高中物理 第十二章 1 波的形成和传播教材梳理教案 新人教版选修3-41

波的形成和传播疱丁巧解牛知识巧学一、波的形成和传播1.机械波的形成 传播机械波的物质，如水、绳、空气等，可以分成许多小部分，每一小部分都可以看作质点.当其中一个质点振动时，由于质点间的相互作用，就带动相邻的质点振动起来，该质点又带动后面的质点振动起来，这样振动的状态就传播出去，形成了机械波.记忆要诀 “带动”“重复”“滞后”可以描述机械波的形成过程及特点.即前一质点“带动”后一质点振动，后一质点在前一质点的“带动”下“重复”前一质点的振动形式，因此，后一质点的振动总要“滞后”前一质点一段时间.2.机械波的传播（1）各质点的振动周期都与波源的振动周期相同.联想发散 波传播时，介质中的质点跟着波源做受迫振动，每个质点的振动频率都与波源的振动频率相同.（2）离波源越远，质点的振动越滞后，但各质点的起振方向与波源起振方向相同.（3）波传播的是振动形式，而各介质的质点并不随波迁移.波传播的只是运动形式，介质的每个质点只在自己平衡位置附近振动，并不随波迁移，如运动会上表演麦浪的团体操，许多学生手举麦穗，随着音乐声依次上下起伏，于是就形成了像一大片金黄的滚滚麦浪，可是，这里的每个学生谁也没有向前移动一步，仅把上下起伏的运动形式依次传出去了.二、横波和纵波 从质点的振动方向和波的传播方向之间关系来看，机械波有两种基本类型：1.横波：质点振动的方向跟波的传播方向垂直的波，叫做横波，如绳波、水波.在横波中，凸起的最高处叫做波峰，凹下去的最低处叫做波谷，横波是以波峰和波谷这个形式将机械振动传播出去，这种波在传播时呈现出凸凹相间的波形.深化升华 横波是物体的形状发生了变化而产生弹力的作用所致，故纯粹的横波只能通过固体传播.2.纵波：质点的振动方向跟波的传播方向在同一直线上的波，叫做纵波. 例如：一根长的弹簧，它的一端固定，在另一端用手轻轻一推，就形成了弹簧圈密集的部分一直向前传播；如用手轻轻一拉，就形成了弹簧圈稀疏的部分也沿着弹簧向前传播，如果不断地推拉弹簧，就可以看到一系列的密集的部分和稀疏的部分依次向前传播，这就是纵波，如图12-1-2所示.图12-1-2 在纵波中，质点分布最密的地方叫做密部，质点分布最疏的地方叫做疏部，纵波在传播时呈现出疏密相间的波形.要点提示 声波是纵波，地震波既有横波成分又有纵波成分.深化升华 在纵波的情况下，物体的各部分经常受到压缩和拉伸，也就是说经常在改变自己的体积，在体积改变时，固体内固然要产生弹力，液体和气体也要产生弹力，所以纵波在这三种状态的介质中都能传播.三、机械波1.介质：波借以传播的物质.2.机械波：机械振动在介质中的传播.3.机械波产生条件：（1）必须有持续振动的波源.（2）必须有传播的介质.深化升华 振动是波动的原因，波动是振动的结果；有波动必有振动，有振动不一定有波动.因为波源和介质是组成机械波的必有条件，缺一不可.4.机械波在传递机械振动的同时，也传递能量和信息. 由于质点间的弹力作用，先振动的质点要对相邻的后振动的质点做正功，后者对前者做负功，因而离波源近的质点把机械能传递给离波源远的质点.联想发散 其他形式的波也能传递信息，如广播电视应用无线电波传递信息，光缆利用光波传递信息.典题热题知识点一 机械波的形成和传播例1关于机械波的形成和传播，下列说法中正确的是( )A.物体做机械振动，一定产生机械波B.后振动的质点总是跟着先振动的质点重复振动，只是时间落后一步C.参与振动的质点群有相同的频率D.机械波是质点随波迁移，也是振动能量的传递解析：机械波的形成必须具备的两个条件：振源和介质，只有物体做机械振动，而其周围没有传播这种振动的介质，远处的质点不可能振动起来形成机械波，故A选项错误；任何一个振动的质点都是一个波源而带动它周围的质点振动，将振动传播开来，所以后一质点总是落后，故选项B、C正确，形成机械波的各个质点，只有在平衡位置附近往复运动，并没有随波迁移，离振源远的质点振动的能量，是通过各质点的传递从振源获得，故选项D错误.答案：BC方法归纳 本题考查机械波的产生及其传播特点.机械波是由于机械振动在介质中的传播形成机械波，机械波在传播中各质点的振动周期都与波源的振动周期相同；离波源越远，质点的振动越滞后，但各质点的起振方向与波源起振方向相同；波传播的是振动形式，而各介质的质点并不随波迁移；波在传播振动形式的同时，也在传播能量和信息.例2图12-1-3所示为波源开始振动后经过一个周期的波形图，设介质中质点振动周期为T，下列说法中正确的是( )图12-1-3A.若M点为波源，则M点开始振动时方向向下B.若M点为波源，则P点已经振动了TC.若N点为波源，则P点已经振动TD.若N点为波源，则该时刻P质点动能最大解析：若M点为波源，相当于其他点追随M点振动，又因为是经过一个周期的波形，此时M点的振动方向向上，即为开始振动时的方向或者根据波传到了N点，此时N点振动方向向上，即波源的开始振动方向向上，而传到P点要经过T，因而P点已振动T，若N点为波源，N开始振动方向向下，传到P点经，故P点已振动了T，而此时P点在最大位移处，速度为零，动能最小，答案为C选项.答案：C方法归纳 当波源确定后便可确定波传播的方向，由于介质中各质点从波源开始依次运动，即越靠近波源的质点运动的时间越长.另外,任何一个质点的起振方向都与波源的起振方向相同.知识点二 横波和纵波例3关于横波和纵波，下列说法正确的是( )A.质点的振动方向和波的传播方向垂直的波叫横波B.质点振动方向跟波的传播方向在同一直线上的波叫纵波C.横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部D.地震波是横波，声波是纵波解析：根据横波和纵波的定义知，A、B、C三项正确，声波是一种纵波，但地震波中既有横波又有纵波，D选项错误.答案：ABC知识点三 机械波例4以下对机械波的认识正确的是( )A.形成机械波一定要有振源和介质B.振源做简谐运动形成的波中，各质点的运动情况完全相同C.横波向右传播时，处于波峰的质点也向右迁移D.机械波向右传播时，右方的质点比左方的质点早一些振动解析：振源和介质是形成机械波的两个必不可少的条件，故A选项正确.简谐运动在介质中传播时，介质中各质点都做简谐运动，沿波的传播方向上，后面的质点比前面的质点总要晚一些开始振动，但质点本身并不随波的传播而发生迁移，而且各质点的振动步调不一致，故B、C、D三项都错.答案：A误区警示 波动与振动是两个不同的概念，一些同学往往认为：振动就是波动，我们知道在波的传播过程中，一定有质点的振动，但质点振动，不一定能够形成波动，波动是许多质点振动而形成的，振动则是单个质点的运动.知识点四 振动和波的关系例5关于振动和波的关系，下列说法正确的是( )A.有机械波必有振动B.有机械振动必有波C.离波源远的质点振动周期长D.波源停振时，介质中的波动立即停止解析：一个质点的振动会带动邻近质点的振动，使振动这种运动形式向外传播出去而形成机械波，但在缺少介质的情况下，波动现象就无法发生，故A选项对,B选项错.波动形成以后，各质点的振动都先后重复波源的振动，故各质点的振动周期是一样的，C错，大量质点的振动所形成的波动不会因波源的停振而立即消失，因为能量不会无缘无故地消失，故D选项错.答案：A误区警示 很多同学会认为“波源停振时，介质中的波动立即停止”，错误的主要原因是不能明确波的形成条件及传播特点.问题探究思维发散探究问题 波的传播方向和质点运动方向关系如何判断？探究过程：已知质点运动方向判断波的传播方向或与之相反的问题，判断的基本规律是横波的形成与传播的特点，常用方法有： 方法一：上下坡法 沿波的传播方向看，“上坡”的点向下运动，“下坡”的点向上运动，简称“上坡下、下坡上”（如图12-1-4甲所示）. 方法二：同侧法 在波的图象上的某一点，沿竖直方向画出一个箭头表示质点运动方向，并设想在同一点沿水平方向画个箭头表示波的传播方向，那么这两个箭头总是在曲线的同侧（如图1214乙所示）. 方法三：头头（尾尾）相对法 在波形图的波峰（或波谷）上画出一个箭头表示波的传播方向，并在波峰（或波谷）两边波形上分别画出两个箭头表示质点运动方向，那么这三个箭头总是头头相对，尾尾相对（如图12-1-4丙所示）. 方法四：平移法 将原波形（实线）沿波的传播方向平移后（虚线），则从原波形中平衡位置沿y轴指向虚线最大位移处的方向，表示原波形中质点的运动方向（如图12-1-4丁所示）. 甲 乙 丙 丁图12-1-4探究结论: 方法一：上下坡法 方法二：同侧法 方法三：头头（尾尾）相对法 方法四：平移法材料信息探究材料：地震波包含纵波和横波.振动方向与传播方向一致的波为纵波（P波）.来自地下的纵波引起地面上下颠簸振动.振动方向与传播方向垂直的波为横波（S波）.来自地下的横波能引起地面的水平晃动.横波是地震时造成建筑物破坏的主要原因.由于纵波在地球内部传播速度大于横波，所以地震时，纵波总是先到达地表，而横波总落后一步.这样，发生较大的地震时，一般人们先感到上下颠簸，过数秒到十几秒后才感到有很强的水平晃动.这一点非常重要，因为纵波给我们一个警告，告诉我们造成建筑物破坏的横波马上要到了，快点作出防备.问题地震波只是一种横波吗？我们能不能利用横波和纵波的波速不同，来预报地震？探究过程：由材料信息可知，地震波包含纵波和横波，即地震波不只是一种横波.由于纵波先到达地表，给人以警告，但纵波由于上下振动、破坏力不大，而横波由于水平振动会造成建筑物的破坏.人们可以利用横波和纵波到达的时间差作出反应和防备，但时间差很短.探究结论:地震波是由于地球内部的介质突然发生破坏、运动而引起的，分为体波和面波，而体波分解为横波和纵波.横波和纵波的波速不同，从理论上看，是可以的，但时间极短，需要人们迅速作出反应.