衡位置最遠(yuǎn)處故D錯(cuò)誤 應(yīng)選ABC類型四、振動(dòng)和波的關(guān)系例4關(guān)于振動(dòng)和波的關(guān)系，以下說法正確的選項(xiàng)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)立即停頓【答案】A、C【解析】該題考察機(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

14、在缺少介質(zhì)的情況下，波動(dòng)現(xiàn)象就無法發(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)無緣無故地消失，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波在傳播過程中的特點(diǎn)舉一反三:【變式】一列橫波沿程度方向傳播，某一時(shí)刻的波形如下圖，那么圖中四點(diǎn)此時(shí)刻具有一樣運(yùn)動(dòng)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(diǎn)的振動(dòng)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(dòng)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(diǎn)

15、現(xiàn)有一列簡諧橫波沿此繩傳播某時(shí)刻，繩上四點(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)情況未畫出，其中點(diǎn)的位移為零，向上運(yùn)動(dòng)，點(diǎn)的位移到達(dá)最大值試在圖c中畫出再經(jīng)過周期時(shí)點(diǎn)的位置和速度方向，其他點(diǎn)不必畫圖c的橫、縱坐標(biāo)與圖a、b完全一樣【思路點(diǎn)撥】根據(jù)橫波的形成原理，由題中給出四點(diǎn)的位置和運(yùn)動(dòng)方向?？僧嫵銎渌鼽c(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，由題中給出四點(diǎn)的位置和運(yùn)動(dòng)方向?？僧嫵銎渌鼽c(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，即可找到再過各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位置和運(yùn)動(dòng)方向如圖虛線所示 那么可知經(jīng)過周期時(shí)點(diǎn)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(dòng)來判斷某一時(shí)刻繩子上各