人教版高中物理新教材同步講義 選擇性必修第一冊 第3章 1　波的形成（含解析）

1波的形成[學習目標]1.理解波的形成過程，會判斷質(zhì)點的振動方向(難點)。2.知道橫波和縱波的概念，能夠區(qū)別橫波和縱波。3.知道機械波的產(chǎn)生條件和傳播特點(重點)。一、波的形成及特點如圖所示，手拿繩的一端，上下振動一次，使繩上形成一個凸起狀態(tài)，隨后形成一個凹落狀態(tài)，可以看到，這個凸起狀態(tài)和凹落狀態(tài)在繩上從一端向另一端移動。如果在繩子上某處做一紅色標記，觀察這一紅色標記的運動。(1)紅色標記有沒有隨波遷移？紅色標記是怎樣運動的？(2)當手停止抖動后，繩上的波會立即停止嗎？答案(1)沒有，紅色標記只在豎直方向上下振動(2)不會，當手停止抖動后，波仍向右傳播1．波：振動的傳播稱為波動，簡稱波。2．波的形成(以繩波為例)(1)一條繩子可以分成一個個小段，這些小段可以看作一個個相連的質(zhì)點，這些質(zhì)點之間存在著彈性力的作用。(2)當手握繩端上下振動時，繩端帶動相鄰的質(zhì)點，使它也上下振動。這個質(zhì)點又帶動更遠一些的質(zhì)點…繩子上的質(zhì)點都跟著振動起來，只是后面的質(zhì)點總比前面的質(zhì)點遲一些開始振動，繩端這種上下振動的狀態(tài)就沿繩子傳了出去，整體上形成了凹凸相同的波形。1．繩上各質(zhì)點開始振動的方向(起振方向)與振源起振的方向有什么關(guān)系？答案繩上各點的起振方向與振源起振方向相同。2．振源振動停止后，波還能繼續(xù)傳播嗎？答案能夠繼續(xù)傳播波動過程中各質(zhì)點的運動特點波動過程中各質(zhì)點的振動周期都與波源的振動周期相同，其運動特點為：(1)先振動的質(zhì)點帶動后振動的質(zhì)點——“帶動”(2)后振動的質(zhì)點重復前面質(zhì)點的振動——“重復”(3)后振動的質(zhì)點的振動狀態(tài)滯后于先振動的質(zhì)點的振動狀態(tài)—“滯后”例1如圖所示是某繩波形成過程的示意圖。質(zhì)點1在外力作用下沿豎直方向做簡諧運動，帶動2、3、4…各個質(zhì)點依次上下振動，把振動從繩的左端傳到右端。已知t＝0時，質(zhì)點1開始向上運動，t＝eq\f(T,4)時，1到達最上方，5開始向上運動。問：(1)t＝eq\f(T,2)時，質(zhì)點6、10、14的運動狀態(tài)(是否運動、運動方向)如何？(2)畫出t＝eq\f(3T,4)時的波形，并說明質(zhì)點6、10、14的運動狀態(tài)。答案見解析解析(1)各質(zhì)點在t＝eq\f(T,2)時的情況如圖甲所示：由圖甲可知，t＝eq\f(T,2)時，質(zhì)點6正在向上運動，質(zhì)點10、14未運動。(2)t＝eq\f(3,4)T時的波形如圖乙所示，質(zhì)點6正在向下運動，質(zhì)點10向上運動，質(zhì)點14未運動。二、橫波和縱波如圖所示：(1)圖甲是繩波，其中質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向是什么關(guān)系？(2)圖乙是推拉彈簧產(chǎn)生的波，其中質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向是什么關(guān)系？答案(1)相互垂直(2)在同一條直線上橫波和縱波的對比名稱項目橫波縱波概念在波動中，質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向相互垂直在波動中，質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向在同一條直線上介質(zhì)只能在固體介質(zhì)中傳播在固體、液體和氣體介質(zhì)中均能傳播特征在波動中交替、間隔出現(xiàn)波峰和波谷在波動中交替、間隔出現(xiàn)密部和疏部例2(多選)關(guān)于橫波和縱波，下列說法正確的是()A．對于橫波，質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向一定垂直B．振源上下振動形成的波為橫波C．對于縱波，質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向有時相同，有時相反D．形成縱波的質(zhì)點隨波一起遷移答案AC解析橫波的特征就是質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直，A項正確；并非上下振動產(chǎn)生的波就是橫波，如上下振動且上下傳播的波是縱波，B項錯誤；縱波中質(zhì)點的振動方向與傳播方向在同一直線上，方向有時相同，有時相反，C項正確；無論是橫波還是縱波，傳播的是振動的形式，而質(zhì)點只在自己的平衡位置來回振動，并不隨波遷移，D項錯誤。

三、機械波1．介質(zhì)(1)定義：波借以傳播的物質(zhì)。(2)特點：組成介質(zhì)的質(zhì)點之間有相互作用，一個質(zhì)點的振動會引起相鄰質(zhì)點的振動。2．機械波機械振動在介質(zhì)中傳播，形成了機械波。3．機械波的特點(1)介質(zhì)中有機械波傳播時，介質(zhì)本身并不隨波一起傳播，它傳播的只是振動這種運動形式。(2)波是傳遞能量的一種方式。(3)波可以傳遞信息。1．機械波的特點(1)機械波的傳播離不開介質(zhì)，沒有介質(zhì)就無法形成機械波。(2)介質(zhì)中各質(zhì)點都在做受迫振動，所以各質(zhì)點振動的周期(頻率)均與波源的振動周期(頻率)相同。(3)離波源越遠，質(zhì)點振動越滯后，但每一個質(zhì)點的起振方向與波源起振方向相同。(4)機械波向前傳播的是振動這種運動形式，各質(zhì)點只在各自的平衡位置附近振動，并不隨波遷移。2．幾種常見的波(1)繩波是橫波；(2)空氣中產(chǎn)生的聲波是縱波；(3)地震波中既有橫波，又有縱波；(4)水波既不是橫波，也不是縱波，是一種比較復雜的機械波。3．振動和波動的聯(lián)系(1)振動是波動的原因，波動是振動的結(jié)果；有波動必然有振動，有振動不一定有波動。(2)波動中各質(zhì)點振動的性質(zhì)、頻率和振幅與波源相同。(1)物體做機械振動，一定產(chǎn)生機械波。(×)(2)機械波的傳播方向就是介質(zhì)中質(zhì)點的振動方向。(×)(3)除振源外，機械波中各質(zhì)點都做受迫振動。(√)(4)機械波是介質(zhì)隨波遷移，也是振動能量的傳遞。(×)例3如圖是以質(zhì)點P為波源的機械波在繩上傳到質(zhì)點Q時的波形。(1)請判斷此機械波的類型。(2)判斷圖示時刻Q質(zhì)點的振動方向。(3)P點從平衡位置剛開始振動時，是朝著哪個方向運動的？(4)此波的形成是否是P質(zhì)點移動到Q質(zhì)點形成的？答案(1)橫波(2)向上(3)向上(4)不是解析(1)各質(zhì)點的振動方向與傳播方向相互垂直，是橫波。(2)P點為波源，Q點在右側(cè)質(zhì)點的帶動下將向上振動。(3)由(2)可知，當波恰好傳到Q點時，Q點起振方向向上，故波源P點從平衡位置開始振動時的方向也向上。(4)機械波只是傳播振動形式，質(zhì)點并不隨波遷移。四、“帶動法”判斷質(zhì)點的振動方向繩波在某時刻的形狀如圖所示，若O是波源，則此刻A點向什么方向運動？若O′是波源，則此刻A點向什么方向運動？答案若O點為波源，A點左側(cè)的質(zhì)點將帶動A向上振動；若O′是波源，A點右側(cè)的質(zhì)點將帶動A點向下振動。拓展延伸某時刻一列波的形狀如圖所示。此刻質(zhì)點a正在向上運動試判斷此刻質(zhì)點b的運動方向．答案由于此刻質(zhì)點a在前一個質(zhì)點的帶動下正在向上運動?？芍ㄔ丛谫|(zhì)點a的左側(cè)，因此該列波由左向右傳播，質(zhì)點b在左側(cè)質(zhì)點的帶動下將向下運動。(1)原理：先振動的質(zhì)點帶動鄰近的后振動的質(zhì)點。(2)方法：在質(zhì)點P靠近波源一方附近的圖像上另找一點P′，P′為先振動的質(zhì)點，若P′在P上方，則P向上運動，若P′在P下方，則P向下運動，如圖所示。例4一列橫波沿繩子向右傳播，某時刻繩子形成如圖所示的形狀，對此時繩上A、B、C、D、E、F六個質(zhì)點，下列說法正確的是()A．質(zhì)點B向右運動B．質(zhì)點D和質(zhì)點F的速度方向相同C．質(zhì)點A和質(zhì)點C的速度方向相同D．從此時算起，質(zhì)點B比質(zhì)點C先回到平衡位置答案D解析波傳播時，離波源遠的質(zhì)點的振動落后于離波源近的質(zhì)點的振動，并跟隨著近的質(zhì)點振動，D跟隨C向上運動，F(xiàn)跟隨E向下運動，同理可知A向下運動，由此可知選項B、C錯誤；介質(zhì)中的質(zhì)點不隨波遷移，由于此時B和C都向上運動，所以B比C先到達最大位移處，并先回到平衡位置，選項A錯誤，D正確。課時對點練考點一波的形成、機械波1．(多選)(2023·煙臺二中高二月考)關(guān)于振動和波的關(guān)系，下列說法正確的是()A．如果波源停止振動，在介質(zhì)中傳播的波不會立即停止傳播B．發(fā)聲體在振動時，一定會產(chǎn)生聲波C．波動的過程是介質(zhì)中的質(zhì)點由近及遠的傳播過程D．波動的過程是質(zhì)點的振動形式及能量由近及遠的傳播過程答案AD解析波源停止振動，介質(zhì)中的質(zhì)點仍然在振動，所以波仍繼續(xù)傳播，選項A正確；產(chǎn)生機械波的條件之一是必須有介質(zhì)，選項B錯誤；在振動過程中介質(zhì)中的質(zhì)點不隨波的傳播而遷移，只是向外傳播振動形式和能量，選項C錯誤，D正確。2．關(guān)于機械波的形成，下列說法正確的是()A．有機械振動必有機械波B．后振動的質(zhì)點總是跟著先振動的質(zhì)點重復振動，只是時間落后一步C．參與振動的質(zhì)點各自的頻率不同D．機械波是介質(zhì)隨波遷移，也是振動能量的傳遞答案B解析根據(jù)機械波產(chǎn)生與傳播的條件，可知有機械振動及傳播介質(zhì)，才能形成機械波，故A錯誤；同一列波中，任何一個振動的質(zhì)點都是跟著先振動的質(zhì)點重復振動，只是時間落后一步，但振動頻率相同，故B正確，C錯誤；形成機械波的各振動質(zhì)點只在平衡位置附近做往復運動，并沒有隨波遷移，離波源遠的質(zhì)點振動的能量是通過各質(zhì)點的傳遞獲得的，故D錯誤。3．下列關(guān)于波的應用中正確的是()A．要使放在河中的紙船逐漸靠近河岸，可向比紙船更遠處投擲石子形成水波B．兩個在水中潛泳并且靠得較近的運動員能聽到對方發(fā)出的聲音是聲波在液體中傳播的應用C．光纜利用機械波傳遞信息D．宇航員在宇宙飛船里，擊打船壁只能引起機械振動，不能形成聲波答案B解析機械波在介質(zhì)中傳播的過程中，質(zhì)點只是在各自的平衡位置附近振動，介質(zhì)本身并不隨波遷移，故A錯誤；聲波能在液體中傳播，B正確；光纜是利用光波傳遞信息的，故C錯誤；機械振動可以在船壁中傳播，能形成聲波，故D錯誤。4．(多選)在一條軟繩上選18個等間距的質(zhì)點，質(zhì)點1在外力作用下首先向上振動，其余質(zhì)點在相互作用力的帶動下依次振動，從而形成機械波，由波的形成及圖可知，下列說法中正確的是()A．質(zhì)點1帶動質(zhì)點2是利用繩上質(zhì)點間的彈力實現(xiàn)的，因此除質(zhì)點1外每個質(zhì)點均做受迫振動B．每個質(zhì)點開始運動后，均在水平方向做勻速運動，在豎直方向做簡諧運動C．繩上的每一個質(zhì)點開始振動時，方向都向上，振動周期都相同D．繩上波的傳播過程也是能量的傳遞過程，每個質(zhì)點均做等幅振動，故每個質(zhì)點的機械能守恒答案AC解析每個質(zhì)點開始振動后，只在豎直方向做簡諧運動，水平方向上不隨波遷移，波的傳播過程也是能量的傳遞過程，除質(zhì)點1外每個質(zhì)點均做受迫振動，合外力不為零，故每個質(zhì)點的機械能并不守恒，故A、C正確，B、D錯誤。考點二橫波和縱波5．關(guān)于橫波和縱波，下列說法正確的是()A．對于橫波，質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向有時相同，有時相反B．對于縱波，質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向一定相同C．波沿水平方向傳播，質(zhì)點在豎直方向上下振動，這類波是橫波D．形成縱波的質(zhì)點，隨波一起遷移答案C解析橫波質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向相互垂直，縱波質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在一條直線上，方向有時相同，有時相反，故A、B錯誤，C正確；介質(zhì)中的質(zhì)點均在平衡位置附近做往復運動，不會隨波遷移，故D錯誤。6．(2022·邢臺市高二期末)2021年8月14日上午，某地發(fā)生7.3級大地震。地震波既有縱波也有橫波，若該地區(qū)地震時縱波的傳播速度大于橫波的傳播速度，則震源正上方的房屋()A．同時上下振動和左右搖動B．先左右搖動后上下振動C．先上下振動后左右搖動D．只上下振動答案C解析縱波振動方向與傳播方向一致，橫波振動方向與波的傳播方向相互垂直，由于縱波傳播得快，地震發(fā)生時縱波先到達震源正上方，震源正上方房屋先上下振動后左右搖動。故選C?？键c三“帶動法”判斷質(zhì)點的振動方向7.一列橫波沿x軸正方向傳播，某時刻的波形如圖所示，質(zhì)點a、b均處于平衡位置。則下列說法正確的是()A．該時刻質(zhì)點a正向下運動B．該時刻質(zhì)點b正向上運動C．該時刻質(zhì)點a、b的速度相同D．質(zhì)點a、b的振動周期相同答案D解析由“帶動法”知該時刻質(zhì)點a正向上運動，質(zhì)點b正向下運動，A、B錯誤；該時刻質(zhì)點a、b速度大小相等，但方向相反，C錯誤；質(zhì)點a、b的振動周期都等于波源的振動周期，因此質(zhì)點a、b的振動周期相同，D正確。8．(2023·龍巖高中月考)振源A帶動細繩上下振動，某時刻在繩上形成的橫波波形如圖所示，規(guī)定繩上各質(zhì)點在AP所在直線上方時位移x為正方向，從波傳播到細繩上的P點開始計時，下列四幅x－t圖像中能表示P點振動圖像的是()答案A解析波向右傳播，開始計時時P點在平衡位置且將向下振動，故A正確。9．(2022·如皋市高二調(diào)研)以質(zhì)點P為振源的機械波在繩上傳到質(zhì)點Q時的波形如圖所示，下列說法正確的是()A．繩波傳播不需要介質(zhì)B．質(zhì)點P的起振方向向上C．繩中質(zhì)點帶動右側(cè)相鄰的質(zhì)點振動D．當質(zhì)點P停止振動時，繩波立即消失答案B解析繩波是機械波，任何機械波的傳播都需要介質(zhì)，故A錯誤；質(zhì)點Q的起振方向向上，質(zhì)點P為振源，則質(zhì)點P的起振方向也向上，故B正確；波向左傳播，則繩中質(zhì)點帶動左側(cè)相鄰的質(zhì)點振動，故C錯誤；如果振源停止振動，在介質(zhì)中傳播的振動不會立即停止，故D錯誤。10．(2022·雙流中學期中)一列機械波在x軸上傳播，某時刻的波形圖如圖所示，a、b、c為三個質(zhì)點，a正在向上運動。由此可知()A．該波沿x軸負方向傳播B．該時刻，c正在向上運動C．該時刻以后，b比c先到達平衡位置D．該時刻，b的速率比c的速率大答案C解析在題圖所示時刻，a正在向上振動，可知波沿x軸正方向傳播，故A錯誤；根據(jù)波形和波的傳播方向可判斷出c正在向下運動，故B錯誤；由題圖知，b向上振動、c向下振動，所以b比c先到達平衡位置，故C正確；在題圖所示時刻，b距離平衡位置比c遠，則b比c的速率小，故D錯誤。11．如圖所示，O、1、2、…、8為介質(zhì)中間隔相等的若干連續(xù)質(zhì)點，t＝0時刻，O點從平衡位置開始向上做簡諧運動，當O點第1次達到正向最大位移處時，質(zhì)點2開始振動。下列說法正確的是()A．質(zhì)點2開始振動的方向向下B．經(jīng)過一段時間，質(zhì)點1運動到質(zhì)點5的位置C．質(zhì)點8開始振動后，其振動情況與質(zhì)點O完全相同D．質(zhì)點O的振動頻率大于后面所有點的振動頻率答案C解析質(zhì)點的振動方向與波源的起振方向相同，O點從平衡位置開始向上運動，故質(zhì)點2開始振動的方向向上，A錯誤；各質(zhì)點在平衡位置上下振動，不會左右遷移，質(zhì)點1不會運動到質(zhì)點5的位置，B錯誤；當質(zhì)點O第1次達到正向最大位移處時，質(zhì)點2開始振動，可知質(zhì)點O到質(zhì)點2的相位差為eq\f(π,2)，各點間的間隔相等，故質(zhì)點8與質(zhì)點O的相位差為2π，則質(zhì)點8開始振動后，其振動情況與質(zhì)點O完全相同，C正確；所有質(zhì)點的振動頻率都與波源的頻率相同，故D錯誤。12．(多選)(2022·紹興市高二期末)如圖所示是繩波形成過程的示意圖。質(zhì)點1在外力作用下做簡諧運動，帶動其余質(zhì)點依次上下振動。在t＝eq\f(T,4)時，質(zhì)點1到達波峰，質(zhì)點5剛開始振動。下列說法正確的是()A．質(zhì)點5和質(zhì)點1的振動頻率相同B．在t＝eq\f(T,2)時，質(zhì)點4加速度方向向上C．從t＝T開始的一小段時間內(nèi)，質(zhì)點11的速度正在減小D．從t＝T開始的一小段時間內(nèi)，質(zhì)點16的加速度正在增大答案AD解析質(zhì)點5和質(zhì)點1的振動頻率相同，都