3.1波的形成（解析版）

3.1波的形成基础知识梳理基础知识梳理一、波的形成和传播1.波：振动的传播称为，简称波.2.波的形成和传播(以绳波为例)(1)一条绳子可以分成一个个小段，一个个小段可以看做一个个相连的，这些质点之间存在着相互作用.(2)当手握绳端上下振动时，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……绳上的质点都跟着起来，只是后面的质点总比前面的质点一些开始振动.二、横波和纵波定义标志性物理量实物波形横波质点的振动方向与波的传播方向相互的波(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与波的传播方向在上的波(1)密部：质点分布的位置(2)疏部：质点分布的位置三、机械波1.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的振动.2.机械波：机械振动在介质中传播，形成了.3.机械波的特点(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.【参考答案】波动质点绳端振动迟垂直同一直线最密最疏质点机械波振动能量信息典型例题分析典型例题分析考点一：产生波的机械条件【例1】“蜻蜓点水”是常见的自然现象，蜻蜓点水后在水面上会激起波纹。某同学在研究蜻蜓运动的过程中获得一张蜻蜓点水的俯视照片，该照片记录了蜻蜓连续三次点水过程中激起的波纹，其形状如图所示。由图分析可知（）A．蜻蜓第一次点水处为A点B．蜻蜓第一次点水处为B点C．蜻蜓飞行的速度大于水波传播的速度D．蜻蜓飞行的速度小于水波传播的速度【答案】C【详解】AB．在同一时刻观察时，越先激起的波纹扩散开来的半径越大，因C的半径大于A的半径，说明蜻蜓第一次点水处为C点，故AB错误；CD．若蜻蜓飞行速度与水波速度相同，那么蜻蜓点水会在上一个水波边线上，而水波以相同速度运动，所以每个圆都应内切。由题图可知，后击水产生的波纹超过先击水产生波纹，说明蜻蜓飞行速度大于水波传播速度，故C正确，D错误。故选C。【变式练习】1．A的号码是133××××0002，B的号码是133××××0008.A呼叫B时，B发出响声且屏上显示A的号码“133××××0002”，若将A置于一透明真空玻璃罩中，用B呼叫A，则玻璃罩外面的人发现A（）A．发出响声，并显示B的号码“133××××0008”B．不发出响声，但显示B的号码“133××××0008”C．不发出响声，但显示A的号码“133××××0002”D．既不发出响声，也不显示号码【答案】B【详解】声波为机械波，传播需要介质，在真空中不能传播，光波、发射的信号均为电磁波，传播不需要介质，可以在真空中传播，故用B呼叫A时，玻璃罩外的人能看到A显示B的号码，但听不到声音，故B正确，ACD错误。故选B。2．把闹钟悬放在密闭的玻璃罩内，在玻璃罩外仍然可以听到闹钟的铃声，但如果将罩内空气抽去，就听不到闹钟的铃声，这说明（）A．声波是纵波B．抽去罩内的空气后，闹钟不再运转了C．气体、液体和固体都能传播声音D．声波不能在真空中传播【答案】D【详解】A．题干中不能说明声波是纵波，故A错误；B．闹钟的运转不需要空气，抽去空气后仍能正常工作，故B错误；C．玻璃罩内有空气时能听到闹钟的铃声，抽去罩内空气，就听不到闹钟的铃声，这说明声音要靠介质——空气传播，玻璃罩是固体，玻璃罩外仍可听到铃声，说明固体也能传播声音，文中没有提及液体传播声音，故C错误；D．由本题中的现象可知，声波在真空中是不能传播的，日常我们听到的声音是靠空气传播的，实际上液体和固体也能传声，故D正确。故选D。考点二：机械振动和机械波的关系【例2】关于机械振动与机械波，下列说法不正确的是（）A．机械波的频率等于振源的振动频率B．机械波的传播速度与振源的振动速度相等C．机械波在介质中传播的速度由介质本身决定D．在一个周期内，沿着波的传播方向，振动在介质中传播一个波长的距离【答案】B【详解】A．机械波是波源的振动形式在介质中传播，所以机械波的频率等于波源的振动频率，A正确，不符合题意；B．机械波的传播速度是由介质决定的，不同介质中机械波的传播速度不同，振源的振动速度周期性变化，两者完全不同，B错误，符合题意；C．机械波的传播速度由介质决定，周期由振源决定，C正确，不符合题意；D．根据波长的定义可知，沿着波的传播方向，一个周期内，波传播的距离等于一个波长，D正确，不符合题意。故选B。【变式练习】1．关于机械波的传播，下列说法正确的是（）A．机械波可在真空中传播B．机械波从一种介质传入另一种介质，频率不变C．机械波的传播方向与介质的振动方向一定沿同一直线D．机械波的传播方向与介质的振动方向一定垂直【答案】B【详解】A．机械波不能在真空中传播，A错误；B．机械波从一种介质传入另一种介质，频率不变，B正确；CD．纵波的传播方向与介质的振动方向沿同一直线，横波的传播方向与介质的振动方向垂直，C、D错误。2．振动和波的关系，下列几种说法中正确的是（）A．一个机械振动的图象，能够反映多个质点的运动情况B．物体做机械振动，一定产生机械波C．波的传播速度等于振源的振动速度D．波在介质中的传播，频率与介质性质无关，仅由振源决定【答案】D【详解】A．一个机械振动的图象，是一个质点的振动情况，不能够反映多个质点的运动情况，故A错误；B．物体做机械振动，不一定产生机械波，还需要有介质，故B错误；C．波的传播速度与振源的振动速度无关，故C错误；D．波在介质中的传播，频率与介质性质无关，仅由振源决定，故D正确。故选D。考点三：机械波中质点振动的特点【例3】在一条软绳上选18个等间距的质点，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，由波的形成及图可知，下列说法中正确的是（）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，均在水平方向做匀速运动，在竖直方向做简谐运动C．绳上的每一个质点开始振动时，方向都向上，振动周期不相同D．绳上波的传播过程也是能量的传递过程，每个质点均做等幅振动，故每个质点的机械能守恒【答案】A【详解】AC．绳上的质点都在做受迫振动，所以各质点振动的周期与波源的振动周期都相同，故A正确，C错误；BD．每个质点开始振动后，只在竖直方向做简谐运动，水平方向上不随波迁移。波的传播过程也是能量的传递过程，每个质点均做等振幅的受迫振动，合外力不为零，故每个质点的机械能并不守恒，故BD错误。故选A。【变式练习】1．关于振动和波，下列说法正确的是（）A．有机械波必有振动B．纵波中，质点的振动方向与波的传播方向垂直C．纵波中，波水平向右传播，各个质点一定上下振动D．波源停止振动时，介质中的波动立即停止【答案】A【详解】A．产生机械波的条件是有振动的波源和传播机械波的介质，故有机械波必有振动，A正确；BC．纵波中，质点的振动方向与波的传播方向平行，BC错误；D．波源停止振动时，介质中的波仍继续向远处传播直到振动的能量完全损失为止，D错误。故选A。2．如图所示，0、1、2、…、9为弹性介质中间隔相等的若干连续质点，t=0时刻，0点从平衡位置开始向上做简谐运动，当0点第1次达到正向最大位移处时，2点开始振动。下列说法正确的是（）A．2点开始振动的方向向下B．经过一段时间，1点运动到5点的位置C．9点开始振动后，其振动情况与1点完全相同D．0点的振动频率大于后面所有点的振动频率【答案】C【详解】A．质点的振动方向与波源的起振方向相同，0点从平衡位置开始向上做简谐运动，故2点开始振动的方向向上，A错误；B．简谐运动，质点在竖直方向上振动，不会1点运动到5点的位置，B错误；C．当0点第1次达到正向最大位移处时，2点开始振动，可知0点到2点的相位差为，各点间的间隔相等，故9点与1点的相位差为，则9点开始振动后，其振动情况与1点完全相同，C正确；D．机械波在传播的过程中所有质点的振动频率都与波源的频率相同，故D错误。故选C。方法探究方法探究一、波的形成、传播及特点1.机械波的形成与传播2.波的特点(1)振幅：(2)周期(频率)：各质点都在做受迫振动，所以各质点振动的周期(频率)均与波源的振动周期(频率)相同.(3)步调：离波源越远，质点振动越滞后.(4)运动：各质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波迁移.各质点的起振方向都与波源开始振动的方向相同.(5)实质：机械波向前传播的是振动这种运动形式，同时也可以传递能量和信息.二、横波和纵波的区别(1)质点的振动方向与波的传播方向的关系不同：横波中，质点的振动方向与波的传播方向垂直；纵波中，质点的振动方向与波的传播方向在同一条直线上.(2)传播介质不同：横波只能在固体介质中传播；纵波在固体、液体和气体中均能传播.(3)特征不同：横波中交替、间隔出现波峰和波谷；纵波中交替、间隔出现密部和疏部.三、振动与波的关系1.区别(1)研究对象不同——振动是单个质点在平衡位置附近的往复运动，是单个质点的“个体行为”；波动是振动在介质中的传播，是介质中彼此相连的大量质点将波源的振动传播的“群体行为”.(2)力的来源不同——产生振动的回复力，可以由作用在物体上的各种性质的力提供；而引起波动的力，则总是联系介质中各质点的弹力.(3)运动性质不同——振动是质点的变加速运动；而波动是匀速直线运动，传播距离与时间成正比.2.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，有振动不一定有波动.(2)波动的性质、频率和振幅与振源相同.课后小练课后小练一、单选题1．关于介质中质点的振动方向和波的传播方向，下列说法中正确的是（）A．在横波中二者方向有时相同 B．在横波中二者方向一定相同C．在纵波中二者方向有时相同 D．在纵波中二者方向一定不同【答案】C【详解】AB．在横波中质点振动方向和波的传播方向相互垂直，所以二者方向一定不同，故AB错误；CD．在纵波中二者方向在同一直线上，既可以相同，也可以相反，故C正确，D错误。故选C。2．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．波源停止振动时，介质中的波动立即停止【答案】A【详解】AB．机械波是机械振动在介质中的传播，其形成条件必须是波源即机械振动与介质同时满足；有机械波必有振动，但有振动如果没有介质，则没有波，故B错误，A正确；C．介质中的各点在波源的作用下做受迫振动，其频率与波源振动频率相同，不管离波源远近如何，其振动周期都与波源的振动周期相同，故C错误；D．如果振源停止振动，依据波形成原理，质点间依次带动，则在介质中传播的波动不会立即停止，故D错误。故选A。3．在同一种均匀介质中，当中心波源O的振动频率逐渐减小时，可能的波形图为（）A． B．C． D．【答案】C【详解】波源的振动频率逐渐减小，则根据可知，在同一介质中波速不变的情况下，频率减少则波长增大，即越靠近O的波形波长越大，则A、B选项错误；又由于波形图是关于振动中心对称的，因此D错误；故选C。4．一列机械波在x轴上传播，某时刻的波形图如图所示，a、b、c为三个质点，a正在向上运动。由此可知（

）A．该波沿x轴负方向传播B．该时刻，c正在向上运动C．该时刻以后，b比c先到达平衡位置D．该时刻，b的速率比c的速率大【答案】C【详解】A．在题图所示时刻，a正在向上振动，比左侧的波峰振动滞后，可知波沿x轴正方向传播，A错误；B．根据波形和波的传播方向可判断出c正在向下运动，B错误；C．由于b向上振动、c向下振动，所以b比c先到达平衡位置，C正确；D．在题图所示时刻，b距离平衡位置比c远，则b比c的速率小，D错误。故选C。5．关于机械振动及机械波说法正确的是（）A．机械振动的物体在振动过程经过平衡位置时合力为零B．有机械振动就一定有机械波C．机械波在传播过程中，介质中的质点随波移动D．机械波传播的是“机械振动”这种振动形式，同时也将波源的能量传递出去【答案】D【详解】A．经过平衡位置时回复力为零，不是合力为零，A错误；B．有机械振动还需有介质才会形成机械波；B错误；C．机械波在传播过程中，介质中质点在各自平衡位置附件振动，C错误；D．机械波传播的是“机械振动”这种振动形式，同时也将波源的能量传递出去，这是波的特性，D正确。故选D。6．机械波在介质中传播时，下列说法中错误的是（）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，波传播过程中，各质点均做受迫振动C．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【答案】D【详解】机械波在介质中传播时，各质点都在各自的平衡位置附近振动，不会随波的传播而迁移，相邻质点间必有相互作用力，波传播过程中，各质点均做受迫振动，且后一质点的振动必定落后于前一质点，故ABC正确，D错误。本题选错误的，故选D。7．如图所示是某绳波形成过程的示意图，1、2、3、4……为绳上的一系列等间距的质点，绳处于水平方向。质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，带动2、3、4……各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端。t＝0时质点1开始竖直向上运动，经过四分之一周期，质点5开始运动。下列判断正确的是（）A．质点6开始振动时的运动方向向下B．t＝时质点6的速度方向向下C．t＝时质点10的运动方向向上D．t＝T时质点16开始运动【答案】C【详解】A．介质中各质点开始振动时的振动方向和振源开始振动时的振动方向相同，A错误；B．经过t＝质点1回到平衡位置，质点9开始向上振动，质点5振动到正的最大位移处，根据带动法可知，质点6在平衡位置上方，向上振动，即速度的方向向上，B错误；C．t＝时质点1振动到负的最大位移处，质点13开始振动，5～13之间的质点在平衡位置上方，9～13之间的质点处于“下坡”段，由波形图“下坡上，上坡下”的推论可知，9～13之间的质点振动方向都向上，C正确；D．依题意，时，波刚好传播到质点，质点17开始运动，质点16已经向上振动了，D错误。故选C。8．在一条软绳上选18个等间距的质点，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，下列说法中正确的是（）A．每个质点均在其平衡位置附近自由振动B．每个质点开始运动后，均在水平方向做匀速运动，在竖直方向做简谐运动C．绳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．绳上波的传播过程也是能量的传递过程，每个质点均做等幅振动，故每个质点的机械能守恒【答案】C【详解】A．质点1带动质点2是利用绳子上质点间的弹力实现的，因此每个质点均做受迫振动，A错误；B．每个质点开始振动后，只在竖直方向做简谐运动，水平方向上不随波迁移，B错误；C．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；D．波的传播过程也是能量的传递过程，所受合力不为零，虽然每个质点均做等幅振动，但是每个质点的机械能并不守恒，D错误；故选C。二、多选题9．关于机械波的概念，下列说法正确的是（  ）A．质点振动的方向总是垂直于波传播的方向B．横波和纵波可同时存在于介质中C．机械波传播能量，也传递振动信息D．横波中质点不随波迁移，纵波中质点随波迁移【答案】BC【详解】A．质点振动的方向也可以平行于波传播的方向，故A错误；B．横波和纵波可同时存在于介质中，故B正确；C．机械波传播能量，也传递振动信息，故C正确；D．横波和纵波中质点均不随波迁移，故D错误。故选BC。10．关于机械波，下列说法正确的是（）A．机械波的传播方向就是介质中质点的振动方向B．机械波传播的是振动这种运动形式，质点并不随波迁移C．机械波的传播伴随着振动能量的传递D．波不但能传递能量，也能传递信息【答案】BCD【详解】A．横波振动方向垂直于波的传播方向，而纵波的传播方向与质点的振动方向在同一条直线上。A错误；BCD．机械波传播的是振动形式、能量、信息，在波的传播中质点在自己的平衡位置附近振动，质点不随波迁移，BCD正确；故选BCD。11．地壳深处的岩层活动产生强烈震动而引发地震。地震波的纵波传播速度较快，约为6km/s；横波传播速度较慢，约为4km/s。2022年3月26日在青海某无人区发生6.0级地震，震源深度10km。地震发生后距震源163km的嘉峪关市震感强烈。则以下说法正确的是（）A．震源的正上方，地震波的纵波会引起地面物体上下跳动，横波会引起地面上物体水平晃动B．地震波的横波在介质中传播时，介质中的质点会沿波的传播方向运动，从而导致房屋倒塌C．嘉峪关市的防震减灾机构有约13.6秒的时间提前预警更具破坏性的横波何时到达D．建筑物的固有周期与地震波的振动周期越接近，建筑物受到的损伤就越小【答案】AC【详解】A．振动方向与传播方向在同一条直线上的波叫做纵波，振动方向与传播方向相互垂直的波叫做横波，所以，震源的正上方，地震波的纵波会引起地面物体上下跳动，横波会引起地面上物体水平晃动，A正确；B．地震波的横波在介质中传播时，介质中的质点会沿垂直于波的传播方向运动，从而导致房屋倒塌，B错误；C．横波与纵波到达嘉峪关市的时间差为C正确；D．建筑物的固有周期与地震波的振动周期越接近，建筑物的振幅越大，受到的损伤就越大，D错误。故选AC。12．关于机械波和机械振动的叙述正确的是（）A．有机械振动必有机械波B．有机械波必有机械振动C．在波的传播中，如振源停止振动，波的传播不会立即停止D．在波的传播中，振动的质点随波的传播发生迁移【答案】BC【详解】AB．有机械振动不一定有机械波，因为还需要传播机械波的介质；而机械波传播的就是机械振动，所以有机械波必有机械振动，故A错误，B正确；C．在波的传播中，如振源停止振动，不会有新的机械波从波源发出，但已经形成的波还会继续向远处传播，不会立即停止，故C正确；D．在波的传播中，振动的质点只在平衡位置附近振动，不会随波的传播发生迁移，故D错误。故选BC。三、填空题13．.如图所示是一列简谐波沿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＝时间，a、b两个质点所通过的路程的关系是sa________sb。(选填“＜”“＞”或“＝”)【答案】＜【详解】[1]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