XX省專用學(xué)年高中物理第十二章機(jī)械波第節(jié)波形成和傳播講義含解析新人教選修

XX省專用學(xué)年高中物理第十二章機(jī)械波第節(jié)波的形成和流傳講義含分析新人教版選修XX省專用學(xué)年高中物理第十二章機(jī)械波第節(jié)波的形成和流傳講義含分析新人教版選修PAGEXX省專用學(xué)年高中物理第十二章機(jī)械波第節(jié)波的形成和流傳講義含分析新人教版選修第1節(jié)波的形成和流傳1.波的流傳過程中，各質(zhì)點(diǎn)的周期均與波源的振動(dòng)周期同樣。2．波在流傳時(shí)，是前一質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)后一質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，離波源越遠(yuǎn)，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)越滯后。3．各質(zhì)點(diǎn)只在各自的均衡地點(diǎn)周邊振動(dòng)，其實(shí)不隨波遷徙。4．質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的流傳方向相互垂直的波，叫橫波，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的流傳方向在同向來線上的波，叫縱波。一、波的形成和流傳1．形成原由：以繩波為例(以以下圖)(1)可以將繩分紅很多小部分，將每一部分看做質(zhì)點(diǎn)。(2)在無外來擾動(dòng)以前，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)擺列在同向來線上，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)所在的地點(diǎn)稱為各自的均衡地點(diǎn)。(3)因?yàn)橥鈦淼臄_動(dòng)，會(huì)惹起繩中的某一質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，第一振動(dòng)的這個(gè)質(zhì)點(diǎn)稱為波源。(4)因?yàn)槔K中各質(zhì)點(diǎn)之間存在著相互作使勁，作為波源的質(zhì)點(diǎn)就帶動(dòng)四周質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，并挨次帶動(dòng)周邊質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，于是振動(dòng)就在繩中由近及遠(yuǎn)地向外流傳。2．介質(zhì)(1)定義：波借以流傳的物質(zhì)。(2)特色：構(gòu)成介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)之間有相互作用，一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)會(huì)惹起相鄰質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)。二、橫波和縱波定義表記性物理量實(shí)物波形橫波質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的流傳方向相互垂直的波(1)波峰：突出的最高處(2)波谷：凹下的最低處縱波質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的流傳方向在同向來線上的波(1)密部：質(zhì)點(diǎn)散布最密的地點(diǎn)(2)疏部：質(zhì)點(diǎn)分布最疏的地點(diǎn)三、機(jī)械波1．定義機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中流傳，形成機(jī)械波。2．產(chǎn)生條件(1)要有機(jī)械振動(dòng)。(2)要有流傳振動(dòng)的介質(zhì)。3．機(jī)械波的實(shí)質(zhì)(1)流傳振動(dòng)這類運(yùn)動(dòng)形式。(2)傳達(dá)能量的一種方式。依賴介質(zhì)中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的相互作使勁而使各相鄰質(zhì)點(diǎn)挨次做機(jī)械振動(dòng)來傳達(dá)波源的能量。1．自主思慮——判一判(1)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的均衡地點(diǎn)不停變換即形成波。(×)(2)在繩波的形成和流傳中，全部質(zhì)點(diǎn)同時(shí)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)停止運(yùn)動(dòng)。(×)(3)在繩波的形成和流傳中，全部質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)是近似的勻速直線運(yùn)動(dòng)。(×)(4)機(jī)械波流傳的是能量和振動(dòng)形式，機(jī)械波不可以在真空中流傳。(√)(5)橫波在固體、液體、氣體中都能流傳，縱波只幸好氣體中流傳。(×)2．合作研究——議一議(1)如圖是地震后場(chǎng)景。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，地震波在地球內(nèi)部和地表流傳，有季節(jié)人感覺左右搖擺，有時(shí)感覺上下顛簸，由此可看法震波是什么波？提示：震源常常在地下某個(gè)深度的地方，地震發(fā)生時(shí)，人感覺上下顛簸是因?yàn)橛锌v波，感覺左右搖擺是因?yàn)橛袡M波。所以，地震波既含有縱波成分又含有橫波成分。(2)登上月球的宇航員可以經(jīng)過聲音直接溝通嗎？提示：不可以夠。因?yàn)樵虑蛏鲜钦婵盏?，沒有傳聲介質(zhì)，所以不可以經(jīng)過聲音直接溝通。機(jī)械波的形成及特色1．機(jī)械波的形成2．波的特色(1)振幅：像繩波這類一維(只在某個(gè)方向上流傳)機(jī)械波，若不計(jì)能量損失，各質(zhì)點(diǎn)的振幅同樣。(2)周期：各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期均與波源的振動(dòng)周期同樣。(3)步伐：離波源越遠(yuǎn)，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)越滯后。(4)運(yùn)動(dòng)：各質(zhì)點(diǎn)只在各自的均衡地點(diǎn)周邊做來往振動(dòng)，其實(shí)不隨波遷徙。(5)實(shí)質(zhì)：機(jī)械波向前流傳的是振動(dòng)這類運(yùn)動(dòng)形式，同時(shí)也傳達(dá)能量和信息。3．振動(dòng)和顛簸的差別與聯(lián)系振動(dòng)顛簸差別研究對(duì)象單個(gè)質(zhì)點(diǎn)在均衡地點(diǎn)周邊的來往運(yùn)動(dòng)，研究的是單個(gè)質(zhì)點(diǎn)的“個(gè)體行為”振動(dòng)在介質(zhì)中的流傳，研究的是大批質(zhì)點(diǎn)將波源振動(dòng)流傳的“集體行為”力的根源可以由作用在物體上的各樣性質(zhì)力供給聯(lián)系介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的彈力運(yùn)動(dòng)性質(zhì)質(zhì)點(diǎn)做變加快運(yùn)動(dòng)在平均介質(zhì)中是勻速直線運(yùn)動(dòng)聯(lián)系(1)振動(dòng)是顛簸的原由，顛簸是振動(dòng)的結(jié)果；有顛簸必定有振動(dòng)，但有振動(dòng)不用然有顛簸(2)顛簸的性質(zhì)、頻次和振幅都與振源同樣[典例]細(xì)繩的一端在外力作用下從t＝0時(shí)辰開始做簡諧運(yùn)動(dòng)，激發(fā)出一列簡諧橫波。在細(xì)繩上采納15個(gè)點(diǎn)，以以下圖，圖(1)為t＝0時(shí)辰各點(diǎn)所處的地點(diǎn)，圖(2)為t＝eq\f(T,4)時(shí)辰的波形圖(T為波的周期)。在圖(3)中畫出t＝eq\f(3T,4)時(shí)辰的波形圖。[思路點(diǎn)撥](1)由前一個(gè)質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)后一個(gè)質(zhì)點(diǎn)確立波的流傳方向。(2)各質(zhì)點(diǎn)只在均衡地點(diǎn)周邊上下振動(dòng)。(3)確立再經(jīng)過eq\f(3,4)周期時(shí)各質(zhì)點(diǎn)的地點(diǎn)。[分析]機(jī)械波在流傳過程中，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)都在各自的均衡地點(diǎn)周邊振動(dòng)，振動(dòng)時(shí)間挨次滯后。從波形圖上看出，t＝eq\f(1,4)T時(shí)辰第4個(gè)質(zhì)點(diǎn)才開始振動(dòng)，則在t＝eq\f(3,4)T時(shí)辰第10個(gè)質(zhì)點(diǎn)剛開始振動(dòng)，此時(shí)第4個(gè)質(zhì)點(diǎn)已振動(dòng)了eq\f(T,2)的時(shí)間回到均衡地點(diǎn)，第1個(gè)質(zhì)點(diǎn)抵達(dá)下方最大位移處，新的波形圖如答案圖所示。[答案]顛簸過程中介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特色顛簸過程中介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期都與波源的振動(dòng)周期同樣，其運(yùn)動(dòng)特色可用三句話來描繪：(1)先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)后振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)；(2)后振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)重復(fù)前面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)；(3)后振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)狀態(tài)落伍于先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)。歸納起來就是“帶動(dòng)、重復(fù)、落伍”。1．[多項(xiàng)選擇]對(duì)于機(jī)械波的以下說法中，正確的選項(xiàng)是()A．顛簸發(fā)生需要兩個(gè)條件：波源和介質(zhì)B．顛簸過程是介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)由近及遠(yuǎn)挪動(dòng)的過程C．顛簸過程是能量由近及遠(yuǎn)傳達(dá)的過程D．波源與介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)都是自由振動(dòng)分析：選AC波源(即振源)振動(dòng)時(shí)，依賴介質(zhì)中的相互作使勁帶動(dòng)四周各部分質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)起來，形成機(jī)械波。作為介質(zhì)的各質(zhì)點(diǎn)只在均衡地點(diǎn)周邊做振動(dòng)，其實(shí)不隨波向外遷徙，僅把振源的振動(dòng)和能量流傳開來。波源和介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)之間的相互作使勁帶動(dòng)相鄰的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，是受迫振動(dòng)。故介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)不是自由振動(dòng)。2．[多項(xiàng)選擇]一列橫波沿繩索向右流傳，流傳過程無能量損失，某時(shí)辰繩索形成以以下圖的凹凸形狀。對(duì)此時(shí)繩上A、B、C、D、E、F六個(gè)質(zhì)點(diǎn)，以下說法正確的選項(xiàng)是()A．它們的振幅同樣B．質(zhì)點(diǎn)D和F的速度方向同樣C．質(zhì)點(diǎn)A和C的速度方向同樣D．此后時(shí)算起，質(zhì)點(diǎn)B比C先回到均衡地點(diǎn)分析：選AD波源振動(dòng)時(shí)，繩上各質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過相互間的彈力作用跟著做受迫振動(dòng)，不考慮流傳中的能量耗資時(shí)，各質(zhì)點(diǎn)的振幅均同樣，選項(xiàng)A正確。波流傳時(shí)，離波源遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)落伍于離波源近的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，并跟從著離波源近的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)。由題圖可知，波源在左端，所以，質(zhì)點(diǎn)D跟從離波源近的質(zhì)點(diǎn)C正向上運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)F跟從離波源近的質(zhì)點(diǎn)E正向下運(yùn)動(dòng)，二者速度方向相反，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；同理，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)A正向下運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)C正向上運(yùn)動(dòng)，二者速度方向也相反，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；因?yàn)榇藭r(shí)B、C兩質(zhì)點(diǎn)都向上運(yùn)動(dòng)，B比C先到最大位移處，故B比C先回到均衡地點(diǎn)，選項(xiàng)D正確。3．在敲響古廟里的大鐘時(shí)，有的同學(xué)發(fā)現(xiàn)，停止對(duì)大鐘的撞擊后，大鐘仍“余音未絕”，分析其原由是()A．大鐘的回聲B．大鐘在連續(xù)振動(dòng)C．人的聽覺發(fā)生“暫留”的緣由D．大鐘雖停止振動(dòng)，但空氣仍在振動(dòng)分析：選B停止對(duì)大鐘的撞擊后，大鐘的振動(dòng)不會(huì)立刻停止，振動(dòng)的能量不會(huì)憑空消逝，它會(huì)再振動(dòng)一段時(shí)間此后因?yàn)樽枘岫Ｖ梗赃€會(huì)在空氣中形成聲波，這就是余音未絕的原由，所以選項(xiàng)B正確。橫波與縱波的比較[典例]一列橫波正沿水平方向由西向東流傳，則以下說法中正確的選項(xiàng)是()A．波中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)都在由西向東運(yùn)動(dòng)B．波中的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)必定沿水平方向振動(dòng)C．波中的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)必定沿豎直方向振動(dòng)D．以上說法都錯(cuò)誤[分析]橫波中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的流傳方向垂直，波在水平方向由西向東流傳，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與其垂直，不用然沿水平方向也不用然沿豎直方向，故A、B、C都錯(cuò)。[答案]D橫波與縱波的比較橫波縱波概念在顛簸中，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的流傳方向相互垂直在顛簸中，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的流傳方向在一條直線上介質(zhì)只幸好固體介質(zhì)中流傳在固體、液體平易體介質(zhì)中均能流傳特色在顛簸中交替、間隔出現(xiàn)波峰和波谷在顛簸中交替、間隔出現(xiàn)密部和疏部1．以下對(duì)于橫波的說法中，正確的選項(xiàng)是()A．橫波中，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向必定與波的流傳方向垂直B．橫波中，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向也可能與波的流傳方向在同向來線上C．橫波中，波水平向右流傳，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)必定上下振動(dòng)D．能形成波峰、波谷的波是橫波分析：選A橫波的流傳方向與質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向垂直，選項(xiàng)A正確，B、C錯(cuò)誤；有波峰和波谷，但波的流傳方向不用然與質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向垂直，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。2．以下對(duì)于縱波的說法中，正確的選項(xiàng)是()A．在縱波中，波的流傳方向就是波中質(zhì)點(diǎn)的挪動(dòng)方向B．縱波中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向必定與波的流傳方向在一條直線上C．縱波中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向必定與波的流傳方向垂直D．縱波也有波峰和波谷分析：選B縱波中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的流傳方向固然在一條直線上，但質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的流傳方向可能同樣，也可能相反。在顛簸中，橫波有波峰和波谷，縱波有密部和疏部，應(yīng)選項(xiàng)B正確。3．地震時(shí)，震源會(huì)同時(shí)產(chǎn)生兩種波，一種是流傳速度約為3.5km/s的S波，另一種是流傳速度約為7.0km/s的P波。一次地震發(fā)生時(shí)，某地震監(jiān)測(cè)點(diǎn)記錄到初次抵達(dá)的P波比初次抵達(dá)的S波早3min。假設(shè)地震波沿直線流傳，震源的振動(dòng)周期為1.2s，求震源與監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的距離x和S波的波長λ。分析：設(shè)P波的流傳時(shí)間為t，則x＝vPt，x＝vS(t＋Δt)解得x＝eq\f(vPvS,vP－vS)Δt，代入數(shù)據(jù)得x＝1260km。由λ＝vST，解得λ＝4.2km。答案：1260km4.2km1．科學(xué)探測(cè)表示，月球表面無大氣層，也沒有水，更沒有任何生命存在的印跡。在月球上，兩宇航員當(dāng)面發(fā)言也沒法聽到，這是因?yàn)?)A．月球太冷，聲音流傳太慢B．月球上沒有空氣，聲音沒法流傳C．宇航員不適應(yīng)月球，聲音太輕D．月球上太喧鬧，聲音聽不清楚分析：選B聲波是機(jī)械波，流傳需要介質(zhì)，故B選項(xiàng)正確。2．[多項(xiàng)選擇]把一根長而軟的螺旋彈簧豎直提起來，手有規(guī)律地上下振動(dòng)，則()A．在彈簧上形成一列機(jī)械波B．在彈簧上形成波峰和波谷C．彈簧上的質(zhì)點(diǎn)自上而下振動(dòng)D．彈簧上的機(jī)械波自上而下流傳分析：選AD手有規(guī)律地上下振動(dòng)時(shí)彈簧上各質(zhì)點(diǎn)也上下振動(dòng)，形成縱波，向下流傳，故A、D均正確，B、C錯(cuò)誤。3．[多項(xiàng)選擇]把鬧鐘放在密閉的玻璃罩內(nèi)，在玻璃罩外仍舊可以聽到鬧鐘的鈴聲。但假如將玻璃罩內(nèi)的空氣用抽氣機(jī)抽出去，就聽不到鬧鐘的鈴聲。這說明()A．聲波是縱波B．抽去玻璃罩內(nèi)的空氣后，鬧鐘不再響鈴了C．氣體和固體都能流傳聲音D．聲波不可以在真空中流傳分析：選CD依據(jù)題中表達(dá)的現(xiàn)象，沒法說明聲波是縱波，選項(xiàng)A錯(cuò)；抽去玻璃罩內(nèi)的空氣，不會(huì)使鬧鐘停止響鈴，選項(xiàng)B錯(cuò)；抽去玻璃罩內(nèi)的空氣前，在玻璃罩外仍舊可以聽到鬧鐘的鈴聲，說明玻璃罩和空氣都能流傳聲音，選項(xiàng)C對(duì)；抽去玻璃罩內(nèi)的空氣后，就聽不到鬧鐘的鈴聲，說明聲波不可以在真空中流傳，選項(xiàng)D對(duì)。4．沿繩流傳的一列機(jī)械波，當(dāng)波源忽然停止振動(dòng)時(shí)()A．繩上各質(zhì)點(diǎn)同時(shí)停止振動(dòng)，橫波立刻消逝B．繩上各質(zhì)點(diǎn)同時(shí)停止振動(dòng)，縱波立刻消逝C．離波源較近的各質(zhì)點(diǎn)先停止振動(dòng)，較遠(yuǎn)的各質(zhì)點(diǎn)稍后停止振動(dòng)D．離波源較遠(yuǎn)的各質(zhì)點(diǎn)先停止振動(dòng)，較近的各質(zhì)點(diǎn)稍后停止振動(dòng)分析：選C顛簸把能量從波源由近及遠(yuǎn)地流傳出去，振動(dòng)的各質(zhì)點(diǎn)先后獲取能量，所以只有C正確。5．在安靜的湖面上漂著一塊小木條，現(xiàn)向湖中央扔一石子，圓形漣漪一圈圈的向外流傳，當(dāng)波流傳到小木條處時(shí)，小木條將()A．隨漣漪漂向湖岸B．不動(dòng)C．向波源處漂動(dòng)D．在本來地點(diǎn)上下振動(dòng)分析：選D介質(zhì)中有機(jī)械波流傳時(shí)，介質(zhì)自己其實(shí)不隨波一同流傳，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)只在自己的均衡地點(diǎn)周邊振動(dòng)，向外流傳的但是振動(dòng)形式和能量，生活中的水面上的一些飛揚(yáng)物會(huì)沿波向外挪動(dòng)，是因?yàn)橥饨缙渌恍┮氐臄噥y，如風(fēng)的吹動(dòng)等，故D正確。6.[多項(xiàng)選擇]一列簡諧橫波在x軸上流傳，某時(shí)辰的波形圖以以下圖，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軸正方向流傳B．c正向上運(yùn)動(dòng)C．該時(shí)辰此后，b比c先抵達(dá)均衡地點(diǎn)D．該時(shí)辰此后，b比c先抵達(dá)離均衡地點(diǎn)最遠(yuǎn)處分析：選AC由波流傳的規(guī)律知質(zhì)元的振動(dòng)是由先振動(dòng)的質(zhì)元帶動(dòng)后振動(dòng)的質(zhì)元，由題圖知a質(zhì)元偏離均衡地點(diǎn)的位移，說明a質(zhì)元左邊質(zhì)元先于a質(zhì)元振動(dòng)，波是沿x軸正方向流傳的，選項(xiàng)A正確。質(zhì)元c和質(zhì)元a之間有一波谷，質(zhì)元c振動(dòng)方向與質(zhì)元a振動(dòng)方向相反，質(zhì)元c向下運(yùn)動(dòng)，應(yīng)選項(xiàng)B錯(cuò)誤。b質(zhì)元正向著均衡地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，故b比c先抵達(dá)均衡地點(diǎn)，選項(xiàng)C正確，c比b先抵達(dá)偏離均衡地點(diǎn)的最遠(yuǎn)處，選項(xiàng)D是錯(cuò)誤的。7．[多項(xiàng)選擇]以以下圖，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)的距離相等，此中O為波源，設(shè)波源的振動(dòng)周期為T，從波源經(jīng)過均衡地點(diǎn)豎直向下振動(dòng)開始計(jì)時(shí)，經(jīng)eq\f(T,4)質(zhì)點(diǎn)1開始振動(dòng)，則以下對(duì)于質(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)中全部質(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．圖中所畫出的質(zhì)點(diǎn)起振時(shí)間都是同樣的，起振的地點(diǎn)和起振的方向是不同樣的C．圖中質(zhì)點(diǎn)8的振動(dòng)完滿重復(fù)質(zhì)點(diǎn)7的振動(dòng)，但是質(zhì)點(diǎn)8振動(dòng)時(shí)經(jīng)過均衡地點(diǎn)或最大位移處的時(shí)間老是比質(zhì)點(diǎn)7經(jīng)過同樣的地點(diǎn)時(shí)落伍eq\f(T,4)D．只需圖中全部質(zhì)點(diǎn)都已振動(dòng)了，質(zhì)點(diǎn)1與質(zhì)點(diǎn)9的振動(dòng)步伐就完滿一致，假如質(zhì)點(diǎn)1發(fā)生的是第100次振動(dòng)，則質(zhì)點(diǎn)9發(fā)生的就是第98次振動(dòng)分析：選ACD從題圖可知，質(zhì)點(diǎn)9是圖中距波源最遠(yuǎn)的點(diǎn)，只管與波源起振方向同樣，但起振時(shí)辰最晚，故A正確，B錯(cuò)誤；質(zhì)點(diǎn)7與質(zhì)點(diǎn)8比較，質(zhì)點(diǎn)7是