人教版(新教材)高中物理選擇性必修1學(xué)案：3 1 波的形成

人教版（新教材）高中物理選擇性必修第一冊(cè)PAGEPAGE11波的形成〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1．知道機(jī)械波的產(chǎn)生條件，理解機(jī)械波的形成過程.2.知道橫波和縱波的概念.3.知道機(jī)械波傳播的特點(diǎn)．一、波的形成1．波：振動(dòng)的傳播稱為波動(dòng)，簡(jiǎn)稱波．2．波的形成(以繩波為例)(1)一條繩子可以分成一個(gè)個(gè)小段，這些小段可以看作一個(gè)個(gè)相連的質(zhì)點(diǎn)，這些質(zhì)點(diǎn)之間存在著彈性力的作用．(2)當(dāng)手握繩端上下振動(dòng)時(shí)，繩端帶動(dòng)相鄰的質(zhì)點(diǎn)，使它也上下振動(dòng)．這個(gè)質(zhì)點(diǎn)又帶動(dòng)更遠(yuǎn)一些的質(zhì)點(diǎn)…繩上的質(zhì)點(diǎn)都跟著振動(dòng)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(dòng)．二、橫波和縱波定義標(biāo)志性物理量實(shí)物波形橫波質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相互垂直的波(1)波峰：凸起的最高處(2)波谷：凹下的最低處縱波質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在同一直線上的波(1)密部：質(zhì)點(diǎn)分布最密的位置(2)疏部：質(zhì)點(diǎn)分布最疏的位置三、機(jī)械波1．介質(zhì)(1)定義：波借以傳播的物質(zhì)．(2)特點(diǎn)：組成介質(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)引起相鄰質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)．2．機(jī)械波機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播，形成了機(jī)械波．3．機(jī)械波的特點(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，它傳播的只是振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)形式．(2)波是傳遞能量的一種方式．(3)波可以傳遞信息．1．判斷下列說法的正誤．(1)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位置不斷轉(zhuǎn)換即形成波．(×)(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)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)．(×)(4)波的形成過程中，前面的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)后面的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，后面的質(zhì)點(diǎn)重復(fù)前面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)．(√)(5)質(zhì)點(diǎn)沿水平方向振動(dòng)，波沿水平方向傳播，這樣的波一定是橫波．(×)(6)介質(zhì)中有機(jī)械波傳播時(shí)，介質(zhì)本身也隨波一起傳播．(×)2.繩波在某時(shí)刻的形狀如圖1所示，若O是波源，則此刻A點(diǎn)的振動(dòng)方向________，若O′是波源，則此刻A點(diǎn)的振動(dòng)方向________(選填“向上”或“向下”)．圖1〖答案〗向上向下一、波的形成及特點(diǎn)導(dǎo)學(xué)探究如圖2所示，手拿繩的一端，上下振動(dòng)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(dòng)．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(dòng)．圖2(1)紅色標(biāo)記有沒有隨波遷移？(2)當(dāng)手停止抖動(dòng)后，繩上的波會(huì)立即停止嗎？〖答案〗(1)沒有，紅色標(biāo)記只在豎直方向上下振動(dòng)(2)不會(huì)，當(dāng)手停止抖動(dòng)后，波仍向右傳播知識(shí)深化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(頻率)：各質(zhì)點(diǎn)都在做受迫振動(dòng)，所以各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期(頻率)均與波源的振動(dòng)周期(頻率)相同．(3)步調(diào)：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)只在各自的平衡位置附近振動(dòng)，并不隨波遷移．(5)實(shí)質(zhì)：機(jī)械波向前傳播的是振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)形式，同時(shí)也可以傳遞能量和信息．3．振動(dòng)和波動(dòng)的區(qū)別與聯(lián)系振動(dòng)波動(dòng)區(qū)別研究對(duì)象單個(gè)質(zhì)點(diǎn)在平衡位置附近的往復(fù)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)中的傳播，研究的是大量質(zhì)點(diǎn)將波源振動(dòng)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(dòng)性質(zhì)質(zhì)點(diǎn)做變速運(yùn)動(dòng)在均勻介質(zhì)中是勻速直線運(yùn)動(dòng)聯(lián)系(1)振動(dòng)是波動(dòng)的原因，波動(dòng)是振動(dòng)的結(jié)果；有波動(dòng)必然有振動(dòng)，有振動(dòng)不一定有波動(dòng).(2)波動(dòng)的性質(zhì)、頻率和振幅與振源相同.命題角度1波的形成如圖3所示，是某繩波形成過程的示意圖．質(zhì)點(diǎn)1在外力作用下沿豎直方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)2、3、4…各個(gè)質(zhì)點(diǎn)依次上下振動(dòng)，把振動(dòng)從繩的左端傳到右端．已知t＝0時(shí)，質(zhì)點(diǎn)1開始向上運(yùn)動(dòng)，t＝eq\f(T,4)時(shí)，1到達(dá)最上方，5開始向上運(yùn)動(dòng)．問：圖3(1)t＝eq\f(T,2)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)6、10、14的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(是否運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)方向)如何？(2)t＝eq\f(3T,4)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)6、10、14的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何？〖答案〗見〖解析〗〖解析〗各質(zhì)點(diǎn)在各時(shí)刻的情況，如圖所示：(1)由甲圖可知，t＝eq\f(T,2)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)6未達(dá)到波峰，正在向上運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)10、14未運(yùn)動(dòng)．(2)由乙圖可知，t＝eq\f(3T,4)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)6正在向下運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)10向上運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)14未運(yùn)動(dòng)．波動(dòng)過程中介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)波動(dòng)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)周期相同，其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)可用三句話來描述：(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)的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)狀態(tài)落后于先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)．概括起來就是“帶動(dòng)、重復(fù)、落后”．針對(duì)訓(xùn)練1(多選)下列關(guān)于機(jī)械波的說法正確的是()A．波傳播過程中，質(zhì)點(diǎn)也隨著波移動(dòng)B．相鄰質(zhì)點(diǎn)間必有相互作用力C．前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)帶動(dòng)相鄰的后一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，后一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)必定落后于前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)D．離波源越遠(yuǎn)，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率越小〖答案〗BC命題角度2振動(dòng)和波的關(guān)系(多選)關(guān)于振動(dòng)和波的關(guān)系，下列說法正確的是()A．振動(dòng)是波的成因，波是振動(dòng)的傳播B．振動(dòng)是單個(gè)質(zhì)點(diǎn)呈現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，波是許多質(zhì)點(diǎn)聯(lián)合起來呈現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象C．波的傳播速度就是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的速度D．波源停止振動(dòng)時(shí)，波立即停止傳播〖答案〗AB〖解析〗機(jī)械波的產(chǎn)生條件是有波源和介質(zhì)．由于介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)之間相互作用，一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)帶動(dòng)相鄰質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)并由近及遠(yuǎn)傳播而形成波，選項(xiàng)A、B正確；波的傳播速度是波形由波源向外傳播的速度；而質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的速度和方向都隨時(shí)間周期性地發(fā)生變化，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；波源一旦將振動(dòng)傳給了介質(zhì)，振動(dòng)就會(huì)在介質(zhì)中向遠(yuǎn)處傳播；當(dāng)波源停止振動(dòng)時(shí)，介質(zhì)仍然繼續(xù)傳播波源振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)形式，不會(huì)因波源停止振動(dòng)而立即停止傳播，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．二、橫波和縱波導(dǎo)學(xué)探究如圖4所示：圖4(1)圖甲是繩波，其中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向是什么關(guān)系？(2)圖乙是聲波，其中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向是什么關(guān)系？〖答案〗(1)相互垂直(2)在同一條直線上知識(shí)深化橫波和縱波的對(duì)比名稱項(xiàng)目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相互垂直在波動(dòng)中，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向在一條直線上介質(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(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(1)水面波的認(rèn)識(shí)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(shí)方面：在縱波中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在同一直線上，而不是方向相同．關(guān)于橫波和縱波，下列說法正確的是()A．對(duì)于橫波和縱波，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B．對(duì)于縱波，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向一定相同C．形成縱波的質(zhì)點(diǎn)隨波一起遷移D．空氣介質(zhì)中只能傳播縱波〖答案〗D〖解析〗橫波中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相互垂直，縱波中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向總是與波的傳播方向在同一條直線上，有時(shí)相同，有時(shí)相反，故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；無(wú)論是橫波還是縱波，質(zhì)點(diǎn)都是在平衡位置附近做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，不會(huì)隨波遷移，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；因?yàn)榭諝饨橘|(zhì)只能通過壓縮而產(chǎn)生相互作用力，故空氣中只能傳播縱波，故選項(xiàng)D正確．三、質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和起振方向的判定1．質(zhì)點(diǎn)的起振方向質(zhì)點(diǎn)的起振方向是指質(zhì)點(diǎn)剛開始振動(dòng)的方向，由于介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)都重復(fù)波源的振動(dòng)，所以介質(zhì)中的所有質(zhì)點(diǎn)的起振方向都與波源開始振動(dòng)的方向相同．2．質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向是指某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向，可利用“帶動(dòng)法”判定：(1)原理：先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)鄰近的后振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)．(2)方法：在質(zhì)點(diǎn)P靠近波源一方附近的圖像上另找一點(diǎn)P′，P′為先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，若P′在P上方，則P向上運(yùn)動(dòng)，若P′在P下方，則P向下運(yùn)動(dòng)，如圖5所示．圖5一列橫波沿繩子向右傳播，某時(shí)刻繩子形成如圖6所示的形狀，對(duì)此時(shí)繩上A、B、C、D、E、F六個(gè)質(zhì)點(diǎn)說法正確的是()圖6A．質(zhì)點(diǎn)B向右運(yùn)動(dòng)B．質(zhì)點(diǎn)D和質(zhì)點(diǎn)F的速度方向相同C．質(zhì)點(diǎn)A和質(zhì)點(diǎn)C的速度方向相同D．從此時(shí)算起，質(zhì)點(diǎn)B比質(zhì)點(diǎn)C先回到平衡位置〖答案〗D〖解析〗波傳播時(shí)，離波源遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)落后于離波近的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，并跟隨著近的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，D跟隨C向上運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)跟隨E向下運(yùn)動(dòng)．同理，A向下運(yùn)動(dòng)，C向上運(yùn)動(dòng)，由此可知選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤；由于此時(shí)B和C都向上運(yùn)動(dòng)，所以B比C先到達(dá)最大位移處，并先回到平衡位置，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，D正確．針對(duì)訓(xùn)練2(多選)如圖7所示，一列繩波沿著繩由左向右傳播，A是波源，t時(shí)刻，波剛傳到B點(diǎn)．下列說法正確的是()圖7A．質(zhì)點(diǎn)C在t時(shí)刻的振動(dòng)方向向下B．質(zhì)點(diǎn)D的起振方向與A相同C．質(zhì)點(diǎn)B在t時(shí)刻的振動(dòng)方向向上D．波源A開始振動(dòng)時(shí)振動(dòng)方向向上〖答案〗BCD1．(波的形成)(2020·臨漳一中高二下學(xué)期期中)如圖8所示為某繩波形成過程的示意圖，1、2、3、4…為繩上的一系列等間距的質(zhì)點(diǎn)，繩處于水平方向．質(zhì)點(diǎn)1在外力作用下沿豎直方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)2、3、4…各個(gè)質(zhì)點(diǎn)依次上下振動(dòng)，把振動(dòng)從繩的左端傳到右端．t＝0時(shí)，質(zhì)點(diǎn)1開始豎直向上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過四分之一周期，質(zhì)點(diǎn)5開始運(yùn)動(dòng)．下列判斷正確的是()圖8A．t＝eq\f(T,4)時(shí)質(zhì)點(diǎn)5的運(yùn)動(dòng)方向向下B．t＝eq\f(T,2)時(shí)質(zhì)點(diǎn)7的速度方向向上C．t＝eq\f(3T,4)時(shí)質(zhì)點(diǎn)11的運(yùn)動(dòng)方向向下D．t＝T時(shí)質(zhì)點(diǎn)17開始向下運(yùn)動(dòng)〖答案〗B2．(波的特點(diǎn))(多選)關(guān)于波的形成和特點(diǎn)，下列說法正確的是()A．隨著波的傳播，介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)都在各自的平衡位置附近振動(dòng)B．隨著波的傳播，介質(zhì)中的各質(zhì)點(diǎn)也將由近及遠(yuǎn)地遷移出去C．傳播波的過程中相鄰各質(zhì)點(diǎn)間必有相互作用力D．某一橫波在介質(zhì)中沿水平方向傳播，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)必沿豎直方向上下振動(dòng)〖答案〗AC〖解析〗隨著波的傳播，介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)都在各自的平衡位置附近來回振動(dòng)，不隨波遷移，故A正確，B錯(cuò)誤；振源的振動(dòng)使質(zhì)點(diǎn)一個(gè)被一個(gè)帶動(dòng)，且與振源振動(dòng)形式相同，同時(shí)總滯后前一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，可知各質(zhì)點(diǎn)間有力的作用，故C正確；某一橫波在介質(zhì)中沿水平方向傳播，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直，但不一定沿豎直方向，故D錯(cuò)誤．3．(橫波和縱波)下列關(guān)于縱波的說法，正確的是()A．在縱波中，波的傳播方向就是波中質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)方向B．縱波中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向一定與波的傳播方向在同一條直線上C．縱波中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向一定與波的傳播方向垂直D．縱波也有波峰和波谷〖