第1節(jié) 波的形成和描述

第3章機械波第1節(jié)波的形成和描述核心素養(yǎng)導學物理觀念(1)知道機械波的形成過程和形成條件，了解波的傳播特點。(2)知道橫波和縱波的概念。(3)掌握波長、頻率和波速的概念。(4)識別波的圖像和振動圖像?？茖W思維(1)學會用圖像描述機械波的方法，理解波的圖像的物理意義。(2)理解波長、頻率、波速的關(guān)系，并能結(jié)合波的圖像分析解決波傳播的問題?？茖W探究(1)觀察并探究繩波的產(chǎn)生與傳播。(2)觀察并探究彈簧形成的波。科學態(tài)度與責任認識到物理研究是對自然現(xiàn)象進行抽象的創(chuàng)造性工作，培養(yǎng)對物理學習的興趣。續(xù)表一、波的形成與傳播1．波的形成：__________在介質(zhì)中傳播形成機械波。2．波的傳播(1)要有，即能夠引起其他質(zhì)點振動的質(zhì)點。(2)要有傳播振動的______。

有波源和有介質(zhì)是形成機械波的必要條件，二者缺一不可，有振動不一定有機械波，有機械波一定有振動。機械振動介質(zhì)二、波的分類1．機械波可分為橫波和縱波兩類

橫波縱波定義質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向______的波質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在_________上的波標識性物理量①波峰：橫波中凸起的_______②波谷：橫波中凹下的_______①密部：縱波中質(zhì)點分布_____的位置②疏部：縱波中質(zhì)點分布_____的位置實物波形垂直同一直線最高處最低處最密最疏2．聲波和地震波(1)聲波是______，它不僅能在空氣中傳播，也能在固體、液體中傳播。(2)地震波既包含____波，又包含____波。橫波引起地面水平晃動，縱波引起地面上下顛簸，且縱波在地球內(nèi)部的傳播速度大于橫波。三、波的描述1．波的圖像

波的圖像描述的是某一時刻各個質(zhì)點的位移。如果介質(zhì)中各個質(zhì)點做簡諧運動，它所形成的波就叫________，它的波形曲線是一條正弦(或余弦)曲線?？v波橫縱簡諧波2．波的特征波源質(zhì)點f波源相鄰總是相同一個波長T傳播的距離傳播時間λf介質(zhì)本身續(xù)表1．如圖所示，用手抓住繩子的一端用力上下振動，就形成一列繩波。試判斷下列說法的正誤。(1)在繩波的形成和傳播中，所有質(zhì)點同時運動，同時停止運動。

()(2)在繩波的形成和傳播中，所有質(zhì)點的運動是近似的勻速直線運動。

()(3)波的形成過程中，前面的質(zhì)點帶動后面的質(zhì)點振動，后面的質(zhì)點重復(fù)前面質(zhì)點的振動。

()××√2．科學探測表明，月球表面無大氣層，也沒有水，更沒有任何生命存在的痕跡。如圖所示，在月球上兩名宇航員面對面講話卻無法聽到，請分析其原因？提示：宇航員發(fā)出的聲波為機械波，傳播需要介質(zhì)，而月球上沒有空氣，聲波無法傳播。3．一列波的圖像如圖甲所示，其中某一點的振動圖像如圖乙所示。

(1)如何區(qū)分波的圖像與振動圖像。(2)兩種圖像縱坐標的最大值相同嗎？提示：(1)最簡單的方法是看橫坐標，振動圖像的橫坐標是時間t，波的圖像的橫坐標是傳播距離x。(2)相同，都等于振幅。新知學習(一)|機械波的形成和傳播[任務(wù)驅(qū)動]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)，隨后形成一個凹下狀態(tài)，可以看到，這個凸起狀態(tài)和凹下狀態(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？(2)當手停止抖動后，繩上的波會立即停止嗎？提示：(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，已產(chǎn)生的波仍向另一端傳播。

[重點釋解]1．機械波的形成2．機械波的特點(1)振幅：像繩波這種只在某個方向上傳播的機械波，若不計能量損失，各質(zhì)點的振幅相同。(2)周期：各質(zhì)點振動的周期均與波源的振動周期相同。(3)步調(diào)：離波源越遠，質(zhì)點振動越滯后。(4)運動：各質(zhì)點只在各自的平衡位置附近做往復(fù)振動，并不隨波遷移。(5)實質(zhì)：機械波向前傳播的是振動這種運動形式，同時也傳遞能量和信息。3．振動和波動的區(qū)別與聯(lián)系

振動波動區(qū)別研究對象單個質(zhì)點在平衡位置附近的往復(fù)運動，研究的是單個質(zhì)點的“個體行為”振動在介質(zhì)中的傳播，研究的是大量質(zhì)點將波源振動傳播的“群體行為”力的來源可以由作用在物體上的各種性質(zhì)力提供介質(zhì)中各質(zhì)點間的彈力運動性質(zhì)質(zhì)點做變加速運動在同一均勻介質(zhì)中傳播速度不變聯(lián)系因果關(guān)系振動是波動的原因，波動是振動在介質(zhì)中傳播的結(jié)果；有波動必然有振動，但有振動不一定有波動頻率關(guān)系波動的頻率與振動的頻率相同[答案]見解析圖/方法技巧/波動過程中介質(zhì)中各質(zhì)點的運動特點波動過程中介質(zhì)中各質(zhì)點的振動周期都與波源的振動周期相同，其運動特點可用三句話來描述：(1)先振動的質(zhì)點帶動后振動的質(zhì)點；(2)后振動的質(zhì)點重復(fù)前面質(zhì)點的振動；(3)后振動質(zhì)點的振動狀態(tài)落后于先振動的質(zhì)點。概括起來就是“帶動、重復(fù)、落后”。[針對訓練]1．(多選)關(guān)于機械波的形成和傳播，下列說法中正確的是

(

)A．機械波只能在介質(zhì)中傳播，波源周圍如果沒有介質(zhì)，就不能形成機械波B．離波源較近的質(zhì)點總比離波源較遠的質(zhì)點振動得遲一些C．離波源較近的質(zhì)點總比離波源較遠的質(zhì)點振動得早一些D．一旦波源振動起來，介質(zhì)中的各個質(zhì)點也就立刻振動起來解析：機械波形成的條件是有波源和介質(zhì)，兩者缺少一個就不能形成機械波；機械波的形成可表述為離波源近的質(zhì)點帶動離波源遠的質(zhì)點振動，故離波源近的質(zhì)點振動得早一些。所以選項A、C正確。答案：AC2．(2023·龍巖高二檢測)一頻率為5Hz的振源O做簡諧運動時形成的水波如圖所示。已知該波的波速為1m/s，到振源O的距離為0.75m和1.2m處分別有一片可看成質(zhì)點的小樹葉P和Q，則下列說法正確的是

(

)A.兩片樹葉的起振方向相反B．水波的波長為0.2mC．Q的起振時刻比P的晚半個周期D．當Q在波谷時，P恰好到波峰新知學習(二)|橫波和縱波的比較[任務(wù)驅(qū)動]2023年2月6日，土耳其發(fā)生7.8級地震，造成了重大人員傷亡和財產(chǎn)損失，我國及時派出了多支救援隊趕赴現(xiàn)場展開救援工作。當?shù)卣鸢l(fā)生時，地震波在地球內(nèi)部和地表傳播，有時使人感到左右搖晃，有時使人感到上下顛簸。請思考：(1)地震波是橫波還是縱波？(2)橫波與縱波的根本區(qū)別是什么？提示：(1)地震波既有橫波成分，也有縱波成分。(2)橫波與縱波的根本區(qū)別是質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向之間的關(guān)系。

[重點釋解]1．橫波與縱波的比較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間隔、交替出現(xiàn)波峰和波谷在波動中間隔、交替出現(xiàn)密部和疏部2．對波的認識的兩點提醒(1)水波的認識方面：水波既不是橫波也不是縱波，它屬于比較復(fù)雜的機械波。(2)縱波的認識方面：在縱波中各質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在同—直線上，而不是方向相同。[針對訓練]1．(多選)機械波按質(zhì)點振動方向與波傳播方向的關(guān)系可分為橫波和縱波。關(guān)于介質(zhì)中質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向，下列說法正確的是

(

)A．在橫波中二者方向有時相同B．在橫波中二者方向一定不同C．在縱波中二者方向有時相同D．在縱波中二者方向一定不同解析：在橫波中質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向相互垂直，所以二者方向一定不同，故A錯，B對；在縱波中二者方向在同一直線上，既可以相同，也可以相反，故C對，D錯。答案：BC2．對于橫波和縱波，下列說法中正確的是

(

)A．質(zhì)點在水平面內(nèi)振動的波一定是橫波B．質(zhì)點振動方向與波傳播方向都在水平面內(nèi)的波一定是橫波C．某時刻橫波中波峰和波谷處的質(zhì)點位移都是最大D．橫波中波峰處質(zhì)點位移最大，波谷處質(zhì)點位移最小解析：物理學中，把質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直的波稱為橫波，把質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在同一直線上的波稱為縱波，所以質(zhì)點在水平面內(nèi)振動的波不一定是橫波；質(zhì)點振動方向與波傳播方向都在水平面內(nèi)的波不一定是橫波，故A、B錯誤；橫波中波峰和波谷處振動情況總是相反，橫波中波峰和波谷處的質(zhì)點位移都是最大，故C正確，D錯誤。答案：C3．(多選)某地發(fā)生7.1級強地震，若恰好在震源(位于地下)正上方地區(qū)的一個觀測站記錄的縱波和橫波的到達時刻相差5s，已知在這一地區(qū)地震波的縱波和橫波的傳播速率分別為9km/s和4km/s，若近似認為波的速度恒定，則下列判斷正確的是

(

)A．地震時，震源正上方地區(qū)的建筑物先左右振動、后上下振動B．地震時，震源正上方地區(qū)的建筑物先上下振動、后左右振動C．震源距該觀測站的距離為25kmD．震源距該觀測站的距離為36km答案：BD

新知學習(三)|波的圖像的理解和應(yīng)用[重點釋解]1．由波的圖像獲得的三點信息(1)可以直接看出在該時刻沿傳播方向上各個質(zhì)點的位移。(2)可以直接看出在波的傳播過程中各質(zhì)點的振幅A。(3)若已知該波的傳播方向，可以確定各質(zhì)點的振動方向；或已知某質(zhì)點的振動方向，可以確定該波的傳播方向。2．波的圖像的周期性

在波的傳播過程中，各質(zhì)點都在各自的平衡位置附近振動，不同時刻質(zhì)點的位移不同，則不同時刻波的圖像不同。質(zhì)點的振動位移做周期性變化，則波的圖像也做周期性變化。經(jīng)過一個周期，波的圖像復(fù)原一次。3．波的傳播方向的雙向性

如果只知道波沿x軸傳播，則有可能沿x軸正向傳播，也可能沿x軸負向傳播，具有雙向性。[典例體驗][典例]

一列簡諧橫波某時刻的波形圖如圖所示。此后K質(zhì)點比L質(zhì)點先

回到平衡位置。下列判斷正確的是(

)A．該簡諧橫波沿x軸負方向傳播B．此時K質(zhì)點沿y軸正方向運動C．此時K質(zhì)點的速度比L質(zhì)點的小D．此時K質(zhì)點的加速度比L質(zhì)點的小[解析]

由題知K質(zhì)點比L質(zhì)點先回到平衡位置，則此時K質(zhì)點應(yīng)沿y軸負方向運動，再根據(jù)“上下坡法”可知，該波應(yīng)沿x軸正方向傳播，A、B錯誤；L質(zhì)點在波谷處，則L質(zhì)點的速度為0，故此時K質(zhì)點的速度比L質(zhì)點的大，C錯誤；由于質(zhì)點在豎直方向做機械振動，根據(jù)F＝－ky＝ma，結(jié)合波的圖像可看出yL＞yK，則此時K質(zhì)點的加速度比L質(zhì)點的小，選項D正確。[答案]

D[拓展]

(多選)對應(yīng)[典例]的情境，圖中M點和K點從圖中時刻開始計時，其振動圖像為

(

)[解析]由于已判斷出波沿x軸正方向傳播，可知該時刻K點和M點振動方向都向下，故K點的振動圖像應(yīng)為D；M點的振動圖像應(yīng)為B。[答案]

BD/方法技巧/判斷質(zhì)點振動方向與波的傳播方向的四種常用方法(1)上下坡法沿波的傳播方向看，“上坡”的點向下運動，“下坡”的點向上運動，簡稱“上坡下，下坡上”。如圖甲所示。(2)微平移法原理：波向前傳播，波形也向前平移。方法：作出經(jīng)微小時間Δt后的波形，就知道了各質(zhì)點經(jīng)過Δt時間到達的位置，此刻質(zhì)點振動方向也就知道了。如圖乙所示。甲乙丙丁[針對訓練]1．

如圖所示，實線為簡諧波在時刻t的圖像，虛線為簡諧波

經(jīng)Δt時間后的圖像。則下列說法中正確的是

(

)A．這列簡諧波一定沿x軸正向傳播B．這列簡諧波一定沿x軸負向傳播C．實線上的質(zhì)點a經(jīng)Δt時間后位于虛線上a1位置D．實線上的質(zhì)點a經(jīng)Δt時間后位于虛線上a2位置解析：經(jīng)Δt時間后的波形可能是t時刻的波形向右平移(向右傳播)得到的，也可能是向左平移(向左傳播)得到的，根據(jù)題意無法判斷，A、B錯誤；波上質(zhì)點在平衡位置上下振動，并不隨波遷移，故C錯誤，D正確。答案：D新知學習(四)|波長、頻率和波速的關(guān)系及應(yīng)用[典例體驗][典例]如圖甲為某一列波在t＝1.0s時的圖像，圖乙為這列波中質(zhì)點P的振動圖像。(1)該波的振幅、周期、波長各為多少？提示：A＝0.2m，T＝1.0s，λ＝4m。(2)該波的波速是多少？(3)如果該波由一種介質(zhì)進入另一種不同的介質(zhì)，試說明周期、頻率、波長、波速中不變的物理量有哪些？為什么？

提示：不變的物理量是周期和頻率，這兩個物理量由波源決定，與介質(zhì)無關(guān)。(4)再經(jīng)過3.5s時，質(zhì)點P的路程是多大？(5)試判斷波的傳播方向。

提示：由振動圖像知，t＝1.0s時，質(zhì)點P振動方向為y軸負方向，結(jié)合甲圖像可知波沿x軸負方向傳播。[系統(tǒng)歸納]1．關(guān)于波長的定義 “相鄰質(zhì)點”和“相對平衡位置的位移和振動方向總是相同”是波長定義的關(guān)鍵，二者缺一不可。2．波速的決定因素(1)機械波的波速只與傳播介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。同一列波在不同介質(zhì)中傳播速度不同；不同頻率的同種機械波在同一介質(zhì)中傳播速度相等。(2)波在同一均勻介質(zhì)中是勻速傳播的。它向外傳播的是振動的形式，而不是將質(zhì)點向外遷移，質(zhì)點的振動是一種變加速運動，因此質(zhì)點的振動速度時刻在變。3．波速公式的理解[針對訓練]1．一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波，傳播速度v＝10m/s，t＝0時位于坐標原點的質(zhì)點從平衡位置沿y軸正方向運動，下列圖形中哪個是t＝0.6s時的波形

(

)答案：B2．(2022·廣東高考)如圖所示，某同學握住軟繩的一端周期性上下抖動，在繩上激發(fā)了一列簡諧波。從圖示時刻開始計時，經(jīng)過半個周期，繩上M處的質(zhì)點將運動至__________(選填“N”“P”或“Q”)處。加快抖動，波的頻率增大，波速________(選填“增大”“減小”或“不變”)。解析：在簡諧波的傳播過程中，介質(zhì)中的質(zhì)點只能在平衡位置兩側(cè)做簡諧運動，在圖示時刻，質(zhì)點M位于波峰處，則經(jīng)過半個周期，M將振動到波谷處，即圖中的P點處。由于波速由介質(zhì)決定，與頻率無關(guān)，故加快抖動，波速不變。答案：P不變一、好素材分享——看其他教材如何落實核心素養(yǎng)

科學思維——波的形成1．(選自人教版新教材課后練習)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)P點從平衡位置剛開始振動時，是朝著哪個方向運動的？解析：(1)由波的傳播方向和質(zhì)點振動方向互相垂直，可知該機械波為橫波。(2)由波的傳播特點可知，P點剛開始振動的方向為豎直向上。答案：(1)橫波(2)豎直向上

科學態(tài)度與責任——地震波的認識2．(選自滬科版新教材課后練習)2011年3月11日，日本宮城縣發(fā)生了里氏9.0級地震并引發(fā)海嘯，造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。從這一事件中，你能進一步理解(地震)波本質(zhì)上傳播的是什么嗎？提示：由于發(fā)生強烈的地震時會產(chǎn)生巨大的能量，發(fā)生在海底的地震將這些能量傳遞給海水，引發(fā)海嘯，所以地震波本質(zhì)上傳播的是能量。二、新題目精選——品立意深處所蘊含的核心價值1．圖中展示了一張骨牌倒下時引起的相鄰骨牌依次倒下的照片，以及一陣風吹過麥地形成的麥浪滾滾的景象。關(guān)于骨牌和麥浪的運動，下列說法正確的是

(

)A．骨牌的運動形成了波，麥子的運動形成的不是波B．麥子的運動形