【新步步高】2015-2016学年高二物理人教版选修3-4导学案：第十二章 第1讲 波的形成和传播 Word版含答案[www

第1讲波的形成和传播
[目标定位] 1.理解机械波的形成过程和产生条件.2.知道波的种类及横波和纵波的概念.3.明确机械波传播的特点．
一、波的形成和传播
1．波：振动的传播称为波动，简称波．
2．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．
3．波的传播
绳端这种上下振动的状态就沿绳子传出去了．因此说波传播的是振动这种运动形式．
想一想波传播过程中，振动质点也随着波一起传播出去了吗？
答案没有．波在传播过程中质点在其平衡位置上下振动，并没有“随波逐流”．二、横波和纵波
1．横波
(1)定义：质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波．
(2)标识性物理量
①波峰：凸起的最高处．
②波谷：凹下的最低处．
2．纵波
(1)定义：质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波．
(2)标识性物理量
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：波借以传播的物质．
2．机械波：机械振动在介质中传播，形成了机械波．
3．介质中有机械波传播时，介质本身并不随波一起传播，传播的只是振动这种形式．
4．波是传递能量的一种方式．
5．波不但传递能量，而且可以传递信息.
一、波的形成和传播
1．波的形成
传播波的物质，如水、绳、空气等，可以分成许多小部分，每一小部分都可以看作质点．当其中一个质点振动时，由于质点间的相互作用，就带动相邻的质点振动起来，该质点又带动后面的质点振动起来，这样振动的状态就传播出去，形成了机械波．
2．机械波的传播
(1)各质点的振动周期都与波源的振动周期相同．
(2)离波源越远，质点的振动越滞后，但各质点的起振方向与波源起振方向相同．
(3)波传播的只是振动形式，介质中的每个质点只在自己平衡位置附近振动，并不随波迁移．
【例1】下列关于机械波的说法中，正确的是()
A．各质点都在各自的平衡位置附近振动
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
D．各质点随波的传播而迁移
E．离波源越远，质点的振动频率越小
解析振源依靠介质中各相邻质点间的相互作用力使周围的质点依次振动起来，
且后一质点的振动必定落后于前一质点，选项B、C正确；质点只在它们各自的平衡位置附近做受迫振动，它们振动的频率均与波源的频率相同，选项A正确，E错误；波在传播过程各质点不随波迁移，选项D错误．
答案ABC
【例2】如图12－1－1所示，是某绳波形成过程的示意图．质点1在外力作用下沿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＝T
4时，1到达最上
方，5开始向上运动．问：
图12－1－1
(1)t＝T
2时，质点8、12、16的运动状态(是否运动、运动方向)如何？
(2)t＝3T
4时，质点8、12、16的运动状态如何？
解析各质点在各时刻的情况．如题图所示.
(1)由甲图可知，t＝T
2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＝3T
4时，质点8正在向下振动，质点12向上振动，质点16未
振动．
答案见解析
借题发挥根据波的形成特点，先振动的质点带动后面的质点振动，后面质点总是落后于前面质点的振动，每一个质点都在自己的平衡位置附近振动，正确画出各时刻的波形图，可以使问题变得更形象直观．
二、振动与波动的区别与联系
1．区别
(1)研究对象不同
振动是单个质点所表现出的周而复始的运动现象，波动是大量质点表现出的周而复始的运动现象．
(2)运动成因不同
振动是质点由于某种原因离开平衡位置，同时受到指向平衡位置的力——回复力的作用．波动是由于介质中质点受到相邻质点的扰动而随着运动，并将振动形式由近及远传播开去，各质点间存在相互作用的弹力，各个质点受到回复力作用．(3)运动性质不同
质点的振动是变加速运动，在同一介质中波动的传播速度不变．
2．联系
(1)振动是波动的起因，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；
(3)波动的周期等于质点振动的周期，波动和振动都是周期性运动．
【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由近及远传播而形成波，所以选项A和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；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，不会随波源停止振动而停止传播，即波不会停止传播，选项D错误．
答案AB
三、由传播方向确定质点振动方向的方法
带动法：
原理：先振动的质点带动邻近的后振动质点．
方法：在质点P靠近波源一方附近的图象上另找一点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12－1－2所示．
图12－1－2
【例4】一列横波沿绳子向右传播，某时刻绳子形成如图12－1－3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12－1－3
A．它们的振幅相同
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
解析波中各点均做受迫振动，不考虑能量损耗，各质点振幅相同，所以选项A 正确；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 和C 错误；由于此时B 和C 两点都向上运动，C 比B 迟到最大位移处，C 回到平衡位置也比B 较迟，所以，选项
D 正确． 答案 AD
波的形成和传播
1．关于机械波的以下说法中，正确的是( )
A ．发生波动需要两个条件：波源和介质
B ．波动过程是介质质点由近及远移动的过程
C ．波动过程是能量由近及远传递的过程
D ．波源与介质质点的振动都是自由振动
解析 波源(即振源)振动时，依靠介质中的相互作用力带动周围各部分质点振动起来，形成机械波．各质点只在平衡位置附近做振动，并不随波向外迁移，仅把振源的振动和能量传播开来．波源和介质质点之间的相互作用力阻碍波源的振动，是一种阻力，所以波源的振动不可能是自由振动．相邻的介质质点间存在相互作用，故介质质点也不是自由振动．
答案 AC
图12－1－4
2．如图12－1－4所示，沿水平方向的介质中的部分质点，相邻质点间的距离相等，其中O 为波源，设波源的振动周期为T ，自波源通过平衡位置竖直向下振动
开始计时，经过T 4，质点1开始振动，则下列关于各质点的振动和介质中的波的
说法正确的是( )
A ．介质中所有的质点的起振方向都竖直向下，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起振时，通过平衡位
置或最大位移处的时间总是比质点7通过相同位置时落后T 4
D．只要图中所有的质点都已振动了，质点1与质点9的振动步调就完全一致，但如果质点1发生的是第100次振动，则质点9发生的是第98次振动
解析从图中可知，质点9是图中距波源最远的点，尽管与振源起振方向相同，但起振时刻最晚，故选项A正确、选项B错误；质点7与质点8相比较，质点
7是质点8的前质点，7、8质点间的振动步调相差T
4，故选项C正确；质点9与
质点1相距2个波长，质点9比质点1晚2T开始起振，一旦质点9起振后，质点1、9振动步调就完全一致，故选项D正确．
答案ACD
波动与振动的区别与联系
3．下列有关机械振动和机械波的说法中正确的是()
A．某物体做机械振动，它周围的介质中就一定产生机械波
B．波源停止振动后，已形成的机械波仍能在介质中继续传播
C．机械波传播的只是机械振动的形式和能量，参与波动的质点并不随波迁移D．振动是变速的，波动是匀速的
解析机械振动在介质中的传播形成机械波，选项A正确；由于机械波已在介质中形成，当波源停止振动，已振动的质点又形成新的波源，使机械波仍在介质中传播，选项B正确；由机械波的传播特点可知，选项C正确；波只有在同种均匀介质中才会匀速传播，选项D错误．
答案ABC
由波的传播方向确定质点振动方向
4．如图12－1－5所示是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12－1－5 A．质点6开始振动时的运动方向向下
B．t＝T
2时质点6的速度方向向下
C．t＝3T
4时质点10的运动方向向上
D．t＝T时质点16开始运动
解析介质中各质点开始振动时的振动方向和振源开始振动时的振动方向相同，
A不对；经过t＝T
2质点1回到平衡位置，质点9开始向上振动，质点5振动到正
的最大位移处，根据带动法可知，质点6在平衡位置上方向上振动，即速度的方
向向上，B错；t＝3T
4时质点1振动到负的最大位移处，质点9振动到正的最大
位移处，质点13开始振动，5～13之间的质点在平衡位置上方，9～13之间的质点振动方向都向上，C对；t＝T时质点17开始运动，D不对．
答案 C
题组一横波和纵波
1．关于横波和纵波，下列说法中正确的是()
A．质点的振动方向与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
解析根据横波和纵波的定义可知A，B，C正确；声波是一种纵波，但地震波中既有横波，又有纵波，D错误．
答案ABC
2．区分横波和纵波的依据是()
A．是否沿水平方向传播
B．质点振动的方向和波传播的远近
C．质点振动的方向和波传播的方向是相互垂直还是相互平行
D．质点振动的快慢
解析横波与纵波的区别是根据波的传播方向与质点的振动方向之间的关系，如果两者在同一方向就是纵波，如果两者的方向相互垂直，该波就是横波．
答案 C
题组二机械波的形成和传播
3．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
答案BCD
4．关于机械波的说法正确的是()
A．相邻的质点要相互做功
B．纵波的质点可以随波迁移，而横波的质点不能
C．振源开始时怎样振动，其他质点开始时就怎样振动
D．波中各质点振动频率是相同的
解析机械波是由于介质中前面的质点带动后面的质点，使振源的振动形式与振源的能量向远处传播而形成的，前后质点间存在相互作用力，因而相互做功，故A正确；波传播过程中，各质点只能在各自的平衡位置附近振动，质点不随波迁移，因此B错；每个质点都是由振源依次带动下面的质点，每个质点都做受迫振动，每个质点的频率都与振源频率相同，并且都“仿照”振源振动，故C、D 正确．
答案ACD
5．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，空气中继续形成声波
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，大钟做阻尼振动一段时间，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．
答案 B
6.
图12－1－6
一列简谐横波某时刻的波形如图12－1－6所示，则关于质点A的受力，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
解析无论波向右或向左传播，回复力始终指向平衡位置，质点A的回复力是由相邻质点对A的作用力提供的，故B、D正确．
答案BD
7．以下对机械波的认识正确的是()
A．形成机械波一定要有振源和介质
B．振源做简谐运动形成的波中，各质点的运动情况完全相同
C．横波向右传播时，处于波峰的质点也向右迁移
D．机械波向右传播时，右方的质点比左方的质点早一些振动
解析振源和介质是形成机械波的两个必不可少的条件，故A正确．简谐运动在介质中传播时，介质中各质点都做简谐运动，沿波的传播方向上，后面的质点比前面的质点总要晚一些开始振动，但质点本身并不随波的传播而发生迁移，而且各质点的振动步调不一致，故B、C、D均错．
题组三振动与波的关系
8．关于机械波和机械振动的下列说法正确的是()
A．机械振动就是机械波，机械波就是机械振动
B．有机械波，则一定有机械振动
C．机械波就是质点在介质中的运动路径
D．在波传播方向上各个质点都有相同的振动频率和振幅
解析机械振动在介质中的传播即机械波，A错；波的形成有两个条件，一是要有波源，二是要有介质，所以，有机械波一定有机械振动，B对；在波的形成和传播过程中，各介质质点不随波迁移，C错；离波源较远的质点靠前面质点的带动，所以频率、振幅相同，D对．
答案BD
9．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，已经振动的质点将继续振动，未振动的质点则不会振动B．发声体在振动时，一定会产生声波
C．机械波是质点随波迁移，也是振动能量的传递
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
答案 D
题组四由波的传播方向确定质点振动方向
10．如图12－1－7所示为波沿一条固定的绳子向右刚传播到B点时的波形，由图可判断A点刚开始的振动方向是()
图12－1－7
A．向左B．向右C．向下D．向上
解析根据带动法可知B点要向上振动，且所有点的起振方向都相同，所以D 正确．
图12－1－8
11．一列波在介质中向某一方向传播，图12－1－8为此波在某一时刻的波形图，并且此时振动还只发生在M、N之间，已知此波的周期为T，Q质点速度方向在波形图中是向下的，下面说法中正确的是()
A．波源是M，由波源起振开始计时，P点已经振动时间T
B．波源是N，由波源起振开始计时，P点已经振动时间3T 4
C．波源是N，由波源起振开始计时，P点已经振动时间T 4
D．波源是M，由波源起振开始计时，P点已经振动时间T 4
解析由于此时Q质点向下振动，且Q质点右方邻近质点在Q质点下方，则波向左传播，N是波源．振动从N点传播到M点，经过一个周期，又因从波源N
起振开始计时，需经3
4T，P点才开始起振，故P质点已振动了
T
4，选项C正确．
答案 C
图12－1－9
12．如图12－1－9所示是沿绳向右传播的一列横波．
(1)在图上标出B，D两质点的速度方向．
(2)________点正处于波峰，它此时具有最________(填“大”或“小”)的位移，最________(填“大”或“小”)的加速度，最________(填“大”或“小”)的速度．
(3)再经________，A第一次回到平衡位置．
答案(1)B点向下，D点向上(2)C大大小(3)T 4
13．如图12－1－10甲所示为波源1的振动图象，图乙为均匀介质中一些均匀分
布等间距的质点在t＝1 s时的振动状态，其中质点4刚开始振动．请在图丙中画出t＝5 s时质点的振动状态．
图12－1－10
解析根据波传播的规律t＝5 s时，振源出现在波峰，质点16起振．如答案图所示．
答案如图所示。