人教版(新教材)高中物理选择性必修1学案4：3 1 波的形成

人教版（新教材）高中物理选择性必修第一册PAGEPAGE13.1波的形成〖学习目标〗1.理解机械波的形成过程和产生条件，知道机械波的种类，明确机械波传播的特点。2.通过对波的认识和理解，逐步提高空间想象能力。〖自主学习〗一、波的形成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。这样依次带动下去，绳端这种上下振动的状态就沿绳子传出去了，整体上形成了凹凸相间的波形。二、横波和纵波质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波，叫作横波。在横波中，凸起的最高处叫作波峰，凹下的最低处叫作波谷。质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波，叫作纵波。在纵波中，质点分布最密的位置叫作密部，质点分布最疏的位置叫作疏部。思考：（1）取一条较长的软绳，连续向上、向下抖动长绳，可以看到一列波产生和传播的情形，你能不能描述一下波的形成过程？(注意体会“带动”“迟”的含义)（2）在水面上投一石块形成水波，则水面上的树叶能否随水波漂浮到远处？（3）振动和波的关系是什么？有振动是否一定有机械波？（4）机械波形成后，若波源停止振动，机械波会立即消失吗？（5）当地震发生时，地震波在地球内部和地表传播，有时使人感到左右摇晃，有时感到上下颠簸，由此可见地震波是什么波？（6）声波是横波还是纵波？名师点拨1.机械振动在介质中传播，形成机械波。2.机械波的产生条件（1）要有波源。（2）要有传播振动的介质。3.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和能量。〖课堂探究〗一、波的形成探究1：如图所示是生活中常见的几种波动现象，这些波动现象是如何形成的呢？总结归纳1.机械波的形成与传播2.波动过程中各质点的运动特点(1)先振动的质点带动后振动的质点；后振动的质点重复前面质点的振动；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”。(2)各质点只在各自的平衡位置附近做往复运动，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。(3)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。例1(多选)如图所示，沿水平方向的介质中的部分质点，每相邻两质点的距离相等，其中O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T4质点1开始振动，则下列说法中正确的是A.介质中所有质点的起振方向都是竖直向下的，但图中质点9起振最晚B.图中所画出的质点起振时间都是相同的，起振的位置和起振的方向是不同的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处的时间总是比质点7通过相同的位置时落后TD.只要图中所有质点都已振动了，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次振动，则质点9发生的就是第98次振动二、横波和纵波探究2：以上两种波动中，各质点振动方向与波的传播方向有什么关系？归纳总结1.横波和纵波的比较名称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名称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例2(多选)横波和纵波的区别是()A.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相同或相反B.纵波不能在空气中传播C.横波形成波峰和波谷，纵波形成疏部和密部D.横波中质点的振动方向与波的传播方向在同一条直线上，纵波中质点的振动方向与波的传播方向垂直规律总结(1)横波中，质点的振动方向在与波的传播方向垂直的平面内。(2)纵波中，质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上，有时同向,有时反向。(3)机械波中的横波只能在固体介质中传播，机械波中的纵波在固体、液体、气体介质中均能传播。三、波的传播方向与质点在该时刻的振动方向的互判若已知波的传播方向，可确定各质点在该时刻的振动方向，并判断位移、加速度、速度、动能的变化。反过来，若已知某质点的振动方向，也可以判断波的传播方向。常用方法：①上、下坡法沿波的传播方向看，“上坡”的点向下运动，“下坡”的点向上运动，简称“上坡下，下坡上”，如图所示。②带动法原理：先振动的质点带动邻近的后振动的质点。方法：如图所示，在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点P'，若P'在P上方，则P向上运动，若P'在P下方，则③微平移法原理：波向前传播，波形也向前平移。方法：作出经微小时间Δt后的波形，如图中虚线所示，就知道了各质点经过Δt时间到达的位置，此刻质点振动方向也就知道了，图中P④同侧法质点的振动方向与波的传播方向在波的图像的同一侧，如图所示，若波向右传播，则P向下运动。〖随堂演练〗例3如图所示为一横波在某一时刻的波形图，已知此时质点A正向上运动，如图中箭头所示，由此可判断此横波()A.向右传播，且此时质点B正减速运动 B.向右传播，且此时质点C位移正增大C.向左传播，且此时质点D加速度正减小 D.向左传播，且此时质点E势能正减小〖课堂达标〗1.在平静的湖面上漂着一块小木条，现向湖中央扔一石子，圆形波纹一圈圈地向外传播，当波传播到小木条处时，小木条将()A.随波纹漂向湖岸 B.不动 C.向波源处漂动 D.在原来位置上下振动2.《枫桥夜泊》中有名句：“姑苏城外寒山寺，夜半钟声到客船。”其中，当钟声传到客船时，对大钟的撞击早已停止了，但仍感觉“余音未绝”，分析其原因可能是()A.大钟的回声 B.大钟在继续振动，空气中继续形成声波C.人的听觉发生“暂留” D.大钟虽停止振动，但空气仍在振动3.一列横波正沿水平方向由西向东传播，则下列说法中正确的是()A.波中的各个质点都在由西向东运动 B.波中的各个质点一定沿水平方向振动C.波中的各个质点一定沿竖直方向振动 D.以上说法都错误4.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，如图所示。地震中，假定震源在地震仪下方，观察到两振子相差5s开始振动，则下列说法正确的是()A.P先开始振动，震源距地震仪约36km B.P先开始振动，震源距地震仪约C.H先开始振动，震源距地震仪约36km D.H先开始振动，震源距地震仪约5.如图所示为波源开始振动后经过一个周期的波形图，设介质中质点振动周期为T，下列说法正确的是()A.若M质点为波源，则M质点开始振动时方向向下B.若M质点为波源，则P质点已经振动了3C.若N质点为波源，则P质点已经振动了3D.若N质点为波源，则该时刻P质点动能最大

▁▃▅▇█参*考*答*案█▇▅▃▁〖自主学习〗思考：（1）〖提*示〗①将绳分成许多小段，每一段都可以看成质点。②相邻质点间有相互作用，当振源质点振动时，会带动相邻质点振动。这一质点又会带动下一质点振动。③后面质点的运动重复前面质点的运动。④后面质点的运动滞后前面质点的运动，同一时刻，各质点离开平衡位置的位移是不同的，从而整体上形成凹凸相间的波形。（2）不能。水波在传播时，介质不随波迁移。（3）波源和介质是形成机械波的必要条件，二者缺一不可，有振动不一定有机械波，有机械波一定有振动。（4）不会。波源停止振动后，机械波传递的能量并不会立即消失，因此机械波不会立即消失。（5）地震震源往往在地下某个地方，地震发生时，人感到上下颠簸是因为有纵波，感到左右摇晃是因为有横波，所以，地震波既含有纵波成分又含有横波成分。另外，横波振幅比纵波大，破坏力大，所以横波的水平晃动力是造成建筑物损坏的主要原因。（6）声波是横波还是纵波，不是由声源决定的，而是由它传播的介质决定的，在空气中声音以纵波的形式传播，在固体中纵波、横波共存。空气之所以能传播纵波，是因为声源振动→周围空气疏、密度发生变化→传播至耳膜，耳膜振动，然后人就听到了声音。〖课堂探究〗探究1：以彩带为例，运动员手持细棒抖动彩带的一端，彩带像波浪般翻卷，是因为彩带一端振动，带动彩带上相邻部分振动，依次逐渐引起整个彩带振动。例1〖答案〗ACD〖解析〗介质中所有质点的起振方向均与波源相同，都是竖直向下的，由题图可知，质点9是图中距波源最远的点，尽管与波源起振方向相同，但起振时刻最晚，故A正确，B错误；质点7与质点8比较，质点7在质点8的前面，两质点的振动步调相差T4，故C正确；质点9比质点1晚2T起振，一旦质点9起振后，质点1、9的振动步调就完全一致，且质点9的振动次数比质点1少两次，故D探究2：团体操形成的波中，质点的振动方向与波的传播方向相互垂直；在轻弹簧形成的波中，质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上。例2〖答案〗AC〖解析〗物理学中把质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波称为横波，把质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波称为纵波，对于纵波，质点的振动方向与波的传播方向可能相同，也可能相反，A正确，D错误；声波是纵波，能在空气中传播，B错误；横波形成波峰和波谷，纵波形成疏部和密部，C正确。例3〖答案〗C〖解析〗由题意，此时质点A正向上运动，波形将向左平移，所以此横波向左传播，此时质点B、C的振动方向向下，D、E振动方向向上，B向平衡位置运动，速度增大，C向波谷运动，位移增大，D向平衡位置运动，加速度减小，E向波峰运动，位移增大，势能增大，故C正确，A、B、D错误。〖课堂达标〗1.〖答案〗D〖解析〗介质中有机械波传播时，介质本身并不随波一起传播，介质质点只在自己的平衡位置附近振动，向外传播的只是振动形式和能量，生活中的水面上的一些漂浮物会沿波向外移动，是因为外界另外一些因素的干扰，如风的吹动等，故D正确。2.〖答案〗B〖解析〗停止对大钟的撞击后，大钟做阻尼振动，仍在空气中形成声波；随着能量的减弱，钟声逐渐消失。3.〖答案〗D〖解析〗横波中质点的振动方向和传播方向垂直，各质点只是在其平衡位置附近做往复运动，并不随波迁移，而对于一列横波来说，其各个质点可以在与传播方向垂直的平面内的任何方向振动，A、B、C错误，D正确。4.〖答案〗A〖解析〗纵波的速度快，纵波