第1節(jié) 機(jī)械波的形成和傳播

第三章機(jī)械波第1節(jié)機(jī)械波的形成和傳播核心素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)物理觀念(1)認(rèn)識波是振動的傳播，知道波在傳播振動形式的同時(shí)也傳播能量和信息。(2)知道機(jī)械波、橫波、縱波的概念，知道什么是波峰和波谷、密部和疏部?？茖W(xué)思維能夠通過實(shí)例分析機(jī)械波的形成和傳播特點(diǎn)，能夠通過對比來區(qū)分橫波和縱波?？茖W(xué)探究(1)觀察并探究繩波的產(chǎn)生與傳播。(2)觀察并探究彈簧形成的波?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任認(rèn)識物理研究是對自然現(xiàn)象進(jìn)行抽象的創(chuàng)造性工作，培養(yǎng)對物理學(xué)習(xí)的興趣。續(xù)表一、機(jī)械波的形成和傳播1．波的形成當(dāng)手握繩端上下振動時(shí)，繩端______相鄰的質(zhì)點(diǎn)，使它也上下振動，這個(gè)質(zhì)點(diǎn)又______更遠(yuǎn)一些的質(zhì)點(diǎn)……繩子上的質(zhì)點(diǎn)都跟著______起來，只是后面的質(zhì)點(diǎn)總比前面的質(zhì)點(diǎn)遲一些開始振動。這樣依次帶動下去，繩端這種上下振動的狀態(tài)就沿繩子傳出去了，整體上形成了凹凸相間的波形。2．介質(zhì)：能夠_____振動的物質(zhì)。帶動帶動振動傳播3．機(jī)械波：機(jī)械振動在______中的傳播就形成了機(jī)械波。4．機(jī)械波傳播的三個(gè)特點(diǎn)(1)介質(zhì)中有機(jī)械波傳播時(shí)，介質(zhì)本身并不隨波一起傳播，它傳播的只是_____這種運(yùn)動形式。(2)波是傳遞______的一種方式。(3)波可以傳遞______。(1)機(jī)械波傳播必須有介質(zhì)的參與，因?yàn)橐拷橘|(zhì)中質(zhì)點(diǎn)間的相互作用帶動周圍質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動，向外傳遞運(yùn)動和能量，形成波。(2)有波源和有介質(zhì)是形成機(jī)械波的必要條件，二者缺一不可，有振動不一定有機(jī)械波，有機(jī)械波一定有振動。

介質(zhì)振動能量信息二、橫波與縱波1．橫波：質(zhì)點(diǎn)的振動方向和波的傳播方向______的波，叫作橫波。在橫波中，_______________叫作波峰，________________叫作波谷。2．縱波：質(zhì)點(diǎn)的振動方向和波的傳播方向______的波，叫作縱波。在縱波中，質(zhì)點(diǎn)分布______的部分叫作密部，質(zhì)點(diǎn)分布______的部分叫作疏部。垂直凸起來的最高處凹下去的最低處平行密集稀疏1．如圖所示，用手抓住繩子的一端用力上下振動，就形成一列繩波。試判斷下列說法的正誤。(1)在繩波的形成和傳播中，所有質(zhì)點(diǎn)同時(shí)運(yùn)動，同時(shí)停止運(yùn)動。

()(2)在繩波的形成和傳播中，所有質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動是近似的勻速直線運(yùn)動。

()(3)波的形成過程中，前面的質(zhì)點(diǎn)帶動后面的質(zhì)點(diǎn)振動，后面的質(zhì)點(diǎn)重復(fù)前面質(zhì)點(diǎn)的振動。

()××√2．科學(xué)探測表明，月球表面無大氣層，也沒有水，更沒有任何生命存在的痕跡。如圖所示，在月球上兩名宇航員面對面講話卻無法聽到，請分析其原因？提示：宇航員發(fā)出的聲波為機(jī)械波，傳播需要介質(zhì)，而月球上沒有空氣，聲波無法傳播。新知學(xué)習(xí)(一)|機(jī)械波的形成和傳播[任務(wù)驅(qū)動]如圖所示，手拿繩的一端，上下振動一次，使繩上形成一個(gè)凸起狀態(tài)，隨后形成一個(gè)凹落狀態(tài)，可以看到，這個(gè)凸起狀態(tài)和凹落狀態(tài)在繩上從一端向另一端移動。如果在繩子上某處做一紅色標(biāo)記，觀察這一紅色標(biāo)記的運(yùn)動。(1)紅色標(biāo)記有沒有隨波遷移？(2)當(dāng)手停止抖動后，繩上的波會立即停止嗎？提示：(1)沒有，紅色標(biāo)記只在豎直方向上下振動。(2)不會，當(dāng)手停止抖動后，波仍向右傳播。

[重點(diǎn)釋解]1．機(jī)械波的形成2．波的特點(diǎn)(1)振幅：像繩波這種一維(只在某個(gè)方向上傳播)機(jī)械波，若不計(jì)能量損失，各質(zhì)點(diǎn)的振幅相同。(2)周期：各質(zhì)點(diǎn)振動的周期均與波源的振動周期相同。(3)步調(diào)：離波源越遠(yuǎn)，質(zhì)點(diǎn)振動越滯后。(4)運(yùn)動：各質(zhì)點(diǎn)只在各自的平衡位置附近做往復(fù)振動，并不隨波遷移。(5)實(shí)質(zhì)：機(jī)械波向前傳播的是振動這種運(yùn)動形式，同時(shí)也傳遞能量和信息。3．振動和波動的區(qū)別與聯(lián)系

振動波動區(qū)別研究對象單個(gè)質(zhì)點(diǎn)在平衡位置附近的往復(fù)運(yùn)動，研究的是單個(gè)質(zhì)點(diǎn)的“個(gè)體行為”振動在介質(zhì)中的傳播，研究的是大量質(zhì)點(diǎn)將波源振動傳播的“群體行為”力的來源可以由作用在物體上的各種性質(zhì)力提供聯(lián)系介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的彈力運(yùn)動性質(zhì)質(zhì)點(diǎn)做變加速運(yùn)動在均勻介質(zhì)中是勻速直線運(yùn)動聯(lián)系(1)振動是波動的原因，波動是振動的結(jié)果；有波動必然有振動，但有振動不一定有波動(2)波動的性質(zhì)、頻率和振幅都與振源相同[答案]見解析圖/方法技巧/波動過程中介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動特點(diǎn)波動過程中介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振動周期都與波源的振動周期相同，其運(yùn)動特點(diǎn)可用三句話來描述：(1)先振動的質(zhì)點(diǎn)帶動后振動的質(zhì)點(diǎn)；(2)后振動的質(zhì)點(diǎn)重復(fù)前面質(zhì)點(diǎn)的振動；(3)后振動質(zhì)點(diǎn)的振動狀態(tài)落后于先振動的質(zhì)點(diǎn)。概括起來就是“帶動、重復(fù)、落后”。[針對訓(xùn)練]1．(多選)關(guān)于機(jī)械波的形成和傳播，下列說法中正確的是

(

)A．機(jī)械波只能在介質(zhì)中傳播，波源周圍如果沒有介質(zhì)，就不能形成機(jī)械波B．離波源較近的質(zhì)點(diǎn)總比離波源較遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動得遲一些C．離波源較近的質(zhì)點(diǎn)總比離波源較遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動得早一些D．一旦波源振動起來，介質(zhì)中的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)也就立刻振動起來解析：機(jī)械波形成的條件是有波源和介質(zhì)，兩者缺少一個(gè)就不能形成機(jī)械波；機(jī)械波的形成可表述為離波源近的質(zhì)點(diǎn)帶動離波源遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動，故離波源近的質(zhì)點(diǎn)振動得早一些。所以選項(xiàng)A、C正確。答案：AC2．(多選)如圖所示，水平放置的彈性長繩上有一系列均勻分布的質(zhì)點(diǎn)1、2、3、…使質(zhì)點(diǎn)1沿豎直方向做簡諧運(yùn)動，振動將沿繩向右傳播，從質(zhì)點(diǎn)1經(jīng)過平衡位置向上運(yùn)動時(shí)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)振動傳播到質(zhì)點(diǎn)13時(shí)，質(zhì)點(diǎn)1恰好完成一次全振動。此時(shí)質(zhì)點(diǎn)10的加速度

(

)A．為零

B．為最大值C．方向向上

D．方向向下解析：根據(jù)題意，當(dāng)振動傳播到質(zhì)點(diǎn)13時(shí)，質(zhì)點(diǎn)1恰好完成一次全振動；故此時(shí)質(zhì)點(diǎn)1～13間波形為一個(gè)完整的正弦波形，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)10處于正向最大位移處，回復(fù)力最大，方向指向平衡位置，即向下；根據(jù)牛頓第二定律，可知加速度最大，且方向也指向平衡位置，即向下，故選B、D。答案：BD

新知學(xué)習(xí)(二)|橫波和縱波的比較[任務(wù)驅(qū)動]手握輕彈簧的一端，另一端固定，上下抖動彈簧，彈簧形成凹凸相間的形狀，如圖1所示。手握輕彈簧一端左右有規(guī)律的振動，彈簧便形成疏密相間的形狀，如圖2所示。(1)圖1彈簧振動方向與其形成的波傳播方向有什么關(guān)系？該種波叫什么波？(2)圖2彈簧振動方向與其形成的波傳播方向有什么關(guān)系？該種波叫什么波？提示：(1)垂直橫波(2)平行縱波

[重點(diǎn)釋解]1．橫波與縱波的比較名稱項(xiàng)目橫波縱波概念在波動中，質(zhì)點(diǎn)的振動方向和波的傳播方向垂直在波動中，質(zhì)點(diǎn)的振動方向和波的傳播方向平行介質(zhì)只能在固體介質(zhì)中傳播在固體、液體和氣體介質(zhì)中均能傳播特征在波動中交替、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2．對波的認(rèn)識的兩點(diǎn)提醒(1)水波的認(rèn)識方面：水波既不是橫波也不是縱波，它屬于比較復(fù)雜的機(jī)械波。(2)縱波的認(rèn)識方面：在縱波中各質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波的傳播方向平行，而不是方向相同。[典例體驗(yàn)][典例]對于橫波和縱波，下列說法中正確的是

(

)A．質(zhì)點(diǎn)在水平面內(nèi)振動的波一定是橫波B．質(zhì)點(diǎn)振動方向與波傳播方向都在水平面內(nèi)的波一定是橫波C．某時(shí)刻橫波中波峰和波谷處的質(zhì)點(diǎn)位移都是最大D．橫波中波峰處質(zhì)點(diǎn)位移最大，波谷處質(zhì)點(diǎn)位移最小[解析]物理學(xué)中把質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波的傳播方向垂直的波，稱作橫波，把質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波的傳播方向在同一直線上的波，稱作縱波，所以質(zhì)點(diǎn)在水平面內(nèi)振動的波不一定是橫波；質(zhì)點(diǎn)振動方向與波傳播方向都在水平面內(nèi)的波不一定是橫波，故A、B錯誤；橫波中波峰和波谷處振動情況總是相反，橫波中波峰和波谷處的質(zhì)點(diǎn)位移都是最大，故C正確，D錯誤。[答案]

C[針對訓(xùn)練]1．(多選)機(jī)械波按質(zhì)點(diǎn)振動方向與波傳播方向的關(guān)系可分為橫波和縱波。關(guān)于介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動方向和波的傳播方向，下列說法正確的是

(

)A．在橫波中二者方向有時(shí)相同B．在橫波中二者方向一定不同C．在縱波中二者方向有時(shí)相同D．在縱波中二者方向一定不同解析：在橫波中質(zhì)點(diǎn)的振動方向和波的傳播方向相互垂直，所以二者方向一定不同，故A錯，B對；在縱波中二者方向在同一直線上，既可以相同，也可以相反，故C對，D錯。答案：BC

2．(多選)某地發(fā)生7.1級強(qiáng)地震，若恰好在震源(位于地下)正上方地區(qū)的一個(gè)觀測站記錄的縱波和橫波的到達(dá)時(shí)刻相差5s，已知在這一地區(qū)地震波的縱波和橫波的傳播速率分別為9km/s和4km/s，若近似認(rèn)為波的速度恒定，則下列判斷正確的是

(

)A．地震時(shí)，震源正上方地區(qū)的建筑物先左右振動、后上下振動B．地震時(shí)，震源正上方地區(qū)的建筑物先上下振動、后左右振動C．震源距該觀測站的距離為25kmD．震源距該觀測站的距離為36km答案：BD

3．2023年2月6日，土耳其發(fā)生7.8級地震，造成了重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，我國及時(shí)派出了多支救援隊(duì)趕赴現(xiàn)場展開救援工作。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，地震波在地球內(nèi)部和地表傳播，有時(shí)使人感到左右搖晃，有時(shí)使人感到上下顛簸。請思考：提示：(1)地震波既有橫波成分也有縱波成分。(2)橫波與縱波的根本區(qū)別是質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波的傳播方向之間的關(guān)系。一、好素材分享——看其他教材如何落實(shí)核心素養(yǎng)

物理觀念——會跳舞的火焰1．(選自魯科版新教材“迷你實(shí)驗(yàn)室”)如圖所示，將一支燃燒的蠟燭放在音響喇叭的紙盆前，讓音響播放音樂，開大音量，蠟燭的火焰會隨著音樂來回?cái)[動，就像在跳舞一樣。請思考蠟燭火焰的擺動與縱波有什么聯(lián)系。

提示：聲波是縱波，音響喇叭的紙盆振動，帶動空氣分子左右振動，從而引起蠟燭的火焰隨著音樂左右擺動，音量越大，空氣分子左右振動的幅度越大，火焰擺動的幅度也越大。

科學(xué)思維——把落水的籃球推回岸邊2．(選自魯科版新教材課后練習(xí))某同學(xué)跟朋友們打籃球時(shí)，籃球掉進(jìn)了球場旁邊的湖水里。該同學(xué)想向湖中丟一石塊激起水波，讓籃球隨水波漂回岸邊。該同學(xué)的想法能實(shí)現(xiàn)嗎？為什么？提示：不能實(shí)現(xiàn)。石塊激起的水波，只能使水面上的籃球上下振動，而不能隨波遷移。

科學(xué)探究——波的形成3．(選自魯科版新教材“實(shí)驗(yàn)與探究”)如圖所示，把軟繩的一端系在

墻上，用手抓住繩子的另一端上下振動，可看見沿繩傳播的波。

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任——對地震波的認(rèn)識4．(選自滬科版新教材課后練習(xí))2011年3月11日，日本宮城縣發(fā)生了里氏9.0級地震并引發(fā)海嘯，造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。從這一事件中，你能進(jìn)一步理解(地震)波本質(zhì)上傳播的是什么嗎？

提示：由于海底發(fā)生強(qiáng)烈的地震時(shí)會產(chǎn)生巨大的能量，這些能量傳遞給海水，引發(fā)海嘯，所以地震波本質(zhì)上傳播的是能量。二、新題目精選——品立意深處所蘊(yùn)含的核心價(jià)值1．圖中展示了一張骨牌倒下時(shí)引起的相鄰骨牌依次倒下的照片，以及一陣風(fēng)吹過麥地形成的麥浪滾滾的景象。關(guān)于骨牌和麥浪的運(yùn)動，下列說法正確的是

(

)A．骨牌的運(yùn)動形成了波，麥子的運(yùn)動形成的不是波B．麥子的運(yùn)動形成了波，骨牌的運(yùn)動形成的不是波C．麥浪和骨牌的運(yùn)動都形成了波D．麥浪和骨牌的運(yùn)動都沒有形成波解析：推倒一張骨牌時(shí)，其余各骨牌由于骨牌間的相互作用也會相繼倒下，骨牌本身沒有相應(yīng)位置的移動，所以骨牌的運(yùn)動形成了波，麥子的運(yùn)動是由于風(fēng)力，形成的不是波。所以A正確，B、C、D錯誤。答案：A2．(多選)一般高層建筑物在底層與巖石之間建有支柱，如圖所示。

地震時(shí)產(chǎn)生的縱波和橫波是造成建筑物損壞的主要原因，為了

避免在地震時(shí)建筑物損壞，可在建造時(shí)采取適當(dāng)?shù)拇胧?，下?/p>

做法中比較合理的是

(

)A．減小支柱的長度B．增加建筑物的高度C．在建筑物底層與支柱間嵌入高彈性橡膠塊D．在支柱和巖石間安置可在水平方向滑動的護(hù)墊解析：分析橫波與縱波的特點(diǎn)，橫波的特點(diǎn)是質(zhì)點(diǎn)振動方向與傳播方向相互垂直，而縱波的特點(diǎn)是質(zhì)點(diǎn)振動方向與傳播方向在同一條直線上，因此地震時(shí)會使建