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)质点的振动位置不断转换即形成波．(×)(2)在绳波的形成和传播中，所有质点的运动是近似的匀速直线运动．(×)(3)在绳波的形成和传播中，所有质点同时运动，同时停止运动．(×)(4)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．(√)(5)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．(×)(6)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)振幅：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)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．(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．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，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.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)t＝eq\f(3T,4)时，质点6、10、14的运动状态如何？〖答案〗见〖解析〗〖解析〗各质点在各时刻的情况，如图所示：(1)由甲图可知，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)由乙图可知，t＝eq\f(3T,4)时，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．概括起来就是“带动、重复、落后”．针对训练1(多选)下列关于机械波的说法正确的是()A．波传播过程中，质点也随着波移动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的后一质点的振动，后一质点的振动必定落后于前一质点的振动D．离波源越远，质点的振动频率越小〖答案〗BC命题角度2振动和波的关系(多选)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4所示：图4(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(1)水面波的认识方面：水波既不是横波也不是纵波，它属于比较复杂的机械波．(2)纵波的认识方面：在纵波中各质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上，而不是方向相同．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条直线上，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，故空气中只能传播纵波，故选项D正确．三、质点的振动方向和起振方向的判定1．质点的起振方向质点的起振方向是指质点刚开始振动的方向，由于介质中的质点都重复波源的振动，所以介质中的所有质点的起振方向都与波源开始振动的方向相同．2．质点的振动方向质点的振动方向是指某时刻质点的运动方向，可利用“带动法”判定：(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5所示．图5一列横波沿绳子向右传播，某时刻绳子形成如图6所示的形状，对此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点说法正确的是()图6A．质点B向右运动B．质点D和质点F的速度方向相同C．质点A和质点C的速度方向相同D．从此时算起，质点B比质点C先回到平衡位置〖答案〗D〖解析〗波传播时，离波源远的质点的振动落后于离波近的质点的振动，并跟随着近的质点振动，D跟随C向上运动，F跟随E向下运动．同理，A向下运动，C向上运动，由此可知选项B、C错误；由于此时B和C都向上运动，所以B比C先到达最大位移处，并先回到平衡位置，选项A错误，D正确．针对训练2(多选)如图7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7A．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8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8A．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的速度方向向上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；振源的振动使质点一个被一个带动，且与振源振动形式相同，同时总滞后前一个质点，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)下列关于纵波的说法，正确的是()A．在纵波中，波的传播方向就是波中质点的移动方向B．纵波中质点的振动方向一定与波的传播方向在同一条直线上C．纵波中质点的振动方向一定与波的传播方向垂直D．纵波也有波峰和波谷〖