2024-2025学年新教材高中物理第3章机械波1.波的形成课件新人教版选择性必修第一册

第三章1.波的形成学习目标1.知道什么是机械波,能区分横波和纵波,知道什么是波峰和波谷、密部和疏部。(物理观念)2.知道机械波的形成条件及过程。(科学思维)3.通过观察和分析,认识波是振动的传播,知道波在传播振动形式的同时也传播能量和信息。(科学思维)4.培养观察、分析、归纳的好习惯。(科学态度与责任)基础落实·必备知识全过关一、波的形成1.波的定义

的传播称为波动,简称波。

2.波的形成

弹力介质中相邻的质点之间有相互作用力,这使得一个质点的运动会影响相邻质点的运动。前面先振动的质点依次带动后面的质点,这样振动的状态就沿介质传播出去。

波上各点均做受迫振动,T相同振动二、横波和纵波

种类定义标志性物理量实物波形实例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

绳上形成横波绳波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

弹簧形成纵波声波垂直最高处最低处同一直线上最密最疏三、机械波1.介质绳、弹簧、水、空气等是波借以传播的物质,叫作介质。2.机械波机械振动在

中传播,形成了机械波。

3.波的传播特点(1)介质中有机械波传播时,介质本身并

一起传播。

(2)波在传播“振动”这种运动形式的同时,也将波源的能量传递出去。(3)波不但传递

,而且可以传递

。

介质不随波能量信息情境链接运动会上团体操表演波浪时,可以看出波浪“滚滚向前”,但每个人的位置并没有向前移动。波浪是如何形成的呢?提示

第1个人做周期性下蹲、起立,依次带动旁边的人重复他的动作,只是后边的一位总比前面的一位稍迟一点点。这样就会看到凹凸相间的波浪向前传播。教材拓展教材P65叙述了声波(纵波)在空气中的传播原理,结合这一点,想一想横波能否在空气中传播?提示

不能。假设在空气中取一纵截面,让截面内的某一质点在截面内振动,当质点离开平衡位置时,其相邻的质点无法提供使其回到平衡位置的弹力,故横波不能在空气中传播。易错辨析(1)在绳波的形成和传播中,所有质点同时开始振动,同时停止振动。(

)(2)如果波源停止振动,介质中的波也会立即停止传播。(

)(3)物体只要做机械振动,就一定会产生机械波。(

)(4)机械波传播的是介质中的质点。(

)(5)横波中质点的振动方向与波的传播方向垂直。(

)(6)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。(

)×后面的质点总比前面的质点迟一些开始振动,前面的质点停止振动后,后面的质点并未马上停止振动。××有振动和介质,才会产生机械波。

×机械波传播的是振动形式,介质中的质点不随波迁移。

√√重难探究·能力素养全提升探究点一机械波的形成及特点导学探究如图所示,手拿绳的一端上下振动,使绳上形成凸起部分和凹落部分相间的情形,可以看到,凸起部分和凹落部分在绳上从一端向另一端移动。(1)从振源开始,各个质点做什么振动?振动频率和振源的频率有什么关系?(2)当手停止抖动后,绳上的波会立即停止吗?(3)绳子中的一点系上一圈红布,做出明显的标记。红布标记的点是如何运动的,会不会随波传播出去?提示

(1)从振源开始,每一个质点都由前面的质点带动而做受迫振动。每一个质点的振动频率和振源的频率相等。(2)不会,当手停止抖动后,波仍向右传播。(3)会看到红布标记的点在其原位置附近上下振动,但不会发生迁移。知识归纳1.机械波的形成

2.机械波的特点(1)机械波在传播“振动”这种运动形式的同时,也传递能量和信息,介质中各质点本身并不随波的传播而迁移,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。典例剖析【例题1】

(多选)(2024山东济宁高二期末)如图所示,一条软绳上选有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,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答案

ACD

解析

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,比如最高点和最低点动能为零,重力势能大小不同,D正确。对点演练1.(2024河南郑州高二期末)某绳波形成过程的示意图如图所示,质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动,带动各个质点依次上下振动,把振动从绳的左端传到右端。t=时,质点5刚要开始运动,下列说法正确的是(

)A.t=时,质点5开始向下运动B.t=时,质点3的加速度方向向上C.从t=开始的一小段时间内,质点8的加速度正在减小D.从t=开始的一小段时间内,质点8的速度正在减小D探究点二横波与纵波导学探究生活中的两种波如图甲、乙所示。

(1)图甲是绳波,其中质点的振动方向与波的传播方向有什么关系?(2)图乙是声波,其中质点的振动方向与波的传播方向有什么关系?提示

(1)相互垂直

(2)在同一条直线上

知识归纳1.横波和纵波的区别

比较项横波纵波概念在波动中,质点的振动方向与波的传播方向相互垂直在波动中,质点的振动方向与波的传播方向在同一条直线上介质机械横波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

比较项振动波动运动现象振动是单个质点所表现出的周而复始的运动现象波动是相联系的质点群表现出的周而复始的运动现象运动成因质点由于某种原因离开平衡位置,同时受到指向平衡位置的力——回复力的作用介质中质点受到相邻质点的驱动而随着运动,并将振动形式由近及远传播出去,各质点间存在相互作用力运动性质质点的振动是变加速运动波在同种均匀介质中匀速传播比较项振动波动能量变化振动系统的动能与势能相互转化,动能最大时势能最小,势能最大时动能为零,总的机械能守恒波源将能量传递给与它相邻的质点,这个质点再将能量传递给下一个质点联系(1)振动是波动的起因,波动是振动的传播(2)有波动一定有振动,有振动不一定有波动(3)波动的周期等于质点振动的周期典例剖析【例题2】

(2024福建三明高二月考)关于机械波中的横波和纵波,下列说法正确的是(

)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,质点的振动方向与波的传播方向有时会相同C.形成纵波的质点随波一起迁移D.空气介质只能传播横波A解析

波的传播方向和质点的振动方向在同一条直线上的波为纵波,二者有时相同,有时相反,A正确;波的传播方向和质点的振动方向垂直的波为横波,B错误;质点不会随着波的传播而发生迁移,C错误;空气介质只能传播纵波,D错误。对点演练2.(2024浙江绍兴高二月考)关于横波和纵波,下列说法正确的是(

)A.波源上下振动形成的波是横波B.波源水平振动形成的波是纵波C.波沿水平方向传播,质点上下振动,这类波是横波D.质点沿水平方向振动,波沿水平方向传播,这类波是纵波C解析

根据横波和纵波的概念,质点振动方向与波的传播方向垂直者为横波,沿同一直线者为纵波,并不是上下振动与水平振动的区别,所以A、B错误,C正确;质点沿水平方向振动,波沿水平方向传播,并不能说明是沿同一直线,故D错误。学以致用·随堂检测全达标123451.(波的形成)(2024江苏盐城高二月考)沿绳传播的一列横波,当波源突然停止振动时(设绳无限长,且波传播过程无能量损失)(

)A.绳上各质点同时停止振动,波同时消失B.离波源较近的质点先停止振动,直到所有质点全部停止振动C.离波源较远的质点先停止振动,直到所有质点全部停止振动D.前一质点的振动带动相邻后一质点振动,这种振动将由近及远向前传播,不会停止D解析

当波源振动时,通过介质将波源的振动形式传递出去的同时,将能量也传递出去了。当波源停止振动后,传出去的能量不会消失,当没有其他阻力时,这种波的形式和能量继续存在并将继续传递下去,故A、B、C错误,D正确。12345123452.(波的形成)(多选)(2024浙江宁波高二月考)沿水平方向的介质中的部分质点如图所示,相邻质点间距离相等,其中0处为波源,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,经过,质点1开始振动,则下列关于各质点的振动和介质中的波的说法正确的是(

)A.介质中所有点的起振方向都是竖直向下的,但图中9点起振最晚B.图中所画的质点起振时间都是相同的,起振的位置和起振方向是不相同的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的时间比质点7通过相同位置落后D.只要图中所有的质点都已振动了,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次全振动,则质点9发生的就是第98次全振动ACD12345解析

根据波的产生和传播过程可知,传播过程中各质点的振动都是重复波源的振动,所以所有质点的起振方向都相同,为竖直向下,但从时间上来说,起振依次落后

的时间,所以A、C正确,B错误;由于质点9比质点1晚起振两个周期,所以当所有质点都起振后,质点1与质点9步调完全一致,只是质点9在振动总时间上永远晚2T,所以D正确。123453.(横波和纵波)(多选)(2024北京海淀高二月考)下列有关横波与纵波的说法正确的是(

)A.沿水平方向传播的波为横波B.纵波可以在固态、液态、气态介质中传播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BD解析

质点振动方向与波传播方向相互垂直的波叫横波,A错误;纵波可在固体、液体和