2019高中物理第十二章第1节波的形成和传播讲义（含解析）新人教版.docx

波的形成和传播一、波的形成和传播1形成原因：以绳波为例(如图所示)(1)可以将绳分成许多小部分，将每一部分看做质点。(2)在无外来扰动之前，各个质点排列在同一直线上，各个质点所在的位置称为各自的平衡位置。(3)由于外来的扰动，会引起绳中的某一质点振动，首先振动的这个质点称为波源。(4)由于绳中各质点之间存在着相互作用力，作为波源的质点就带动周围质点振动，并依次带动邻近质点振动，于是振动就在绳中由近及远地传播。2介质(1)定义：波借以传播的物质。(2)特点：组成介质的质点之间有相互作用，一个质点的振动会引起相邻质点的振动。3机械波(1)定义：机械振动在介质中传播，形成了机械波。(2)产生条件机械振动；要有介质。(3)机械波的实质传播振动这种运动形式；传递能量的一种方式，依靠介质中各个质点间的相互作用力而使各相邻质点依次做机械振动来传递波源的能量。注意1波传播的是振动形式，故每个质点起振时的振动与波源相同。2对所有振动质点来说，所呈现的现象是波动，而对单个质点来说，所呈现的现象是振动，故波动的周期等于质点振动的周期。判一判1质点的振动位置不断转换即形成波()2在绳波的形成和传播过程中，所有质点同时运动，同时停止运动()3在绳波的形成和传播过程中，所有质点的运动是近似的匀速直线运动()4机械波传播的是能量和振动形式，机械波不能在真空中传播()二、波的分类定义标识性物理量实物波形横波质点的振动方向与波的传播方向互相垂直的波 波峰：凸起的最高处； 波谷：凹下的最低处纵波质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波 密部：质点分布最密的位置； 疏部：质点分布最疏的位置注意1区分横波和纵波，关键是明确质点的振动方向和波的传播方向，在横波中二者“相互垂直”，在纵波中二者“在同一直线上”。2声波是纵波，它不仅能在空气中传播，也能在液体、固体中传播。3地震中既有横波也有纵波。水波是较复杂的机械波，不是横波。选一选下面关于横波、纵波的说法中正确的是()A同一波源在同一介质中形成的机械波可同时具有横波和纵波B由于横波、纵波的振动方向与波的传播方向的关系不同，因此横波、纵波不可能沿同一方向传播C横波、纵波在同一介质中的传播速度一定相等D只要存在介质，不管是固体、液体或气体，均可传播横波和纵波解析：选A同一波源产生的波中可同时具有横波、纵波，如地震波，A正确；虽然这两种波振动方向与波传播方向的关系不同，但并不妨碍两者沿同一方向传播，B错误；在同一介质中，横波和纵波传播速度一般不同，如地震波中纵波比横波传播得快，C错误；横波可以在固体中传播，不可以在气体中传播，而纵波在固体、液体和气体中均可传播，D错误。1.机械波的形成2波的特点(1)振幅：像绳波这种只在某个方向上传播的机械波，若不计能量损失，各质点的振幅相同。(2)周期：各质点振动的周期均与波源的振动周期相同。(3)步调：离波源越远，质点振动越滞后。(4)各质点只在各自的平衡位置振动，并不随波迁移。(5)机械波向前传播的是振动这种运动形式，同时也传递能量和信息。 典型例题例1.多选如图所示，沿水平方向分布的介质中的部分质点，每相邻两质点的距离相等，其中O为波源，设波源的振动周期为T，从波源通过平衡位置竖直向下振动开始计时，经质点1开始振动，则下列关于质点的振动和介质中的波的说法中正确的是()A介质中所有质点的起振方向都是竖直向下的，但图中质点9起振最晚B图中所画出的质点起振时间都是相同的，起振的位置和起振的方向是不同的C图中质点8的振动完全重复质点7的振动，只是质点8振动时通过平衡位置或最大位移处的时间总是比质点7通过相同的位置时落后D只要图中所有质点都已振动了，质点1与质点9的振动步调就完全一致，如果质点1发生的是第100次振动，则质点9发生的就是第98次振动解析从题知，图中质点9是距波源最远的点，尽管与波源起振方向相同，但起振时刻最晚，A正确，B错误；质点7与质点8比较，质点7是质点8的前质点，7、8质点间的振动步调相差，C正确；质点9比质点1晚2T起振，一旦质点9起振后，质点1、9的振动步调就完全一致，D正确。答案ACD点评波动过程中介质中各质点的振动规律 即时巩固1. AB为一弹性绳。设法在绳上传播一个脉冲的波，如图所示，当波从A向B传播时，绳上质点开始起振的速度方向是_，若波从B向A传播，绳上质点开始起振时，质点振动的速度方向是_。解析：根据波的形成过程，前质点依次带动后质点并依次落后，且都重复波源的振动，当波从A向B传播时，B刚开始振动时，B左侧的相邻质点比B先振动，并且位置在B的下方，所以B应该向下振；当波从B向A传播时，质点刚开始振动时，速度方向向上。答案：向下向上名称项目横波纵波特点在波动中，质点的振动方向和波的传播方向相互垂直在波动中，质点的振动方向和波的传播方向在同一直线上介质只能在固体介质中传播在固体、液体和气体介质中均能传播特征在波动中交替、间隔出现波峰和波谷在波动中交替、间隔出现密部和疏部 典型例题例2.多选下列有关横波与纵波的说法中正确的是()A沿水平方向传播的波为横波B纵波可以在固体、液体、气体介质中传播C纵波与横波不可以同时在同一介质中传播D凡是振动方向与波传播方向在同一条直线上的波都是纵波解析质点振动方向与波传播方向垂直的波叫横波，A错误；纵波可在固体、液体和气体介质中传播，B正确；横波和纵波可在同一种介质中传播，如地震波，C错误；质点振动方向与波传播方向在同一条直线上的波叫纵波，D正确。答案BD点评(1)横波和纵波的最大区别表现在波的传播方向和质点振动方向的关系上。(2)横波和纵波都需要介质传播，但对介质的要求不同。 即时巩固2关于横波和纵波，下列说法正确的是()A对于横波和纵波，质点的振动方向和波的传播方向有时相同，有时相反B对于纵波，质点的振动方向与波的传播方向一定相同C形成纵波的质点，随波一起迁移D空气介质只能传播纵波解析：选D横波质点的振动方向与传播方向相互垂直，纵波质点的振动方向与传播方向有时相同，有时相反，A、B错误；介质中的质点都是在平衡位置附近做往复运动，不会随波迁移，C错误；因为空气介质只能通过压缩产生相互作用力，故空气中的机械波只能是纵波，D正确。 名称项目振动波动运动现象振动是单个物体所表现出的周而复始的运动现象波动是大量物体受到扰动时，从扰动中心传播开来的周而复始的运动现象运动成因物体由于某种原因离开平衡位置，同时受到指向平衡位置的力回复力作用介质中质点受到相邻质点的扰动而随着运动，并由近及远传播开去运动性质变加速运动在均匀介质中匀速向前传播能量动能与势能相互转化，如果是简谐运动，机械能保持不变波的传播过程是一个能量传播过程，传播的是波源的能量 典型例题例3.多选关于振动和波的关系，下列说法中正确的是()A振动是波的成因，波是振动的传播B振动是单个质点呈现的运动现象，波是许多质点联合起来呈现的运动现象C波的传播速度就是质点振动的速度D波源停止振动时，波立即停止传播解析机械波的产生条件是有波源和介质，由于介质中的质点依次带动，由近及远传播而形成波，A、B正确；波的传播速度是波形由波源向外伸展的速度，在均匀介质中其速度大小不变；而质点振动的速度和方向都随时间周期性地发生变化，C错误；波源一旦将振动传给了介质，振动就会在介质中向远处传播；当波源停止振动时，介质仍然继续传播波源振动的运动形式，不会随波源停止振动而立即停止传播，D错误。答案AB点评(1)有机械波，必有机械振动，有机械振动，不一定形成机械波。(2)质点的振动速度是随时间改变的，而波在同种均匀介质中的传播速度是不变的。 即时巩固3多选一列横波沿绳子向右传播，某时刻绳子形成如图所示的凹、凸形状。对此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点，下列说法正确的是()A它们的振幅相同B质点D和F的速度方向相同C质点A和C的速度方向相同D从此时算起，质点B比C先回到平衡位置解析：选AD波源振动时，绳上各质点通过相互间的弹力作用跟着做受迫振动，不考虑传播中的能量损耗时，各质点的振幅均相同，A正确；波传播时，离波源远的质点的振动落后于离波源近的质点的振动，并跟随着离波源近的质点振动，由题图可知，波源在左端，因此，质点D跟随离波源近的质点C正向上运动，质点F跟随离波源近的质点E正向下运动，D和F两者速度方向相反，B错误；同理，此时质点A正向下运动，质点C正向上运动，两者速度方向也相反，C错误；由于此时B、C两质点都向上运动，B比C先到最大位移处，故B比C先回到平衡位置，D正确。1下列关于机械波的认识，正确的是()A有波源就一定会形成机械波B介质中各质点的振动频率与波源的振动频率相同C机械波向右传播时，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点振动解析：选B有波源、有传播介质才能形成机械波，A错误；介质中各质点在波源的驱动下做受迫振动，所以振动频率相同，B正确；机械波传播过程中，各质点不随波迁移，C错误；机械波向右传播时，右方的质点比左方的质点晚一点振动，D错误。2. 多选一列横波某时刻的波形如图所示，则关于质点A的受力，下列说法中正确的是()A如果波向右传播，则质点A受到向上的作用力B如果波向右传播，则质点A受到向下的作用力C如果波向左传播，则质点A受到向上的作用力D如果波向左传播，则质点A受到向下的作用力解析：选BD无论波向左还是向右传播，回复力始终指向平衡位置，且质点A的回复力是由相邻的质点对质点A的作用力来提供，质点A的受力方向向下，B、D正确。3多选(2016杭州高二检测)把一根长而软的螺旋弹簧竖直提起来，手有规律地上下振动，则()A在弹簧上形成一列机械波B在弹簧上形成波峰和波谷C弹簧上的质点自上而下振动D弹簧上的机械波自上而下传播解析：选AD弹簧上形成的是纵波，所以有密部和疏部，A正确，B错误；波在传播过程中，质点只在自己的平衡位置附近振动，不随波迁移，C错误，D正确。4下列关于波的应用正确的是()A要使放在河中的纸船逐渐靠近河岸，可向比纸船更远处投掷石子形成水波B两个在水中潜泳并且靠得较近的运动员能听到对方发出的声音是声波在液体中传播的原因C光缆是利用机械波传递信息D宇航员在宇宙飞船里，击打船壁只能引起机械振动，不能形成声波解析：选B机械波传播时，介质质点在各自平衡位置附近振动，质点本身并不随波迁移，A错误；光缆是利用光波传递信息的，C错误；宇航员在宇宙飞船里，击打船壁能引起机械振动，同时也能形成声波，D错误；声波可以在液体中传播，B正确。5如图所示是沿绳向右传出的一列横波。已在图上画出各个质点的振动速度方向，回答下列几个问题：(1)速度最大的点是第_点和第_点。(2)第_点所在的位置是波的波峰，此时该质点振动的速度为_。解析：(1)各个质点在自己的平衡位置附近做简谐运动，处在平衡位置时速度最大。所以，速度最大的点是第3点、第7点。(2)位移最大时，速度最小，第5点所在的位置是波的波峰，此时该质点振动的速度为0。答案：(1)37(2)50 基础练一、选择题1多选机械波传播的是()A介质中的质点B质点的运动形式C能量 D信息解析：选BCD机械波是振动在介质中向外传播，质点不随波的传播而迁移，只是向外传播信息和能量及运动形式，B、C、D正确。2(2016柳州高二检测)有关纵波与横波，下列说法中正确的是()A对于纵波，质点的振动方向与波的传播方向一定相同B对于横波，质点的振动方向与波的传播方向垂直C纵波的质点可以随波迁移，而横波的质点不能D横波只能在固体中传播，纵波只能在液体、气体中传播解析：选B对于纵波，质点的振动方向有时与波的传播方向相同，有时与波的传播方向相反；对于横波，质点振动方向与波的传播方向垂直，A错误，B正确；无论纵波还是横波，质点只能在平衡位置附近振动，不随波迁移，C错误；横波只能在固体中传播，纵波可在固体、液体、气体中传播，D错误。3一列横波在某时刻的波形如图所示，此时质点F的运动方向向下，则下列说法正确的是()A波水平向右传播B质点H与质点F的运动方向相同C质点C比质点B先回到平衡位置D此时刻质点C的加速度为零解析：选C由于质点F要追随和它邻近的并且离波源稍近的质点运动，又知道质点F的运动方向是向下的，则与它邻近的离波源稍近的质点的位置应在它的下方，对照图象可以判定出波源在质点F的右方，故波是向左传播的，A错误；与质点H邻近的并且离波源稍近的质点I的位置在质点H的上方，则质点H的运动方向是向上的，B错误；用同样的方法可以判断出质点C要向下运动直接回到平衡位置，而质点B则要先向上运动到达最大位移处后再返回平衡位置，这样质点C要比质点B先回到平衡位置，C正确；质点C此时处在最大位移处，其加速度最大，D错误。4枫桥夜泊中有名句“姑苏城外寒山寺，夜半钟声到客船”。其中，当钟声传到客船时，对大钟的撞击早已停止了，但仍感觉余音未绝，分析其原因可能是()A大钟的回声B大钟在继续振动，空气中继续形成声波C人的听觉发生“暂留”的缘故D大钟虽停止振动，但空气仍在振动解析：选B停止对大钟的撞击后，大钟做阻尼振动，仍在空气中形成声波；随着能量的减弱，钟声逐渐消失，所以B正确。5一个小石子投向平静的湖水中央，激起圆形波纹一圈圈向外传播，如果此时树上一片树叶落在水面上，则树叶将()A沿波纹做圆周运动B在落下处上下振动C渐渐漂向湖心 D渐渐漂向湖畔解析：选B一个小石子投向平静的湖水中央，激起圆形的水波向外传播，而水波是横波，传播过程中水面各质点上下振动，既不向外移动，也不向圆心移动，更不会沿波纹做圆周运动，B正确。二、非选择题6细绳的一端在外力作用下从t0时刻开始上下振动，激发出一列横波，在细绳上选取15个点，图甲为t0时刻各点所处的位置，图乙为t时刻的波形图(T为波的周期)。在图丙中画出t时刻的波形图。解析：机械波在传播过程中，介质中的质点都在各自的平衡位置附近振动，时间上依次滞后。从波形图上看出，在t时刻第4个质点才开始振动，则在t时刻第10个质点刚开始振动，此时第4个质点已振动了的时间回到了自己的平衡位置，第1个质点到达下方最大位移处，新的波形图如答案图所示。答案：如图所示。提能练一、选择题1多选(2016眉山高二检测)一列机械波由波源向周围传播出去，则()A介质中各质点由近及远地传播出去B波源的振动形式由近及远地传播出去C介质中各质点只是振动而没有迁移D介质中各质点振动的能量由近及远地传播出去解析：选BCD机械波向外传播，传播出去的是振动的形式、携带出去的是能量和信息，质点不随波的传播而迁移，故选项B、C、D正确。2.如图是一列沿着绳向右传播的绳波波形，此时波刚传到B点，由图可判断波源A点开始的振动方向是()A向左B向右C向下 D向上解析：选D由于波刚刚传到B点，所以B点此时的振动方向就是波源的起振方向，由图根据波的传播与质点振动的关系可以知道，B质点此时正向上振动，所以波源A质点刚开始的振动方向向上，选项D正确。3(2016龙岩高二检测)如图所示，O是波源，a、b、c、d是波传播方向上四个质点的平衡位置，且Oaabbccd，t10时各质点均静止在平衡位置，波源O开始沿y轴正方向做简谐运动，形成一列沿x轴正方向传播的波形为余弦函数曲线的波。在t20.3 s，波源O第一次到达负向最大位移处，波恰好传到c点。下列说法正确的是()A波的周期为12 sBt20.3 s，a质点向y轴正方向运动Ct20.3 s，b质点的加速度达正向最大D当d点开始振动时的起振方向沿y轴正方向解析：选D由于波源的起振方向向上，且在t20.3 s，波源O第一次到达负向最大位移处，可知T0.4 s；据此波形可知，该时刻a在平衡位置将向下运动，b质点在正向最大位移处，即加速度负向最大，故A、B、C错误；各质点的起振方向与波源的起振方向相同，故d的起振方向沿y