第十二章 1 波的形成和传播

1波的形成和传播

[学习目标] 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．

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

定义标志性物理量实物波形

横波质点的振动方向与波的

传播方向相互垂直的波

(1)波峰：凸起的最高处

(2)波谷：凹下的最低处

纵波质点的振动方向与波的

传播方向在同一直线上

的波

(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

(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)在绳波的形成和传播中，所有质点同时运动，同时停止运动．(×)

(2)物体做机械振动，一定产生机械波．(×)

(3)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．(×)

(4)机械波的传播过程也就是能量的传递过程．(√)

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2所示，手拿绳的一端，上下振动一次，使绳上形成一个凸起部分，随后形成一个凹下部分，可以看到，这个凸起部分和凹下部分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．

图2

(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3所示，是某绳波形成过程的示意图．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．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3

(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t ＝T

2

时的情况，如图甲所示：

各质点在t ＝3T

4

时的情况，如图乙所示：

(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正在向上运动，质点16未运动．

波动过程中各质点的运动规律

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 波在传播过程中，正确的说法是( ) A ．介质中的质点随波迁移 B ．波源的振动能量随波传递

C ．振动质点的频率随着波的传播而减小

D ．波源的能量靠振动质点的迁移随波传递 答案 B

解析 介质中的质点只在自己平衡位置上下振动，而不随波迁移，选项A 错误；波源的振动能量随波传递，选项B 正确；振动质点的频率等于波源的振动频率，不随着波的传播而减小，选项C 错误；波源的能量随波由近及远传播，并不是靠振动质点的迁移来传播，故D 错误． 二、横波和纵波

如图4所示，

图4

(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)在同一直线上．

横波与纵波的区别

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．对于横波和纵波，质点的振动方向和波的传播方向有时相同，有时相反

B．对于纵波，质点的振动方向与波的传播方向一定相同

C．形成纵波的质点随波一起迁移

D．空气介质中只能传播纵波

答案 D

解析横波中质点的振动方向与波的传播方向相互垂直，纵波中质点的振动方向总是与波的传播方向在同一直线上，有时相同，有时相反，故A、B错误；无论是横波还是纵波，质点都是在平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移，故选项C错误；因为空气介质只能通过压缩而产生相互作用力，故空气介质中只能传播纵波，故选项D正确．

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，则是联系介质中各质点间的弹力．

(3)运动性质不同——振动是质点的变加速运动；而波的传播是匀速直线运动，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，下列说法正确的是()