第1節(jié) 波的形成

第三章機(jī)械波第1節(jié)波的形成核心素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)物理觀(guān)念(1)認(rèn)識(shí)波是振動(dòng)的傳播，知道波在傳播振動(dòng)形式的同時(shí)也傳播能量和信息。(2)知道機(jī)械波、橫波、縱波的概念，知道什么是波峰和波谷、密部和疏部?？茖W(xué)思維能夠通過(guò)實(shí)例分析機(jī)械波的形成和傳播特點(diǎn)，能夠通過(guò)對(duì)比來(lái)區(qū)分橫波和縱波?？茖W(xué)探究(1)觀(guān)察并探究繩波的產(chǎn)生與傳播。(2)觀(guān)察并探究彈簧形成的波?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任認(rèn)識(shí)物理研究是對(duì)自然現(xiàn)象進(jìn)行抽象的創(chuàng)造性工作，培養(yǎng)對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣。一、波的形成1．波動(dòng)：_____的傳播，簡(jiǎn)稱(chēng)波。2．波的形成

當(dāng)手握繩端上下振動(dòng)時(shí)，繩端______相鄰的質(zhì)點(diǎn)，使它也上下振動(dòng)，這個(gè)質(zhì)點(diǎn)又______更遠(yuǎn)一些的質(zhì)點(diǎn)……繩子上的質(zhì)點(diǎn)都跟著______起來(lái)，只是后面的質(zhì)點(diǎn)總比前面的質(zhì)點(diǎn)遲一些開(kāi)始振動(dòng)。這樣依次帶動(dòng)下去，繩端這種上下振動(dòng)的狀態(tài)就沿繩子傳出去了，整體上形成了凹凸相間的波形。振動(dòng)帶動(dòng)帶動(dòng)振動(dòng)3．波的分類(lèi)(1)橫波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相互______的波，叫作橫波。在橫波中，______________叫作波峰，_____________叫作波谷。(2)縱波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在____________的波，叫作縱波。在縱波中，質(zhì)點(diǎn)分布______的位置叫作密部，質(zhì)點(diǎn)分布_____的位置叫作疏部。垂直凸起的最高處凹下的最低處同一直線(xiàn)上最密最疏二、機(jī)械波1．介質(zhì)：波借以_______的物質(zhì)。2．機(jī)械波：機(jī)械振動(dòng)在_____中傳播，形成機(jī)械波。3．機(jī)械波傳播的三個(gè)特點(diǎn)(1)介質(zhì)中有機(jī)械波傳播時(shí)，介質(zhì)本身并不隨波一起傳播，它傳播的只是_____這種運(yùn)動(dòng)形式。(2)波是傳遞______的一種方式。(3)波可以傳遞______。傳播介質(zhì)振動(dòng)能量信息(1)機(jī)械波傳播必須有介質(zhì)的參與，因?yàn)橐拷橘|(zhì)中質(zhì)點(diǎn)間的相互作用帶動(dòng)周?chē)|(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，向外傳遞運(yùn)動(dòng)和能量，形成波。(2)有波源和有介質(zhì)是形成機(jī)械波的必要條件，二者缺一不可，有振動(dòng)不一定有機(jī)械波，有機(jī)械波一定有振動(dòng)。

1．如圖所示，用手抓住繩子的一端用力上下振動(dòng)，就形成一列繩波。試判斷下列說(shuō)法的正誤。(1)在繩波的形成和傳播中，所有質(zhì)點(diǎn)同時(shí)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)停止運(yùn)動(dòng)。

()(2)在繩波的形成和傳播中，所有質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)是近似的勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。

()(3)波的形成過(guò)程中，前面的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)后面的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，后面的質(zhì)點(diǎn)重復(fù)前面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)。

()××√2．科學(xué)探測(cè)表明，月球表面無(wú)大氣層，也沒(méi)有水，更沒(méi)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(duì)面講話(huà)卻無(wú)法聽(tīng)到，請(qǐng)分析其原因？提示：宇航員發(fā)出的聲波為機(jī)械波，傳播需要介質(zhì)，而月球上沒(méi)有空氣，聲波無(wú)法傳播。新知學(xué)習(xí)(一)|機(jī)械波的形成和傳播[任務(wù)驅(qū)動(dòng)]如圖所示，手拿繩的一端，上下振動(dòng)一次，使繩上形成一個(gè)凸起狀態(tài)，隨后形成一個(gè)凹落狀態(tài)，可以看到，這個(gè)凸起狀態(tài)和凹落狀態(tài)在繩上從一端向另一端移動(dòng)。如果在繩子上某處做一紅色標(biāo)記，觀(guān)察這一紅色標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)。(1)紅色標(biāo)記有沒(méi)有隨波遷移？(2)當(dāng)手停止抖動(dòng)后，繩上的波會(huì)立即停止嗎？提示：(1)沒(méi)有，紅色標(biāo)記只在豎直方向上下振動(dòng)。(2)不會(huì)，當(dāng)手停止抖動(dòng)后，波仍向右傳播。

[重點(diǎn)釋解]1．機(jī)械波的形成2．波的特點(diǎn)(1)振幅：像繩波這種一維(只在某個(gè)方向上傳播)機(jī)械波，若不計(jì)能量損失，各質(zhì)點(diǎn)的振幅相同。(2)周期：各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期均與波源的振動(dòng)周期相同。(3)步調(diào)：離波源越遠(yuǎn)，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)越滯后。(4)運(yùn)動(dòng)：各質(zhì)點(diǎn)只在各自的平衡位置附近做往復(fù)振動(dòng)，并不隨波遷移。(5)實(shí)質(zhì)：機(jī)械波向前傳播的是振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)形式，同時(shí)也傳遞能量和信息。3．振動(dòng)和波動(dòng)的區(qū)別與聯(lián)系

振動(dòng)波動(dòng)區(qū)別研究對(duì)象單個(gè)質(zhì)點(diǎn)在平衡位置附近的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，研究的是單個(gè)質(zhì)點(diǎn)的“個(gè)體行為”振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播，研究的是大量質(zhì)點(diǎn)將波源振動(dòng)傳播的“群體行為”力的來(lái)源可以由作用在物體上的各種性質(zhì)力提供聯(lián)系介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的彈力運(yùn)動(dòng)性質(zhì)質(zhì)點(diǎn)做變加速運(yùn)動(dòng)在均勻介質(zhì)中是勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)聯(lián)系(1)振動(dòng)是波動(dòng)的原因，波動(dòng)是振動(dòng)的結(jié)果；有波動(dòng)必然有振動(dòng)，但有振動(dòng)不一定有波動(dòng)(2)波動(dòng)的性質(zhì)、頻率和振幅都與振源相同[答案]見(jiàn)解析圖波動(dòng)過(guò)程中介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)波動(dòng)過(guò)程中介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期都與波源的振動(dòng)周期相同，其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)可用三句話(huà)來(lái)描述：(1)先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)后振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)；(2)后振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)重復(fù)前面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)；(3)后振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)狀態(tài)落后于先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)。概括起來(lái)就是“帶動(dòng)、重復(fù)、落后”。/方法技巧/[針對(duì)訓(xùn)練]1．(多選)關(guān)于機(jī)械波的形成和傳播，下列說(shuō)法中正確的是

(

)A．機(jī)械波只能在介質(zhì)中傳播，波源周?chē)绻麤](méi)有介質(zhì)，就不能形成機(jī)械波B．離波源較近的質(zhì)點(diǎn)總比離波源較遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)得遲一些C．離波源較近的質(zhì)點(diǎn)總比離波源較遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)得早一些D．一旦波源振動(dòng)起來(lái)，介質(zhì)中的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)也就立刻振動(dòng)起來(lái)解析：機(jī)械波形成的條件是有波源和介質(zhì)，兩者缺少一個(gè)就不能形成機(jī)械波；機(jī)械波的形成可表述為離波源近的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)離波源遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，故離波源近的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)得早一些。所以選項(xiàng)A、C正確。答案：AC解析：根據(jù)題意，當(dāng)振動(dòng)傳播到質(zhì)點(diǎn)13時(shí)，質(zhì)點(diǎn)1恰好完成一次全振動(dòng)；故此時(shí)質(zhì)點(diǎn)1～13間波形為一個(gè)完整的正弦波形，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)10處于正向最大位移處，回復(fù)力最大，方向指向平衡位置，即向下；根據(jù)牛頓第二定律，可知加速度最大，且方向也指向平衡位置，即向下，故選B、D。答案：BD

答案：BC新知學(xué)習(xí)(二)|橫波和縱波的比較[任務(wù)驅(qū)動(dòng)]手握輕彈簧的一端，另一端固定，上下抖動(dòng)彈簧，彈簧形成凹凸相間的形狀，如圖1所示。手握輕彈簧一端左右有規(guī)律的振動(dòng)，彈簧便形成疏密相間的形狀，如圖2所示。(1)圖1彈簧振動(dòng)方向與其形成的波傳播方向有什么關(guān)系？該種波叫什么波？(2)圖2彈簧振動(dòng)方向與其形成的波傳播方向有什么關(guān)系？該種波叫什么波？提示：(1)垂直橫波(2)在同一直線(xiàn)上縱波

[重點(diǎn)釋解]1．橫波與縱波的比較名稱(chēng)項(xiàng)目橫波縱波概念在波動(dòng)中，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向相互垂直在波動(dòng)中，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向在一條直線(xiàn)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(dòng)中交替、間隔出現(xiàn)波峰和波谷在波動(dòng)中交替、間隔出現(xiàn)密部和疏部2．對(duì)波的認(rèn)識(shí)的兩點(diǎn)提醒(1)水波的認(rèn)識(shí)方面：水波既不是橫波也不是縱波，它屬于比較復(fù)雜的機(jī)械波。(2)縱波的認(rèn)識(shí)方面：在縱波中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在同—直線(xiàn)上，而不是方向相同。[典例體驗(yàn)][典例]對(duì)于橫波和縱波，下列說(shuō)法中正確的是

(

)A．質(zhì)點(diǎn)在水平面內(nèi)振動(dòng)的波一定是橫波B．質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)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(shí)刻橫波中波峰和波谷處的質(zhì)點(diǎn)位移都是最大D．橫波中波峰處質(zhì)點(diǎn)位移最大，波谷處質(zhì)點(diǎn)位移最小[解析]物理學(xué)中把質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直的波，稱(chēng)作橫波，把質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在同一直線(xiàn)上的波，稱(chēng)作縱波，所以質(zhì)點(diǎn)在水平面內(nèi)振動(dòng)的波不一定是橫波；質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)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(cuò)誤；橫波中波峰和波谷處振動(dòng)情況總是相反，橫波中波峰和波谷處的質(zhì)點(diǎn)位移都是最大，故C正確，D錯(cuò)誤。[答案]

C[針對(duì)訓(xùn)練]1．(多選)機(jī)械波按質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)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(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向，下列說(shuō)法正確的是

(

)A．在橫波中二者方向有時(shí)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(shí)相同D．在縱波中二者方向一定不同解析：在橫波中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)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(cuò)，B對(duì)；在縱波中二者方向在同一直線(xiàn)上，既可以相同，也可以相反，故C對(duì)，D錯(cuò)。答案：BC

2．(多選)某地發(fā)生7.1級(jí)強(qiáng)地震，若恰好在震源(位于地下)正上方地區(qū)的一個(gè)觀(guān)測(cè)站記錄的縱波和橫波的到達(dá)時(shí)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(rèn)為波的速度恒定，則下列判斷正確的是

(

)A．地震時(shí)，震源正上方地區(qū)的建筑物先左右振動(dòng)、后上下振動(dòng)B．地震時(shí)，震源正上方地區(qū)的建筑物先上下振動(dòng)、后左右振動(dòng)C．震源距該觀(guān)測(cè)站的距離為25kmD．震源距該觀(guān)測(cè)站的距離為36km答案：BD3．2023年2月6日，土耳其發(fā)生7.8級(jí)地震，造成了重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，我國(guó)及時(shí)派出了多支救援隊(duì)趕赴現(xiàn)場(chǎng)展開(kāi)救援工作。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，地震波在地球內(nèi)部和地表傳播，有時(shí)使人感到左右搖晃，有時(shí)使人感到上下顛簸。請(qǐng)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(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向之間的關(guān)系。一、好素材分享——看其他教材如何落實(shí)核心素養(yǎng)

物理觀(guān)念——會(huì)跳舞的火焰1．(選自魯科版新教材“迷你實(shí)驗(yàn)室”)如圖所示，將一支燃燒的蠟燭放在音響喇叭的紙盆前，讓音響播放音樂(lè)，開(kāi)大音量，蠟燭的火焰會(huì)隨著音樂(lè)來(lái)回?cái)[動(dòng)，就像在跳舞一樣。請(qǐng)思考蠟燭火焰的擺動(dòng)與縱波有什么聯(lián)系。提示：聲波是縱波，音響喇叭的紙盆振動(dòng)，帶動(dòng)空氣分子左右振動(dòng)，從而引起蠟燭的火焰隨著音樂(lè)左右擺動(dòng)，音量越大，空氣分子左右振動(dòng)的幅度越大，火焰擺動(dòng)的幅度也越大。

科學(xué)思維——把落水的籃球推回岸邊2．(選自魯科版新教材課后練習(xí))某同學(xué)跟朋友們打籃球時(shí)，籃球掉進(jìn)了球場(chǎng)旁邊的湖水里。該同學(xué)想向湖中丟一石塊激起水波，讓籃球隨水波漂回岸邊。該同學(xué)的想法能實(shí)現(xiàn)嗎？為什么？提示：不能實(shí)現(xiàn)。石塊激起的水波，只能使水面上的籃球上下振動(dòng)，而不能隨波遷移。

科學(xué)探究——波的形成3．

(選自魯科版新教材“實(shí)驗(yàn)與探究”)如圖所示，把軟繩的一端系

在墻上，用手抓住繩子的另一端上下振動(dòng)，可看見(jiàn)沿繩傳播的波。

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任——地震波的認(rèn)識(shí)4．(選自滬科版新教材課后練習(xí))2011年3月11日，日本宮城縣發(fā)生了里氏9.0級(jí)地震并引發(fā)海嘯，造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。從這一事件中，你能進(jìn)一步理解(地震)波本質(zhì)上傳播的是什么嗎？

提示：由于海底發(fā)生強(qiáng)烈的地震時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大的能量，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(yùn)含的核心價(jià)值1．圖中展示了一張骨牌倒下時(shí)引起的相鄰骨牌依次倒下的照片，以及一陣風(fēng)吹過(guò)麥地形成的麥浪滾滾的景象。關(guān)于骨牌和麥浪的運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是

(

)A．骨牌的運(yùn)動(dòng)形成了波，麥子的運(yùn)動(dòng)形成的不是波B．麥子的運(yùn)動(dòng)形成了波，骨牌的運(yùn)動(dòng)形成的不是波C．麥浪和骨牌的運(yùn)動(dòng)都形成了波D．麥浪和骨牌的運(yùn)動(dòng)都沒(méi)有形成波解析：推倒一張骨牌時(shí)，其余各骨牌由于骨牌間的相互作用也會(huì)相繼倒下，骨牌本身沒(méi)有相應(yīng)位置的移動(dòng)，所以骨牌的運(yùn)動(dòng)形成了波，麥子的運(yùn)動(dòng)是由于風(fēng)力，形成的不是波。所以A正確，B、C、D錯(cuò)誤。答案：A2．(多選)

一般高層建筑物在底層與巖石之間建有支柱，如圖所

示。地震時(shí)產(chǎn)生的縱波和橫波是造成建筑物損壞的主要原因，

為了避免在地震時(shí)建筑物損壞，可在建造時(shí)采取適當(dāng)?shù)拇胧?/p>

下列做法中比較合理的是

(

)A．減小支柱的長(zhǎng)度B．增加建筑物的高度C．在建筑物底層與支柱間嵌入高彈性橡膠塊D．在支柱和巖石間安置可在水平方向滑動(dòng)的護(hù)墊解析：分析橫波與縱波的特點(diǎn)，橫波的特點(diǎn)是