2023年高三物理一轮总复习专题14.4波的形成与传播名师伴学

专题14.4波的形成与传播课前预习●自我检测1．关于机械波的形成，以下说法正确的选项是()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，只是时间上落后一步C．参与振动的质点的振动频率都相同D．机械波是介质随波迁移E．机械波可以传递能量和信息【答案】BCE2.一列简谐横波沿x轴传播，某时刻的波形如下图，此时质点F的运动方向向y轴负方向，那么()A．此波向x轴负方向传播B．质点C此时向y轴负方向运动C．质点C将比质点B先回到平衡位置D．质点E的振幅为零E．各质点的振幅相同【答案】ACE【解析】因为机械波在传播过程中，靠近波源的质点的振动带动相邻的后边质点的振动，而后面质点要“模仿〞前面质点的振动，所以此题中，质点F的运动方向向y轴负方向，即F质点正在“模仿〞右边质点的振动，这说明波源在右边，波从右向左传播，即此波向x轴负方向传播，选项A正确；质点C此时刚到达最大位移处，速度为0，此后才向y轴负方向运动，选项B错误；质点B要先向y轴正方向运动到达波峰位置再回到平衡位置，而质点C直接从波峰位置回到平衡位置，所以选项C正确；振幅指的是质点离开平衡位置的最大距离，虽然此时质点E的位移为零，但其振幅不为零，选项D错误，E正确．3．以下关于横波、纵波的说法正确的选项是()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纵波C．横波和纵波传播的都只是振动这种运动形式D．沿横向传播的波叫横波，沿纵向传播的波叫纵波E．沿横向传播的波叫纵波，沿纵向传播的波叫横波【答案】ABC【解析】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；横波具有波峰和波谷，两种波传播的都是运动形式，A、B、C正确．4.一根张紧的水平弹性绳，绳上的S点在外界驱动力的作用下沿竖直方向做简谐运动，在绳上形成稳定的横波，在S点的左、右两侧分别有A，B，C，D四点，如下图，AB，BS和SC的距离相等，CD的距离为SC的2倍，下面的说法中正确的选项是()A．假设B点的位移与S点的位移始终相同，那么A点的位移一定与S的位移始终相同B．假设B点的位移与S点的位移始终相反，那么A点的位移一定与S点的位移始终相反C．假设C点的位移与S点的位移始终相同，那么D点的位移一定与C点的位移始终相同D．假设C点的位移与S点的位移始终相反，那么D点的位移一定与C点的位移始终相同E．因不知S点的起振方向，以上说法均不对【答案】ACD5.机械波在介质中传播时，以下说法中正确的选项是()A．各质点都在各自的平衡位置附近振动B．相邻质点间必有相互作用力C．前一质点的振动带动相邻后一质点的振动，后一质点的振动必定落后于前一质点D．各质点也随波的传播而迁移E．在横波中质点不随波迁移，在纵波中，质点随波一直向前移动【答案】ABC课堂讲练●典例分析【要点提炼】一、波的形成和传播1．波的形成当手握绳端上下振动时，绳端带动相邻质点，使它也上下振动．这个质点又带动更远一些的质点……绳上的质点都很快跟着振动起来，只是后面的质点总比前面的质点迟一些开始振动，这样在整个绳子上就形成了凸凹相间的波．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)形成：机械振动在介质中传播，形成机械波．(2)产生条件①要有波源．②要有传播振动的介质．(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，因此说它传播的只是振动这种运动形式．②介质中本来静止的质点，随着波的传来而发生振动，可见波是传递能量的一种方式．③我们能用语言进行交流，说明波可以传播信息．二、横波和纵波1．比照定义标识性物理量实物波形横波质点的振动方向和波的传播方向垂直的波①波峰：凸起的最高处②波谷：凹下的最低处纵波质点的振动方向和波的传播方向平行的波①密部：质点分布密集的局部②疏部：质点分布稀疏的局部2.说明(1)发声体振动时在空气中产生的声波是纵波，声波不仅能在空气中传播，也能在固体、液体中传播．(2)不管是横波还是纵波，如果传播的振动是简谐运动，这种波就叫简谐波．【典例1】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________．【答案】向上【解析】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．【典例2】将一个小石子投向平静的湖面中心，会激起一圈圈向外传播的波纹，如果此时水面上有一片树叶，那么树叶运动情况是怎样的？【答案】在原位置上下振动【总结反思】1．机械波的形成2．波的特点(1)振幅：像绳波这种一维(只在某个方向上传播)机械波，假设不计能量损失，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)立场：各质点只在各自的平衡位置振动，并不随波迁移，且起振方向与振源的起振方向相同．(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．3机械波的形成和传播特点(1)机械波的形成过程及特点可以概括为“带动、重复、落后〞，即前一质点“带动〞后一质点振动，后一质点“重复〞前一质点的振动形式，并且后一质点的振动“落后〞于前一质点．(2)就整个物体来说，呈现的现象是波动，而就构成物体的单个质点来说，所呈现的现象是振动．(3)要画另一时刻的波形图，应先确定特殊点的位置，即此时刻在平衡位置或最大位移处的点，这些点的位置确定后，其他点可顺势找出．【典例3】关于横波和纵波，以下说法正确的选项是()A．对于纵波，质点的振动方向和波的传播方向有时相同，有时相反B．对于横波，质点的运动方向与波的传播方向一定垂直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E．空气介质只能传播横波【答案】ABD【典例4】一列横波沿绳子向右传播，传播过程无能量损失，某时刻绳子形成如下图的凹凸形状．对此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点，以下说法正确的选项是()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E．从此时算起，质点E比F先到达波峰【答案】ADE【解析】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，选项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，两者速度方向相反，选项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，选项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，选项D正确．同理知选项E正确．【总结反思】1．横波和纵波的比拟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2.振动与波动的联系和区别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介质中大量的质点受到扰动时，从扰动中心传播开来的周而复始的运动现象运动的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——回复力作用介质中的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，且各局部都受到指向原位置的力的作用联系(1)振动是波的起因，波是振动的传播(2)有波动一定有振动，有振动不一定有波动(3)牢记波动的周期等于质点振动的周期3解答波动问题的两个关键(1)波在传播过程中，质点只在其平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移．(2)根据质点做简谐运动的特点确定质点的位置和速度方向．课后稳固●课时作业1.如下图，为波沿着一条右端固定的绳子传播到B点的波形图，由图可判断出A点开始振动的方向是________．【答案】向下【解析】由题图可知波向右传播，传播到B点，B点刚开始振动且振动方向向下，其重复波源A的运动，所以A点开始振动的方向向下．2.一列横波某时刻的波形如下图，经过0.25s图中P点第一次到达波峰的位置，此后再经0.75s，P点的位移和速度可能是()A．位移是2cmB．位移是零C．位移是－2cmD．速度最大，方向沿－y的方向E．速度最大，方向沿＋y方向【答案】BDE3.一列横波某时刻的波形如下图．质点A的受力方向是________．【答案】向下【解析】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的受力方向始终向下．4.一列沿x轴正方向传播的简谐横波，某时刻的波形如下图．P为介质中的—个质点，从该时刻开始的一段极短时间内，P的速度v和加速度a的大小变化情况是v变________，a变________.【答案】大小5.如下图是一列简谐波沿x轴正方向传播的某时刻的波形图．a是正向最大位移处，b恰好处于平衡位置，经过Δt＝eq\f(T,8)时间，a，b两个质点所通过的路程的关系是sa________sb.(填“＜〞，“＞〞或“＝〞)【答案】＜【解析】因各个质点均做受迫振动，重复波源的振动，故振动频率、周期、振幅相同，而a正处于正向最大位移处，速度为零，在eq\f(T,8)时间内，向平衡位置运动，速度由零逐渐增大，但达不到最大速度；b正在从平衡位置向上运动，具有最大速度，在eq\f(T,8)时间内，它向正方向最大位移处运动，速度逐渐减小，但平均速度比a的大．6.振源A带动细绳振动，某时刻形成的横波波形如下图，在波传播到细绳上一点P时开始计时，画出P点的振动图象．【答案】【解析】由于波源带动了后面的质点依次振动，且后面的质点总是重复前面质点的振动状态，所以，介质中各质点开始振动时的方向都与波源开始振动时的方向相同，此时波刚好传播至P点，P点此时的振动状态即与波源A开始振动时的状态相同．由波的传播特点可知P点此时是从平衡位置向下运动的．7．细绳的一端在外力作用下从t＝0时刻开始做简谐运动，激发出一列简谐横波．在细绳上选取15个点，图中甲为t＝0时刻各点所处的位置，乙为t＝eq\f(T,4)时刻的波形图(T为波的周期)．在丙中画出t＝eq\f(3T,4)时刻的波形图.【答案】见解析8.某地区地震波中的横波和纵波传播速率分别约为4km/s和9km/s.一种简易地震仪由竖直弹簧振子P和水平弹簧振子H组成(如下图)．在一次地震中，震源在地震仪下方，观察到两振子相差5s开始振动，求：(1)先振动的是哪个振