波的形成高二物理素养提升学案(人教版2019选择性)

发声体振动时在空气中产生的声波是纵波，声波不仅能在空气中传播，也能在固体、液体中传播。

3. 横波和纵波的分类依据是：波的传播方向和质点振动方向的关系。

【特别提醒】
（1）横波中质点的振动方向和波的传播方向垂直。

（2）纵波中质点围绕平衡位置在波动传播方向上做简谐运动，质点不随波向前迁
移。

（×）
（3）横波、纵波在固体、液体、气体中都能传播。

知识点三机械波
1.介质：波借以传播的物质。

2.机械波的形成：机械振动在介质中传播，形成机械波。

（1）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。

（2）介质中本来静止的质点，随着波的传来而发生振动，可见波是传递能量的一种方式。

（3）我们能用语言进行交流，说明波可以传递信息。

【特别提醒】
（1）振源做简谐运动形成的波，称为机械波。

（2）机械波向右传播时，右方的质点比左方的质点迟一些振动。

（3）机械波的传播过程也是能量的传递过程。

【考点探究】
考点1波的形成和传播
如图所示，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。

（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？
【特别提醒】在现实生活中，绳上波为横波，声波为纵波，有些机械波既有横波，也有
【命题角度1】横波与纵波
【典例2】
2．有关纵波与横波，下列说法正确的是（）
A．振源上下振动形成的波是横波
B．振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，这类波一定是纵波
【答案】C
【详解】A．物理学中把质点的振动方向与波的传播方向垂直的波，称作横波，若波向下传播，振源上下振动，形成的波与振动的方向在同一条直线上，该波是纵波，故A 错误；
B．振源水平振动形成的波不一定是纵波，振源水平振动若与波的传播方向垂直，形成的波是横波，故B错误；
C．波沿水平方向传播质点上下振动，质点振动的方向与波传播的方向垂直，这类波是横波，故C正确；
D．如果在水平面内有两个相互垂直的方向，质点沿水平方向振动，波沿水平方向传播，振源水平振动若与波的传播方向垂直，形成的波是横波，故D错误。

故选C。

【点睛】本题关键能知道横波与纵波的概念，能知道区别横波与纵波的关键是看质点的振动方向与波的传播方向之间的关系，而不是看水平方向或竖直方向。

【命题角度2】振动与波动关系应用
【典例3】
3．一列横波沿绳子向右传播，传播过程无能量损失，某时刻绳子形成如图所示的凹凸形状，对此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点，下列说法正确的是（）
A．它们的振幅相同
B．质点D和F的速度方向相同
C．从此时算起，质点B比C先回到平衡位置
D．从此时算起，质点E比F先到达波峰
【答案】ACD
【详解】A．波源振动时，绳上各质点通过相互间的弹力作用跟着做受迫振动，不考虑传播中的能量损耗时，各质点的振幅均相同，A正确；
B．波传播时，离波源远的质点的振动落后于离波源近的质点的振动，并跟随着离波源近的质点振动。

由题图可知，波源在左端，因此，质点D跟随离波源近的质点C正向
上运动，质点F跟随离波源近的质点E正向下运动，两者速度方向相反，B错误；CD．由于此时B、C两质点都向上运动，B比C先到最大位移处，故B比C先回到平
衡位置，质点E比F先到达波峰，C D正确；
故选ACD。

思路点拨：分析质点振动方向可用“带动看齐”的思路：在波的传播中，靠近波源的质点带动后面的质点运动，离波源远的质点追随离波源近的质点振动。

【方法归纳】
质点振动方向的判断方法
（1）质点带动法
在波的传播中，靠近波源的质点带动后面的质点运动，离波源远的质点追随离波源近的质点。

用“质点带动法”的思路可分析各个质点的振动方向。

方法：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P向下运动，如图所示。

沿着波的传播方向看，即有“下坡上振，上坡下振”。

甲乙
（2）波形微平移法
作出经微小时间Δt后的波形，就知道了各质点经过Δt时间后到达的位置，运动方向也就知道了，如图所示。

（3）同侧法
在波的图像上的某一点，沿竖直方向画出一个箭头表示质点运动方向，并在同一点沿水平方向画出一个箭头表示波的传播方向，那么这两个箭头总是在曲线的同侧（如图所示）。

由波的传播方向判断质点的运动方向，可以用以上介绍的方法。

如果已知质点的运动方向判断波的传播方向，也可以用上面所介绍的方法。

除以上介绍的三种方法外，还有其他方法用来判断质点的运动方向，基本道理是相同的，同学们自己也可以总结一下规律。

同时也要注意在最大位移处的质点，在此时刻速度为零。

【同步训练】
4．关于机械波的形成和传播，下列说法中正确的是()．
A．机械波只能在介质中传播，波源周围如果没有介质，就不能形成机械波
B．离波源较近的质点总比离波源较远的质点振动得迟一些
C．离波源较近的质点总比离波源较远的质点振动得早一些
D．一旦波源振动起来，介质中的各个质点也就立刻振动起来
【答案】AC
【详解】机械波形成的条件是有波源和介质，两者缺一不可；机械波的形成可表述为离波源近的质点带动离波源远的质点，故离波源近的质点振动的早一些，AC正确BD错误．
故选AC。

（2023学业水平等级考试上海卷）
5．有一列沿x轴正方向传播的简谐机械波，t=0时的波形图如图所示，则t=8T时在C、D之间的波形图为（）
A．B．
C．D．
【答案】C
【详解】从t=0时的波形图可知，波长λ=0.5m，经过8T，需要将沿x轴正方向平移8个波长即4m，所以则t=8T时在C、D之间的波形图为C。

故选C。

（2022新高考福建卷）
6．艺术体操运动员站在场地中以一定频率上下抖动6m长绸带的一端，绸带自左向右呈现波浪状起伏。

某时刻绸带形状如图所示（符合正弦函数特征），此时绸带上P点运动方向（填“向上”“向下”“向左”或“向右”）。

保持抖动幅度不变，如果要在该绸带上产生更加密集的波浪状起伏效果，运动员上下抖动的频率应（填“增大”“减小”或“保持不变”）。

【答案】向上增大
【详解】[1]从图中可知绸带上形成的波是自左向右传播的，根据波形平移法，可判断绸带上P点运动方向向上；
[2]绸带上产生更加密集的波浪状起伏效果，说明波长变小，而同种介质中同类型波的传播波速是不变的，根据
可知运动员上下抖动的周期变短、频率增大。

7．一列横波某时刻的波形如图所示，则关于质点A在此时刻的受力情况，下列说法正确的是（）
A．如果波向右传播，则质点A受到向上的作用力
B．如果波向右传播，则质点A受到向下的作用力
C．如果波向左传播，则质点A受到向上的作用力
D．如果波向左传播，则质点A受到向下的作用力
【答案】BD
【详解】波在介质中传播的过程中任何质点都参与波的传播，都会振动，振动需要回复力，质点A所受的回复力总是指向平衡位置，所以题图中A受到的力向下，与波的传播方向无关。

故选BD。

8．据某校地震测报组消息：1999年9月21日凌晨，台湾南投地区发生了7.6级大地震，它是由台湾中部大茅—双冬及车笼埔两块断层受到挤压，造成剧烈上升及平行移位而形成。

已知地震波分三种：横波（S波），波速v S=4.5 km/s；纵波（P波），波速v P=9.9 km/s；面波（L波），v L<v S。

面波在浅源地震中破坏力最大。

问题：
（1）位于震源上方的南投地区某中学地震测报组有单摆A与竖直弹簧振子B（如图甲所示），地震发生时最先明显振动的是（选填“A”或“B”）。

（2）台中市地震观测台记录到的地震曲线如图乙所示，由图可知三种波形各对应的地震波类型：a为波，b为波，c为波。

（均选填“S”“P”或“L”）（3）若在地震曲线图上测得P波与S波的时间差为7.6 s，则地震台距震源约为
km。

【答案】 B P S L
【详解】（1）[1]由题知纵波的速度最快，所以纵波最先到达，在甲图中地震发生时最先剧烈振动的是B。

（2）[2][3][4]由题可知，纵波的速度最快，横波次之，面波速度最小，最先到达的是纵波，最后到达的是面波。

所以a为P波，b为S波，c为L波。

（3）[5]若在地震曲线图上测得P波与S波的时间差为7.6 s，则有
解得地震台距震源的距离
x=62.7 km
【课堂总结】
回归本节知识，自我完成以下问题：
1.机械波的形成条件是什么？
提示：振源和介质。

2.机械波根据振动方向和传播方向的关系可分哪几类？
提示：两类，即横波和纵波。

3.在波的传播过程中，波传播的是什么？
提示：振动形式和能量。

【知识拓展】
超声波的应用与发展
以超声为工具，来检验、测量或控制各种非声学量及其变化的超声检测和控制技术已得到广泛的应用。

用超声波易于获得指向性极好的定向声束，加上超声波能在不透光材料中传播，因此它已广泛地用于各种材料的无损探伤、测厚、测距、医学诊断和成像等。

当前，超声检测这方面的新研究和新应用仍在不断地出现，例如声发射技术和超声全息等。

超声处理是通过超声对物质的作用来改变或加速改变物质的某些物理、化学、生物特性或状态的技术。

由于使用适当的换能器可产生大功率的超声波，而通过聚焦、增幅杆等方法，还可获得高声强的超声，加上液体中的空化现象，使得利用超声进行加工、清洗、焊接、乳化、粉碎、脱气、促进化学反应、医疗以及种子处理等，已经广泛地应用于工业、农业、医学卫生等各个领域，并还在继续发展。

但很多应用机理至今尚未搞清，有待深入研究。

问题
1.超声波是机械波吗？超声波的传播需要介质吗？
提示：是，需要介质。

2.超声波能传播能量和信息吗？
提示：能。