2019_2020学年高考物理主题2第II部分机械波1波的形成和传播学案(必修1)

1 波的形成和传播

[学科素养与目标要求]

物理观念：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.

科学思维：通过生活中有关波的素材，建立对波的感性认识，为进一步学习打下基础. 科学探究：通过视频和模拟动画，逐步体会和理解波的形成和传播及横波、纵波的概念. 科学态度与责任：注重学生的亲身体验和实验观察，理解科学本质，形成对科学和技术应有的正确态度

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一、波的形成和传播

1.波：振动的传播称为波动，简称波.

2.波的形成和传播(以绳波为例)

(1)一条绳子可以分成一个个小段，一个个小段可以看做一个个相连的质点，这些质点之间存在着相互作用.

(2)当手握绳端上下振动时，绳端带动相邻质点，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

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，所有质点同时运动，同时停止运动.( ×)

(3)物体做机械振动，一定产生机械波.( ×)

(4)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.( ×)

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________.(填“向上”或“向下”)

图1

答案向上向下

一、波的形成、传播及特点

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？

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.

1.机械波的形成与传播

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.各质点的起振方向都与波源开始振动的方向相同.

(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.

例1 如图2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于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2

(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？

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 ＝T

2时，质点8未达到波峰，正在向上运动，质点12、16未运动.

(2)由乙图可知，t ＝3T

4

时，质点8正在向下运动，质点12向上运动，质点16未运动.

波动过程中各质点的运动规律可用三句话来描述： (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 (多选)下列关于机械波的说法中，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 二、横波和纵波

如图所示，

(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.

横波和纵波的区别

(1)质点的振动方向与波的传播方向的关系不同：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在同一条直线上.

(2)传播介质不同：横波只能在固体介质中传播；纵波在固体、液体和气体中均能传播. (3)特征不同：横波中交替、间隔出现波峰和波谷；纵波中交替、间隔出现密部和疏部. 例2 关于横波和纵波，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，这类波是纵波

答案 C

解析根据横波和纵波的概念，质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波叫做横波，质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波叫做纵波，与上下振动或水平振动无关，故A、B选项错误，C选项正确；质点沿水平方向振动，波沿水平方向传播，并不能说明是沿同一直线，故D选项错误.

三、振动与波的关系

1.区别

(1)研究对象不同——振动是单个质点在平衡位置附近的往复运动，是单个质点的“个体行为”；波动是振动在介质中的传播，是介质中彼此相连的大量质点将波源的振动传播的“群体行为”.

(2)力的来源不同——产生振动的回复力，可以由作用在物体上的各种性质的力提供；而引起波动的力，则总是联系介质中各质点的弹力.

(3)运动性质不同——振动是质点的变加速运动；而波动是匀速直线运动，传播距离与时间成正比.

2.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.

例3(多选)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

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，所以选项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.

四、由“带动法”确定质点的振动方向

带动法

原理：先振动的质点带动邻近的后振动的质点.