机械波 波的形成和传播 课件

第十二章机械波1波的形成和传播学习目标1.知道什么是机械波和机械波的形成条件及过程。2.能区分横波和纵波,知道什么是波峰和波谷、密部和疏部。3.知道波在传播振动形式的同时也传播能量和信息。一、波的形成和传播及波的实质1.绳波形成原因(如图):研究对象——

绳子的每一部分看作_____平衡位置——___________时质点所在的位置外因——

外来的扰动引起绳中的某一质点振动内因——

绳中各质点之间存在着___________过程——

绳端质点带动_________振动,并依次带动邻近质点振动由近及远质点无外来扰动相互作用力周围质点2.介质:(1)定义:波借以_____的物质。(2)特点:组成介质的质点之间有_________,一个质点的振动会引起相邻质点的振动。传播相互作用【自我思悟】1.在绳波的形成过程中,绳上的质点哪些先振动,哪些后振动?提示:绳上的质点靠近手的先振动,远离手的后振动。2.绳子上各质点的起振方向是否相同?提示:相同。因为后面的质点是在前面的质点的带动下开始振动的,所以各质点的起振方向与波源的起振方向相同。二、横波和纵波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_____的波(1)波峰:凸起的_______(2)波谷:凹下的_______纵波质点的振动方向与波的传播方向在___________的波(1)密部:质点分布_____的位置(2)疏部:质点分布_____的位置垂直最高处最低处同一直线上最密最疏【自我思悟】1.根据横波和纵波的定义判断声波是横波还是纵波。提示:是纵波。声波是以疏密相间的状态向外传播的,所以声波是纵波。2.横波可以在液体或气体中传播吗?提示:不可以。横波只能在固体中传播。三、机械波1.形成:机械振动在_____中传播,形成机械波。2.产生条件:(1)要有_____。(2)要有传播振动的_____。介质波源介质3.特点:(1)介质中有机械波传播时,介质本身并不随波一起传播,它传播的只是_____这种运动形式。(2)波是传递_____的一种方式。(3)波可以传递_____。振动能量信息【自我思悟】1.登上月球的宇航员可以通过声音直接交流吗?提示:不可以。因为月球上是真空的,没有传声介质,所以不能通过声音直接交流。2.我们用语言进行交流,说明声波可以传递什么?提示:我们用语言进行交流,说明声波能够传递信息。【盲区扫描】1.波源:首先振动的这个质点即为波源。2.介质:能够传播机械振动的物质,它可以是固、液、气三态中的任意一种。3.机械波在传播过程中,尽管各个质点的起振方向相同,但是在同一时刻,各个质点振动的步调是不一致的。4.机械波传递的是振动形式、能量和信息,各质点并不随波迁移。一、机械波的形成及特点1.机械波的形成:2.机械波的特点:(1)机械波传播的是振动形式、能量和信息,介质中各质点本身并不随波传播而迁移,而是在各自的平衡位置附近振动。(2)由于波的形成实际上是从波源开始依次带动介质中的各个质点参与振动,所以各个质点都在做受迫振动,因此各个质点振动的周期(频率)与波源的周期(频率)相同。(3)在不考虑能量损失时,各质点振动的振幅相同,各质点的起振方向都与波源开始振动的方向相同。3.振动和波动的区别与联系:振动波动区别研究对象单个质点在平衡位置附近的往复运动,研究的是单个质点的“个体行为”振动在介质中的传播,研究的是大量质点将波源振动传播的“群体行为”力的来源可以由作用在物体上的各种性质力提供联系介质中各质点的弹力运动性质质点做变加速运动在均匀介质中是匀速直线运动联系(1)振动是波动的原因,波动是振动的结果;有波动必然有振动,但有振动不一定有波动(2)波动的性质、频率和振幅都与振源相同【微思考】(1)振动和波的关系是什么?有振动是否一定有机械波?提示:波源和介质是形成机械波的必要条件,二者缺一不可,有振动不一定有机械波,有机械波一定有振动。(2)机械波形成后,若波源停止振动,机械波会立即消失吗?提示:波源停止振动后,机械波传递的能量并没有立即消失,因此机械波不会立即消失。【示范题】(2013·泉州高二检测)如图是一条软绳,绳上选有18个质点,质点1在外力作用下首先向上振动,其余质点在相互作用力的带动下依次振动,从而形成简谐波。由波的形成及图示可知,下列说法中错误的是(

)A.质点1带动质点2是利用绳上质点间的弹力实现的,因此每个质点均做受迫振动B.每个质点开始运动后,在水平方向做匀速运动,在竖直方向做简谐运动C.绳子上的每一个质点开始振动时,方向都向上,振动周期都相同D.绳子上波的传播过程,也是能量的传播过程,虽然每个质点均做等幅振动,但每个质点的机械能并不守恒【解题探究】(1)机械波传播过程中,各质点随波迁移吗?提示:机械波传播过程中,各质点只在各自的平衡位置附近振动,并不随波迁移。(2)质点开始起振时的振动情况和波源相同吗?提示:波传播的是振动形式,故每个质点起振时的振动情况与波源相同。【规范解答】选B。质点1带动质点2是利用绳上质点间的弹力实现的,因此每个质点都做受迫振动,A正确;每个质点开始振动后,只在竖直方向做简谐运动,水平方向不随波迁移,B错误;绳子上每一个质点的起振方向都相同,振动周期等于波源振动周期,C正确;波的传播过程,也是能量的传播过程,虽然每个质点均做等幅振动,但每个质点的机械能并不守恒,D正确。所以选B。【通关1+1】1.(2013·宁波高二检测)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较慢D.波源停止振动,介质中的波立即停止传播【解析】选A。机械波是机械振动在介质中的传播,所以有机械波必有振动,但有机械振动不一定能形成机械波,A正确,B错误;介质中各质点振动的频率等于波源的振动频率,所以各质点振动快慢相同,C错误;波源停止振动,介质中的波不会立即停止,还会继续传播,D错误。2.(多选)(2014·长春高二检测)下列关于沿绳传播的一列机械波的正确说法是(

)A.绳波的形成是由于绳上各质点的相互作用B.绳上各质点都随绳波向前传播C.当波源突然停止振动时,离波源较近的质点先停止振动D.当波源突然停止振动时,离波源较远的质点先停止振动【解析】选A、C。绳波的形成是由于绳上各质点的相互作用,各质点没有相互作用则形不成绳波,A对;绳波在传播过程中,各质点在各自平衡位置附近振动,并不随波迁移,B错;根据波的形成过程以及“由近及远,依次带动”的特点知,当波源突然停止振动时,离波源较近的质点先停止振动,C对、D错。【变式训练】1.(多选)(2014·泰州高二检测)关于机械波的形成,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.参与振动的质点都有相同的频率D.机械波是介质随波迁移,也是振动能量的传递【解析】选B、C。机械波的形成必须具备两个条件:波源和介质。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而形成机械波,故A错误。任何一个振动的质点都是一个波源,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于前一质点,但振动频率相同,故B、C正确。形成机械波的各振动质点只在平衡位置附近往复运动,并没有随波迁移,离波源远的质点振动的能量通过各质点的传递从波源获得,故D错误。2.图甲中有一条均匀的绳,1、2、3、4…是绳上一系列等间距的点。现有一列简谐横波沿此绳传播。某时刻,绳上9、10、11、12四点的位置和运动方向如图乙所示(其他点的运动情况未画出),其中点12的位移为零,向上运动,点9的位移达到最大值。试在图丙中画出再经过周期时的波形图。【解析】从题中图乙可以看出,在图乙所示的时刻,该均匀绳上点9达到最大位移时,点12正通过平衡位置向上运动,因而由图乙中点9、10、11、12所在位置点连成的那段曲线代表在该均匀绳上传播的简谐横波在图乙所示时刻的四分之一波形图。由这段波形可以画出在该均匀绳上传播的简谐横波在图乙所示时刻的从点0到点12的波形图。由图乙中表示的波形图和点9、10、11、12四个点的运动方向,可以判断出在均匀绳上传播的简谐横波是向右传播的。由于介质中质点都在各自的平衡位置附近往复运动,所以再经过周期,点9在平衡位置,而点12到达负的最大位移处。由此可得出点9到点12间的波形。由这段波形也就知道了这一时刻整条绳上的波形。如图丙所示。答案:见解析波动过程中介质中各质点的运动特点波动过程中介质中各质点的振动周期都与波源的振动周期相同,其运动特点可用三句话来描述:(1)先振动的质点带动后振动的质点;(2)后振动的质点重复前面质点的振动;(3)后振动质点的振动状态落后于先振动的质点。概括起来就是“带动、重复、落后”。

二、横波与纵波机械波可以分为横波和纵波,两种波比较如下:名称项目横波纵波概念在波动中,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一条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【微思考】(1)绳波、声波、水波各属于横波还是纵波?提示:绳波是横波,声波是纵波,水波既不是横波也不是纵波,它属于比较复杂的机械波。(2)地震波既有横波也有纵波,试分析哪一种波对地面建筑物的破坏力大。提示:横波振动方向与波前进方向垂直,而纵波振动方向与传播方向一致。在震中区,地震波直接入射地面,横波表现为左右摇晃,纵波表现为上下跳动。另外,横波振幅比纵波大,破坏力大,所以横波的水平晃动力是造成建筑物破坏的主要原因。【示范题】(2013·菏泽高二检测)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中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【解题探究】(1)横波和纵波最本质的区别是什么?提示:横波和纵波最本质的区别是质点的振动方向与传播方向的关系,质点的振动方向与波的传播方向垂直的波是横波,质点的振动方向与波的传播方向平行的波是纵波。(2)能够传播横波的介质是否就不能传播纵波了?提示:有的介质中既可以传播横波,也可以传播纵波,具体是哪一种波,要根据振动方向与波传播方向间的关系判定。【规范解答】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;虽然传播这两种波的介质质点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;横波可以在固体内传播,不可以在液体、气体中传播,而纵波可在固体、液体和气体中传播,D错误。【通关1+1】1.(2013·西安高二检测)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,质点的运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。质点的振动方向与波的传播方向垂直的波是横波,质点的振动方向与波的传播方向平行的波是纵波,A错误;纵波质点的运动方向与波的传播方向有时相同,有时相反,B错误;无论横波还是纵波,质点都不随波迁移,C错误;横波不能在空气中传播,空气只能传播纵波,D正确。2.下列关于横波、纵波的说法正确的是(

)A.凸凹相间的波叫横波,凸起的最高处叫波峰,凹下的最低处叫波谷B.质点振动方向和波的传播方向在同一直线上的波叫横波C.沿横向传播的波叫横波,沿纵向传播的波叫纵波D.沿横向传播的波叫纵波,沿纵向传播的波叫横波【解析】选A。质点的振动方向与波的传播方向垂直的波为横波,质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波为纵波,B、C、D错误;横波具有波峰和波谷,A正确。【变式训练】1.区分横波和纵波是根据(

)A.质点振动的振幅和波的传播速度的大小B.质点振动的频率和波的传播能量的多少C.质点振动的方向和波传播的远近D.质点振动的方向和波传播的方向的关系【解析】选D。质点振动方向和波的传播方向垂直的波为横波,质点振动方向和波的传播方向在同一直线上的波叫纵波。所以,纵波和横波的区分依据是质点