高二物理课件 12.1 波的形成和传播 （人教版选修3-4）

\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n一、波的形成及特点\n1.机械波的形成\n2.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:各质点振动的周期均与波源的振动周期相同.(3)步调:离波源越远,质点振动越滞后.(4)立场:各质点只在各自的平衡位置振动,并不随波迁移.(5)机械波向前传播的是振动这种运动形式,同时也传递能量和信息.\n(1)波源和介质是形成机械波的必需条件，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.(2)机械波在介质中传播时，介质中的各点不随波向前迁移，只在各自平衡位置附近做往复振动.\n【典例1】如图所示,是某绳波形成过程的示意图.质点1在外力作用下沿垂直直线方向做简谐运动,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=时,1到达最上方,5开始向上运动.问:\n(1)t=时,质点8、12、16的运动状态(是否运动、运动方向)如何?(2)t=时,质点8、12、16的运动状态如何?【解题指导】(1)波的形成和传播过程中，前一质点带动后一质点振动，后一质点重复前一质点的振动规律.(2)各质点的振动规律相同，只是振动的先后不同.\n【标准解答】各质点在各时刻的情况.如图所示.(1)由甲图可知,t=时,质点8未达到波峰,正在向上振动,质点12、16未振动.(2)由乙图可知,t=时,质点8正在向下振动,质点12向上振动,质点16未振动.\n【规律方法】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,即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;后面振动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”.\n【互动探究】t=T时,质点8、12、16的运动状态如何?【解析】由图可知,t=T时,质点8、12正在向下振动,质点16向上振动.\n【变式备选】关于机械波的形成，下列说法中正确的是()A.物体做机械振动，一定产生机械波B.后振动的质点总是跟着先振动的质点重复振动，只是时间落后一步C.参与振动的质点都有相同的频率D.机械波是质点随波迁移，也是振动能量的传递\n【解析】选B、C.机械波的形成必须具备的两个条件：振源和介质.只有物体做机械振动，而其周围没有传播这种振动的介质，远处的质点不可能振动起来形成机械波，故A错误.任何一个振动的质点都是一个波源，从而带动它周围的质点振动，将振动传播开来，所以后一质点总是落后，故B、C正确.形成机械波的各个质点，只是在平衡位置附近往复运动，并没有随波迁移，但离振源远处的质点振动的能量，却是通过各质点的传递从振源获得的，故D错误.\n二、横波和纵波的区别\n\n(1)绳波和声波分别是典型的横波和纵波，水波是比较复杂的机械波，不是横波.(2)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.\n【典例2】下列关于横波、纵波的说法正确的是()A.凸凹相间的波叫横波，凸起的最高处叫波峰，凹下的最低处叫波谷B.质点振动方向和波的传播方向在同一直线上的波叫横波C.纵波的波形是疏密相间的，质点分布最密的部分叫密部，分布最疏的地方叫疏部D.质点的振动方向和波的传播方向在同一直线上的波叫纵波\n【解题指导】(1)明确横波和纵波各自的特点；(2)深刻理解质点振动方向与波的传播方向的关系.在横波中二者“相互垂直”的含义，在纵波中二者“在同一直线上”的含义.\n【标准解答】选A、C、D.横波具有波峰和波谷，A正确；振动的方向与传播的方向垂直的波为横波，振动的方向与传播的方向在同一直线上的波为纵波，B错误，D正确；纵波有疏部和密部，C正确；故选项A、C、D正确.\n【变式训练】区分横波和纵波的依据是()A.质点沿水平方向还是沿竖直方向振动B.波沿水平方向还是沿竖直方向传播C.质点的振动方向和波的传播方向是相互垂直还是在一条直线上D.波传播距离的远近\n【解析】选C.本题考查的是横波与纵波的分类标准，初学者受教材中事例(如绳波，弹簧纵波)的影响，容易认为横波中质点振动方向在竖直方向上，纵波中质点振动方向在水平方向上.如果取一根弹簧竖直放置，下端固定，手持上端上下振动，就可以形成一列纵波向下传播，此时介质质点在竖直方向上振动.横波与纵波在教材中惟一一个分类的标准是看质点振动方向和波传播方向的关系，若互相垂直，为横波，若在一条直线上，为纵波，因此只有选项C正确.\n三、振动和波动的比较\n\n(1)振动是波的起因，波是振动的传播；(2)振动是单个质点在其平衡位置附近做往复运动的“个体行为”；波动则是大量彼此相连的质点将波源的振动在空间传播的“群体行为”.\n【典例3】关于振动和波的关系，下列说法中正确的是()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【解题指导】(1)明确波动和振动的区别和联系；(2)利用振动和波动的特点进行分析.\n【标准解答】选A、B.机械波的产生条件是有波源和介质，由于介质中的质点依次带动由近及远传播而形成波，所以选项A、B正确；波的传播速度是波形由波源向外伸展的速度，在均匀介质中其速度大小不变；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；介质中一旦形成了波，介质中的质点就会将振动这种运动形式由近及远的向外传播，当波源停止振动时，介质中已经振动起来的质点还在振动，所以波将继续传播，选项D错误.\n【变式训练】关于振动和波的关系，下列说法正确的是()A.有机械波必有机械振动B.有机械振动必有机械波C.离波源远的质点振动得慢D.波源停振时，介质中的波立即停止\n【解析】选A.一个质点的振动会带动邻近质点的振动，使振动这种运动形式向外传播出去而形成机械波，在缺少介质的情况下，波动现象无法发生，故A对B错.波动形成以后，各质点的振动都先后重复波源的振动，故各质点的振动周期是一样的，即离波源远的质点振动快慢与离波源近的质点以及波源质点振动的快慢相同，C错.大量质点的振动所形成的波动不会因波源的停振而立即停止，因为能量不会无缘无故地立刻消失，故D错.\n【典例】科学探测表明，月球表面无大气层，也没有水，更没有任何生命存在的痕迹.在月球上，两宇航员面对面讲话也无法听到，这是因为()A.月球太冷，声音传播太慢B.月球上没有空气，声音无法传播C.宇航员不适应月球，声音太轻D.月球上太嘈杂，声音听不清楚\n【解题指导】(1)知道机械波的形成条件是波源的振动和介质，二者缺一不可.(2)应明确声音是机械波.【标准解答】选B.两宇航员面对面讲话却无法听到，说明声波有振源却传播不出去，即缺乏声波传播的另一条件介质，故B选项正确.\n一、选择题1.机械波传播的是()A.介质中的质点B.质点的运动形式C.能量D.信息【解析】选B、C、D.机械波是振动在介质中向外传播，质点不随波的传播而迁移，只是向外传播信息和能量，故选项B、C、D正确.\n2.关于振动和波的关系，下列说法正确的是()A.如果波源停止振动，在介质中传播的波也立即停止B.发声体在振动时，一定会产生声波C.波动的过程是介质质点由近及远的传播过程D.波动的过程是质点的振动形式及能量由近及远的传播过程【解析】选D.波源停止振动，介质中的质点仍然在振动，所以波仍继续传播，选项A错误；产生波的条件必须有介质，选项B错误；在振动过程中质点不随波的传播而迁移，只是向外传播信息和能量，选项C错误，选项D正确.\n3.如图是一列沿着绳向右传播的绳波波形，此时波刚传到B点，由图可判断波源A点开始的振动方向是()A.向左B.向右C.向下D.向上【解析】选D.由于波刚刚传到B点，所以B点此时的振动方向就是波源的起振方向，由图根据波的传播与质点振动的关系可以知道，B质点此时正向上振动，所以波源A质点刚开始的振动方向向上，选项D正确.\n4.(2011·龙岩高二检测)下列关于横波与纵波的说法中,正确的是()A.声波一定是纵波B.水波一定是横波C.地震波既有横波,也有纵波D.纵波中的质点要随波迁移,横波中的质点不随波迁移\n【解析】选C.声波可以在空气中传播,也可以在液体和固体中传播,空气中的声波一定是纵波,而液体、固体中的声波既可能是纵波,也可能是横波,故A错;水波既不是横波,也不是纵波,它的运动形式比较复杂,故B错;地震波既有横波,也有纵波,故发生地震时,地面既有上下振动,也有左右振动,C正确;无论是横波,还是纵波,介质中的质点都不随波发生迁移,故D错.\n5.在平静的湖面上漂着一块小木条，现向湖中央扔一石子，圆形波纹一圈圈的向外传播，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【解析】选D.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.\n6.一列机械波由波源向周围传播开去，则()A.介质中各质点由近及远地传播开去B.波源的振动形式由近及远地传播开去C.介质中各质点只是振动而没有迁移D.介质中各质点振动的能量由近及远地传播开去【解析】选B、C、D.机械波向外传播，传播出去的是振动的形式、携带出去的是能量和信息，质点不随波的传播而迁移，故选项B、C、D正确.\n7.在敲响古刹里的大钟时,有的同学发现,停止对大钟的撞击后,大钟仍“余音未绝”,分析其原因是()A.大钟的回声B.大钟在继续振动C.人的听觉发生“暂留”的缘故D.大钟虽停止振动,但空气仍在振动【解析】选B.停止对大钟的撞击后,大钟的振动不会立即停止,振动的能量不会凭空消失,它会再振动一段时间然后因为阻尼而停止,因此还会在空气中形成声波,这就是余音未绝的原因,所以选项B正确.\n8.一列横波在某时刻的波形图象如图所示，此时质点F的运动方向向下，则下列说法正确的是()A.波水平向右传播B.质点H与质点F的运动方向相同C.质点C比质点B先回到平衡位置D.此时刻质点C的加速度为零\n【解析】选C.由于质点F要追随和它邻近的并且离波源稍近的质点运动，又知道质点F的运动方向是向下的，则与它邻近的离波源稍近的质点的位置应在它的下方，对照图象可以判定出波源在质点F的右方，故波是向左传播的，所以选项A是错误的.与质点H邻近的并且离波源稍近的质点I的位置在质点H的上方，则质点H的运动方向是向上的，所以选项B也是错误的.用同样的方法可以判断出质点C要向下运动直接回到平衡位置，而质点B则先向上运动到达最大位移处后再返回平衡位置，这样质点C要比质点B先回到平衡位置，故选项C是正确的.质点C此时处在最大位移处，其加速度最大，所以选项D是错误的.\n二、非选择题9.2011年3月11日,日本福岛发生了里氏9.0级大地震，已知地震中的纵波和横波在地表附近的传播速度分别是9.1km/s和3.7km/s，在某地的观测站中，记录了纵波和横波到达该地的时间差为5.4s.(1)求这个观测站距震中的距离.(2)观测站首先观察到的是上下振动还是左右摇晃？\n【解析】根据纵、横波传到观测站的时间差，=5.4s,求出s=33.67km,先传到的是纵波，所以是左右晃动.答案：(1)33.67km(2)先传到的是纵波，所以是左右摇晃\n10.图a中有一条均匀的绳,1、2、3、4、…是绳上一系列等间隔的点.现有一列简谐横波沿此绳传播.某时刻,绳上9、10、11、12四点的位置和运动方向如图b所示(其他点的运动情况未画出),其中点12的位移为零,向上运动,点9的位移达到最大值.试在图c中画出再经过周期时点3、4、5、6的位置和速度方向,其他点不必画.(图c的横、纵坐标与图a、b完全相同)\n\n【解析】如图所示.根据横波的形成原理,由题中给出9、10、11、12四点的位置和运动方向,可画出其他各点此时的运动方向,即可找到再过T各个质点的位置和运动方向,如图中虚线所示.\n【方法技巧】质点振动方向的判定方法在波的传播过程中,判定质点振动方向的方法有很多,但深刻理解波的产生和传播过程是解决此类问题的关键,具体要点是:1.形成机械波的各质点都做受迫振动,必须受到周围质点对它的作用,必具有相同的振动频率——振源振动频率.2.振源的振动使其周围质点依次振动,之所以能依次振动下去,就依靠了相邻质点间的相互作用力;沿波的传播方向,后一质点的振动必滞后于前一质点的振动;质点只在平衡位置附近振动,并不随波迁移.明确波的形成条件及传播特点是解答波动问题的基础.\n3.要确定波的传播过程中某质点的振动方向,关键是理解清楚波的形成原因,掌握波的传播过程.从波的形成原因入手,利用“带动看齐”法是判断质点振动方向的有效方法之一.\nThankyou!\n励志名言形成天才的决定因素应该是勤奋\n安全小贴上课间活动注意安全