人教版(新教材)高中物理选择性必修1学案：3 1 波的形成

人教版（新教材）高中物理选择性必修第一册PAGEPAGE11波的形成〖学习目标〗1.知道机械波的产生条件，理解机械波的形成过程.2.知道横波和纵波的概念.3.知道机械波传播的特点．一、波的形成1．波：振动的传播称为波动，简称波．2．波的形成(以绳波为例)(1)一条绳子可以分成一个个小段，这些小段可以看作一个个相连的质点，这些质点之间存在着弹性力的作用．(2)当手握绳端上下振动时，绳端带动相邻的质点，使它也上下振动．这个质点又带动更远一些的质点…绳子上的质点都跟着振动起来，只是后面的质点总比前面的质点迟一些开始振动．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与波的传播方向在同一直线上的波(1)密部：质点分布最密的位置(2)疏部：质点分布最疏的位置三、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质点的振动．2．机械波机械振动在介质中传播，形成了机械波．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，它传播的只是振动这种运动形式．(2)波是传递能量的一种方式．(3)波可以传递信息．1．判断下列说法的正误．(1)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．(×)(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)波的形成过程中，前面的质点带动后面的质点振动，后面的质点重复前面质点的振动．(√)(4)质点沿水平方向振动，波沿水平方向传播，这样的波一定是横波．(×)(5)介质中有机械波传播时，介质本身也随波一起传播．(×)2.绳波在某时刻的形状如图1所示，若O是波源，则此刻A点的振动方向________，若O′是波源，则此刻A点的振动方向________．(选填“向上”或“向下”)图1〖答案〗向上向下一、波的形成及特点导学探究如图2所示，手拿绳的一端，上下振动一次，使绳上形成一个凸起状态，随后形成一个凹落状态，可以看到，这个凸起状态和凹落状态在绳上从一端向另一端移动．如果在绳子上某处做一红色标记，观察这一红色标记的运动．图2(1)红色标记有没有随波迁移？(2)当手停止抖动后，绳上的波会立即停止吗？〖答案〗(1)没有，红色标记只在竖直方向上下振动(2)不会，当手停止抖动后，波仍向右传播知识深化1．机械波的形成2．波的特点(1)像绳波这种一维(只在某个方向上传播)机械波，若不计能量损失，各质点的振幅相同．(2)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)离波源越远，质点振动越滞后，但每一个质点的起振方向与波源起振方向相同．(4)机械波向前传播的是振动这种运动形式，各质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波迁移．3．振动和波动的联系(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)波动中各质点振动的性质、频率和振幅与波源相同．命题角度1波的形成如图3所示，是某绳波形成过程的示意图．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．已知t＝0时，质点1开始向上运动，t＝eq\f(T,4)时，1到达最上方，5开始向上运动．问：图3(1)t＝eq\f(T,2)时，质点6、10、14的运动状态(是否运动、运动方向)如何？(2)画出t＝eq\f(3T,4)时的波形图，并说明质点6、10、14的运动状态．〖答案〗见〖解析〗〖解析〗(1)各质点在t＝eq\f(T,2)时的情况如图甲所示：由图甲可知，t＝eq\f(T,2)时，质点6未达到波峰，正在向上运动，质点10、14未运动．(2)t＝eq\f(3,4)T时的波形图如图乙所示，质点6正在向下运动，质点10向上运动，质点14未运动．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)后振动的质点的振动状态落后于先振动的质点的振动状态．概括起来就是“带动、重复、落后”．针对训练1(多选)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4可知，下列说法中正确的是()图4A．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〗AC〖解析〗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；波的传播过程也是能量的传递过程，每个质点均做受迫振动，合外力不为零，故每个质点的机械能并不守恒，D错误．命题角度2振动和波的关系(多选)(2020·湖北襄阳四中月考)关于振动和波的关系，下列说法正确的是()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〖答案〗AB〖解析〗机械波的产生条件是有波源和介质．由于介质中的质点之间相互作用，一个质点的振动带动相邻质点的振动并由近及远传播而形成波，选项A、B正确；波的传播速度是波形由波源向外传播的速度，而质点振动的速度和方向都随时间周期性地发生变化，选项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，不会因波源停止振动而立即停止传播，选项D错误．二、横波和纵波导学探究如图5所示：图5(1)图甲是绳波，其中质点的振动方向与波的传播方向是什么关系？(2)图乙是声波，其中质点的振动方向与波的传播方向是什么关系？〖答案〗(1)相互垂直(2)在同一条直线上知识深化1．横波和纵波的对比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2.注意：水波既不是横波也不是纵波，它属于比较复杂的机械波．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．空气介质中只能传播纵波〖答案〗D〖解析〗横波中质点的振动方向与波的传播方向相互垂直，纵波中质点的振动方向总是与波的传播方向在同一直线上，有时相同，有时相反，故选项A、B错误；无论是横波还是纵波，质点都是在平衡位置附近做往复运动，不会随波迁移，故选项C错误；因为空气介质只能通过压缩而产生相互作用力，故空气介质中只能传播纵波，故选项D正确．三、质点振动方向的判定“带动法”判定质点的振动方向：(1)原理：先振动的质点带动邻近的后振动的质点．(2)方法：在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点P′，P′为先振动的质点，若P′在P上方，则P向上运动，若P′在P下方，则P向下运动，如图6所示．图6如图7所示是一列向右传播的横波，请标出这列波中a、b、c、d、…、h等质点这一时刻的速度方向．图7〖答案〗见〖解析〗图〖解析〗由波的传播特点可知，介质中先振动的质点将带动它后面的质点振动，后面质点的振动是前面质点振动的重复，比较沿波传播方向上相邻的两质点，可知后面质点的振动总是滞后于前面的质点．题图中质点c和g此时在最大位移处，速度为零，无速度方向可言．若以此时最大位移处的c点为参考点，由波的传播方向和传播的特点可知，d点相对于c点为后面的质点，d点的振动滞后于c，要追随c运动到负的最大位移处，所以速度方向向下，e、f依次跟上，速度方向都向下；b的振动超前，已从负的最大位移处回振，所以速度方向向上；a超前b，已回到平衡位置，速度最大也向上；同理以g点为参考点，可知h点速度方向向上．针对训练2(多选)如图8所示，一列绳波沿着绳由左向右传播，A是波源，t时刻，波刚传到B点．下列说法正确的是()图8A．质点C在t时刻的振动方向向下B．质点D的起振方向与A相同C．质点B在t时刻的振动方向向上D．波源A开始振动时振动方向向上〖答案〗BCD1．(波的形成)(2020·临漳一中高二下学期期中)如图9所示为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()图9A．t＝eq\f(T,4)时质点5的运动方向向下B．t＝eq\f(T,2)时质点7的运动方向向上C．t＝eq\f(3T,4)时质点11的运动方向向下D．t＝T时质点17开始向下运动〖答案〗B2．(波的特点)(多选)关于波的形成和特点，下列说法正确的是()A．随着波的传播，介质中各质点都在各自的平衡位置附近振动B．随着波的传播，介质中的各质点也将由近及远地迁移出去C．传播波的过程中相邻各质点间必有相互作用力D．某一横波在介质中沿水平方向传播，介质中的质点必沿竖直方向上下振动〖答案〗AC〖解析〗随着波的传播，介质中各质点都在各自的平衡位置附近来回振动，不随波迁移，故A正确，B错误；波源的振动使质点一个个被带动，且与波源振动形式相同，且总滞后于前一个质点，可知各质点间有力的作用，故C正确；某一横波在介质中沿水平方向传播，介质中的质点的振动方向与波的传播方向垂直，但不一定沿竖直方向，故D错误．3．(横波和纵波)(多选)(2021·山东日照莒县一中高二下月考)关于横波和纵波，下列说法正确的是()A．质点的振动方向和波的传播方向垂直的波叫横波B．质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波叫纵波C．横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部D．地震波是横波，声波是纵波〖答案〗ABC〖解析〗质点的振动方向和波的传播方向垂直的波叫横波，A正确；质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波叫纵波，B正确；横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部，C正确；地震波有横波也有纵波，空气中的声波是纵波，D错误．4．(质点振动方向的判定)一列横波沿绳子向右传播，某时刻绳子形成如图10所示的形状，对此时绳上