第1節(jié) 波的形成和描述

第3章

機(jī)械波第1節(jié)波的形成和描述一、波的形成與傳播1．填一填(1)波的形成：

在介質(zhì)中傳播，形成機(jī)械波。(2)波的傳播：

①要有

，即能夠引起其他質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)。

②要有傳播振動(dòng)的

。2．判一判(1)在繩波的形成和傳播中，所有質(zhì)點(diǎn)同時(shí)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)停止運(yùn)動(dòng)。

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

()(3)機(jī)械波傳播的是能量和振動(dòng)形式，機(jī)械波不能在真空中傳播。

()機(jī)械振動(dòng)波源介質(zhì)××√3．想一想在藝術(shù)體操的帶操表演中，運(yùn)動(dòng)員手持細(xì)棒抖動(dòng)彩帶的一端，彩帶隨之波浪翻卷。彩帶上的波浪向前傳播時(shí)，彩帶上的每個(gè)點(diǎn)也在向前運(yùn)動(dòng)嗎？提示：波在向前傳播時(shí)，各點(diǎn)在各自平衡位置振動(dòng)，并不向前運(yùn)動(dòng)，故彩帶上的點(diǎn)不向前運(yùn)動(dòng)。二、波的分類(lèi)1．填一填(1)機(jī)械波可分為橫波和縱波兩類(lèi)

定義標(biāo)識(shí)性物理量實(shí)物波形橫波質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向

____的波波峰：橫波中凸起的_________②波谷：橫波中凹下的

________縱波質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在

___上的波①密部：縱波中質(zhì)點(diǎn)分布

_____的位置疏部：縱波中質(zhì)點(diǎn)分布

_____的位置垂直最高處最低處同一直線最疏最密(2)聲波是

，它不僅能在空氣中傳播，也能在固體、液體中傳播。2．判一判(1)對(duì)于橫波和縱波中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向有時(shí)相同，有時(shí)相反。()(2)對(duì)于縱波中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向一定相同。

()(3)形成縱波的質(zhì)點(diǎn)，隨波一起遷移。

()×××縱波3．選一選(多選)關(guān)于介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向，下列說(shuō)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)振動(dòng)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(cuò)、B對(duì)；在縱波中二者方向在一直線上，既可以相同，也可以相反，故C對(duì)、D錯(cuò)。答案：BC

三、波的描述1．填一填(1)波的圖像

波的圖像描述的是某一時(shí)刻各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位移。如果介質(zhì)中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，它所形成的波就叫

，它的波形曲線是正弦(或余弦)曲線。(2)波的特征：周期T、頻率f含義：波的周期等于

的振動(dòng)的周期，用

表示。波的頻率是介質(zhì)中

振動(dòng)的頻率，用

表示決定因素：由

的周期或頻率決定兩者關(guān)系：_________

簡(jiǎn)諧波波源T質(zhì)點(diǎn)f波源相鄰總是相同一個(gè)波長(zhǎng)傳播的距離傳播時(shí)間λf介質(zhì)本身2．判一判(1)波的圖像表示質(zhì)點(diǎn)在各個(gè)不同時(shí)刻的位置。

()(2)縱波中兩個(gè)密部(或疏部)之間的距離為一個(gè)波長(zhǎng)。

()(3)振動(dòng)在介質(zhì)中傳播一個(gè)波長(zhǎng)的時(shí)間是一個(gè)周期。

()(4)頻率越大的機(jī)械波在介質(zhì)中傳播得越快。

()××√×3．選一選如圖所示，為一列沿x軸傳播的橫波，周期為2s，則該波

(

)A．波長(zhǎng)為2m

B．振幅為10cmC．頻率為2Hz D．波速為2m/s探究(一)

機(jī)械波的形成和傳播特點(diǎn)[問(wèn)題驅(qū)動(dòng)]在平靜的湖面上，漂浮著一片樹(shù)葉，如果你往樹(shù)葉附近扔下一塊小石子，湖面立即興起水波，水波一圈一圈往外擴(kuò)展出去，于是樹(shù)葉運(yùn)動(dòng)起來(lái)。請(qǐng)問(wèn)樹(shù)葉會(huì)隨水波往外移動(dòng)嗎？提示：不會(huì)。因?yàn)樾∈蛹て鸬乃ㄊ钦駝?dòng)的傳播，水并不向外移動(dòng)，水的質(zhì)點(diǎn)只是上下振動(dòng)，所以樹(shù)葉不會(huì)隨水波往外移動(dòng)。

[重難釋解]1．機(jī)械波的形成2．波的特點(diǎn)(1)振幅：像繩波這種只在某個(gè)方向上傳播的機(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(dòng)的周期均與波源的振動(dòng)周期相同。(3)步調(diào)：離波源越遠(yuǎn)，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)越滯后。(4)各質(zhì)點(diǎn)只在各自的平衡位置振動(dòng)，并不隨波遷移。(5)機(jī)械波向前傳播的是振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)形式，同時(shí)也傳遞能量和信息。3．振動(dòng)和波動(dòng)的關(guān)系(1)振動(dòng)是波動(dòng)的起因，波動(dòng)是振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播。(2)波動(dòng)的周期等于質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期。(3)波源停振后，介質(zhì)中的波動(dòng)并不立即停止，而是繼續(xù)向遠(yuǎn)處傳播，直到振動(dòng)能量完全損失。波的形成和傳播特點(diǎn)可以總結(jié)為三句話：“前質(zhì)點(diǎn)帶后質(zhì)點(diǎn)，后質(zhì)點(diǎn)學(xué)前質(zhì)點(diǎn)，后質(zhì)點(diǎn)晚前質(zhì)點(diǎn)?！辈▌?dòng)過(guò)程中介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)規(guī)律[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．波在傳播過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是

(

)A．介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)隨波的傳播而遷移B．波源的能量隨波傳遞C．振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的頻率隨著波的傳播而減小D．波源的能量靠振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的遷移來(lái)傳播解析：在波的傳播過(guò)程中，質(zhì)點(diǎn)是不會(huì)發(fā)生遷移的；波源的能量通過(guò)對(duì)相鄰質(zhì)點(diǎn)做功而由近及遠(yuǎn)地傳播(不是靠質(zhì)點(diǎn)的遷移)；質(zhì)點(diǎn)的頻率只與波源有關(guān)(振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)實(shí)際上是在做受迫振動(dòng))。答案：B

探究(二)

波的圖像的理解和應(yīng)用[問(wèn)題驅(qū)動(dòng)]

一列波的圖像如圖甲，其中某一點(diǎn)的振動(dòng)圖像如圖乙。(1)如何區(qū)分波的圖像與振動(dòng)圖像。(2)兩種圖像縱坐標(biāo)的最大值相同嗎？提示：(1)看圖像的橫坐標(biāo)，振動(dòng)圖像是時(shí)間t，波的圖像是位移x。(2)相同。

[重難釋解]1．對(duì)波的圖像的理解(1)波的圖像是某一時(shí)刻介質(zhì)中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)情況的“定格”，可以將波的圖像比喻為某一時(shí)刻對(duì)所有質(zhì)點(diǎn)拍攝下的“集體照”。(2)簡(jiǎn)諧波的圖像是正(余)弦曲線，是最簡(jiǎn)單的一種波，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的最大位移都相等，即振幅相等，振動(dòng)的能量相同。(3)波的圖像的周期性在波的傳播過(guò)程中，各質(zhì)點(diǎn)都在各自的平衡位置附近振動(dòng)，不同時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的位移不同，則不同時(shí)刻波的圖像不同。質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移做周期性變化，則波的圖像也做周期性變化。經(jīng)過(guò)一個(gè)周期，波的圖像復(fù)原一次。

一列沿x軸正方向傳播的橫波在某一時(shí)刻的波的圖像如圖所示，已知波的傳播速度是16m/s。(1)這列波中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅是多少？(2)畫(huà)出再經(jīng)過(guò)0.125s時(shí)的波的圖像。[解析]

(1)由題圖可以看出，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的最大位移是10cm，因此質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅是10cm。(2)經(jīng)過(guò)0.125s，波沿x軸正方向移動(dòng)的距離為Δx＝vΔt＝16×0.125m＝2m，所以經(jīng)過(guò)0.125s后的波的圖像如圖中的虛線所示。[答案]

(1)10cm

(2)見(jiàn)解析圖(1)簡(jiǎn)諧波各質(zhì)點(diǎn)的振幅相等，從波的圖像上找出波峰或波谷對(duì)應(yīng)位移的大小即振幅。(2)簡(jiǎn)諧波傳播時(shí)，波形不變，沿傳播方向向前推移。

[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳播，其波速為10m/s，t＝0時(shí)刻的波形如圖所示。下列說(shuō)法正確的是

(

)A．0～0.6s時(shí)間內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)P運(yùn)動(dòng)的路程為18cmB．t＝0.6s時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)P相對(duì)平衡位置的位移是6cmC．t＝1.2s時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)Q加速度最大D．t＝1.4s時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)M沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)探究(三)

波長(zhǎng)、波速的理解和計(jì)算[問(wèn)題驅(qū)動(dòng)]

地震時(shí)，震源的振動(dòng)會(huì)以橫波和縱波兩種形式向外傳播，兩種波在地殼中的傳播速度并不一樣，首先到達(dá)地面的是縱波，接著橫波傳來(lái)，所以在震中的人們會(huì)先感到上下顛簸，然后又會(huì)感到左右搖擺。(1)地震時(shí)，在地殼中縱波的速度與橫波的速度誰(shuí)大？(2)同一種波的傳播速度取決于什么？提示：(1)縱波的速度大。(2)波的傳播速度取決于介質(zhì)。

2．對(duì)波速的理解(1)波速的實(shí)質(zhì)：波的傳播速度即波形的平移速度。(2)波從一種介質(zhì)進(jìn)入另外一種介質(zhì)，波源沒(méi)變，波的頻率不會(huì)發(fā)生變化；介質(zhì)的變化導(dǎo)致了波速和波長(zhǎng)的改變。(3)波速和波長(zhǎng)、頻率的決定因素及關(guān)系：

如圖所示，圖甲為某一簡(jiǎn)諧橫波在t＝1.0s時(shí)的圖像，圖乙為該波中質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)圖像。(1)求該波波速；(2)求再經(jīng)過(guò)3.5s時(shí)P質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)的路程；(3)判斷波的傳播方向。波長(zhǎng)的三種確定方法(1)根據(jù)定義確定：①在波動(dòng)中，振動(dòng)相位總是相同的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離等于一個(gè)波長(zhǎng)。②波在一個(gè)周期內(nèi)傳播的距離等于一個(gè)波長(zhǎng)。(2)根據(jù)波的圖像確定：①在波的圖像上，振動(dòng)位移總是相同的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離為一個(gè)波長(zhǎng)。②在波的圖像上，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(速度)總是相同的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離為一個(gè)波長(zhǎng)。③在波的圖像上，兩個(gè)相鄰波峰(或波谷)間的距離為一個(gè)波長(zhǎng)。(3)根據(jù)公式λ＝vT來(lái)確定。

[素養(yǎng)訓(xùn)練]1. 如圖所示是某一時(shí)刻的波形圖像，波沿x軸正方向傳播，波速是12m/s，則波長(zhǎng)和頻率分別是

(

)A．3cm

200Hz B．6cm

200HzC．2cm

400Hz D．12cm

50Hz2．一簡(jiǎn)諧橫波在x軸上傳播，波源的振動(dòng)周期T＝0.1s，t＝0時(shí)刻的波形如圖所示，且此時(shí)a點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)，則

(

)A．該波沿x軸向左傳播B．該波的波速為20m/sC．t＝0.025s時(shí)，a質(zhì)點(diǎn)將運(yùn)動(dòng)到波峰處

D．t＝0.05s時(shí)，a質(zhì)點(diǎn)將運(yùn)動(dòng)到x＝3.0m處3．一列簡(jiǎn)諧波沿AB方向傳播，A、B兩點(diǎn)相距20m。A每分鐘上下振動(dòng)15次，這列波的周期是________s；當(dāng)A點(diǎn)位于波峰時(shí)，B點(diǎn)剛好位于波谷，此時(shí)A、B間有兩個(gè)波峰，這列波的傳播速率是________m/s。一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維(選自人教版新教材課后練習(xí))如圖是以質(zhì)點(diǎn)P為波源的機(jī)械波在繩上傳到質(zhì)點(diǎn)Q時(shí)的波形。(1)請(qǐng)判斷此機(jī)械波的類(lèi)型。(2)P點(diǎn)從平衡位置剛開(kāi)始振動(dòng)時(shí)，是朝著哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的？解析：(1)由波的傳播方向和質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向互相垂直，可知該機(jī)械波為橫波。(2)由波的傳播特點(diǎn)可知，P點(diǎn)剛開(kāi)始振動(dòng)的方向?yàn)樨Q直向上。答案：(1)橫波(2)豎直向上二、注重學(xué)以致用和思維建模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(guò)麥地形成的麥浪滾滾的景象。關(guān)于骨牌和麥浪的運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是(

)A．骨牌的運(yùn)動(dòng)形成了波，麥子的運(yùn)動(dòng)形成的不是波B．麥子的運(yùn)動(dòng)形成了波，骨牌的運(yùn)動(dòng)形成的不是波C．麥子和骨牌的運(yùn)動(dòng)都形成了波D．麥子和骨牌的運(yùn)動(dòng)都沒(méi)有形成波解析：當(dāng)物體的某一部分發(fā)生振動(dòng)時(shí)，其余各部