【講與練】高中物理人教版(2019)選擇性必修1：3.1 波的形成學(xué)案

1.波的形成學(xué)習(xí)目標1．知道機械波的產(chǎn)生條件，理解機械波的形成過程。2．能區(qū)分橫波和縱波，知道什么是波峰和波谷，密部和疏部。3．知道機械波傳播的是振動的形式、能量和信息。思維脈絡(luò)知識點1波的形成以繩波為例：(1)設(shè)想將繩分成許多小段，每一段都可以看成_質(zhì)點__。(2)相鄰質(zhì)點間有相互作用，當振源質(zhì)點振動時，會帶動相鄰質(zhì)點_振動__。這一質(zhì)點又會帶動下一質(zhì)點振動。(3)后面質(zhì)點的振動_重復(fù)__前面質(zhì)點的振動。(4)后面質(zhì)點振動滯后前面質(zhì)點的振動，同一時刻，各質(zhì)點離開平衡位置的_位移__是不同的，從而形成凹凸相間(疏密相間)的波形。知識點2橫波和縱波機械波可分為_橫波__和_縱波__兩類，其波形及描述對比如下：定義標識性物理量實物波形橫波質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向相互_垂直__的波①波峰：凸起的_最高處__②波谷：凹下的_最低處__縱波質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在_同一直線上__的波①密部：質(zhì)點分布_最密__的位置②疏部：質(zhì)點分布_最疏__的位置知識點3機械波1．介質(zhì)(1)定義：繩、彈簧、水、空氣等_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．形成機械振動在_介質(zhì)__中傳播，形成機械波。3．兩個產(chǎn)生條件(1)要有_振源__。(2)要有傳播振動的_介質(zhì)__。4．傳遞的三個特點(1)介質(zhì)中的機械波傳播時，介質(zhì)本身并不隨波一起傳播，它傳播的只有_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__。思考辨析『判一判』(1)在水平方向傳播的波為橫波。(×)(2)在機械波中各質(zhì)點不隨波的傳播而遷移。(√)(3)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。(×)(4)機械波在傳播過程中，各質(zhì)點振動的周期、起振方向都相同。(√)(5)縱波指的是質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向垂直的波。(×)(6)橫波中分密部和疏部，縱波中分波峰和波谷。(×)『選一選』一個小石子投向平靜的湖面中心，會激起一圈圈波紋向外傳播，如果此時水面上有一片樹葉(如圖)，下列對樹葉運動情況的敘述正確的是(C)A．樹葉慢慢向湖心運動B．樹葉慢慢向湖岸漂去C．在原處上下振動D．沿著波紋做圓周運動解析：由于波在傳播過程中，只傳遞振動能量和波源所發(fā)出的信息，而各質(zhì)點不隨波遷移，只在各自的平衡位置附近做振動，故選C?！合胍幌搿?019年6月17日，四川宜賓市長寧發(fā)生了6.0級地震，地震波中既有縱波，又有橫波，而且由地殼傳播時縱波速度大于橫波速度。在地震時，當?shù)鼐用窀惺艿恼駝討?yīng)該是怎樣的？答案：當?shù)鼐用袷紫葧械缴舷骂嶔?，后來又會感到在水平方向上左右搖動。解析：由縱波的傳播特點：傳播方向與質(zhì)點的振動方向在同一直線上，并且因為縱波傳播得快，所以居民首先會感到上下顛簸。由橫波的傳播特點：波的傳播方向與振動方向垂直，且傳播的速度較小，所以橫波傳來得晚，因此后來居民又會感到在水平方向上左右搖動。探究機械波的形成及特點情境導(dǎo)入藝術(shù)體操也叫韻律體操，是一種藝術(shù)性很強的女子競賽體操項目。19世紀末20世紀初起源于歐洲。藝術(shù)體操表演項目有很多，絲帶舞表演就是其中之一，如圖所示是一幅絲帶舞的表演圖。(1)絲帶上的各點有沒有隨波遷移？(2)運動員的手停止抖動后，絲帶上的波會立即停止嗎？提示：(1)沒有(2)不會解析：(1)波傳播的只是振動形式，介質(zhì)中各質(zhì)點本身并不會隨波遷移。(2)波傳播的是能量，波源停止振動，但能量還會依次向外傳播。要點提煉1.機械波的形成2．機械波的特點(1)機械波傳播的是振動形式、能量和信息，介質(zhì)中各質(zhì)點本身并不隨波傳播而遷移，而是在各自的平衡位置附近振動。(2)由于波的形成實際上是從波源開始依次帶動介質(zhì)中的各個質(zhì)點參與振動，所以各個質(zhì)點都在做受迫振動，因此各個質(zhì)點振動的周期(頻率)與波源的周期(頻率)相同。(3)在不考慮能量損失時，各質(zhì)點振動的振幅相同，各質(zhì)點的起振方向都與波源開始振動的方向相同。(4)機械波傳播的是波源的信息我們用語言進行交流，是利用聲波傳遞信息。(5)機械波是一種“集體運動”波的形成離不開介質(zhì)中大量質(zhì)點的集體振動，個別質(zhì)點形不成波。特別提醒(1)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。(2)機械波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)中的各點不隨波向前遷移，只在各自平衡位置附近做往復(fù)振動。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)點將波源振動進行傳播的“群體行為”力的來源可以由作用在物體上的各種性質(zhì)力提供可以由聯(lián)系介質(zhì)中各質(zhì)點的彈力提供運動性質(zhì)質(zhì)點做變加速運動在同一種均勻介質(zhì)中是勻速直線運動聯(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，但有振動不一定有波動(2)波動的性質(zhì)、頻率和振幅都與振源相同提醒：注意區(qū)分振動和波動。典例剖析典例1(多選)關(guān)于機械波的形成，下列說法中正確的是(BC)A．物體做機械振動，一定產(chǎn)生機械波B．后振動的質(zhì)點總是跟著先振動的質(zhì)點重復(fù)振動，只是時間落后一步C．參與振動的質(zhì)點都有相同的頻率D．機械波是介質(zhì)隨波遷移，也是振動能量的傳遞思路引導(dǎo)：(1)知道機械波的產(chǎn)生條件；(2)明確機械波傳播過程中各質(zhì)點的振動情況。解析：機械波的形成必須具備的兩個條件：振源和介質(zhì)。只有物體做機械振動，而其周圍沒有傳播這種振動的介質(zhì)，遠處介質(zhì)的質(zhì)點不可能振動起來而形成機械波，故A選項錯誤；任何一個振動的質(zhì)點都是一個波源，帶動它周圍的質(zhì)點振動，將振動傳播開來，所以后一質(zhì)點總是落后，但振動頻率相同，故B、C選項正確；形成機械波的各振動質(zhì)點只在平衡位置附近往復(fù)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)點的傳遞從波源獲得，故D選項不正確。對點訓(xùn)練?將一部手機調(diào)成接收信號就發(fā)出聲響并且振動的狀態(tài)，然后將這部手機放在密封的玻璃罩內(nèi)，當我們抽掉玻璃罩內(nèi)的空氣后，再發(fā)出信號呼叫該手機，你可以感受到(D)A．手機發(fā)出聲音同時振動B．手機發(fā)出聲音但是不振動C．手機沒有發(fā)出聲音也不振動D．手機沒有發(fā)出聲音但是在振動解析：聲音是由物體的振動產(chǎn)生的，聲音的傳播需要介質(zhì)，聲音在真空中不能傳播，所以抽掉玻璃罩內(nèi)的空氣后，聲音傳播不出來，故不能聽到手機發(fā)聲但能看到手機在振動，故D選項正確。探究橫波與縱波情境導(dǎo)入(1)圖甲是繩波，其中質(zhì)點的振動方向與傳播方向是什么關(guān)系？(2)圖乙是聲波，其中質(zhì)點的振動方向與傳播方向是什么關(guān)系？提示：(1)相互垂直(2)在一條直線上解析：(1)繩波是橫波(2)聲波是縱波。要點提煉橫波和縱波的區(qū)別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)密部和疏部特別提醒(1)繩波和聲波分別是典型的橫波和縱波，水波是比較復(fù)雜的機械波。(2)在縱波中各質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在同一直線上，而不是方向相同。典例剖析典例2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。(1)(多選)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(BC)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(2)如圖所示，若一列橫波在x軸上傳播，a點是波傳播方向上的某一質(zhì)點，則質(zhì)點a的振動方向一定上下振動嗎？思路引導(dǎo)：深刻理解質(zhì)點振動方向與波的傳播方向的關(guān)系，在橫波中二者“相互垂直”的含義，在縱波中二者“在同一直線上”的含義。解析：(1)在橫波中質(zhì)點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。(2)不一定。因為此波為橫波，可知質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向相互垂直，此波在x軸上傳播，可知質(zhì)點a的振動方向應(yīng)在過a點且垂直于x軸的平面內(nèi)，即質(zhì)點a的振動方向可沿此平面的任意方向，不一定是上下方向的振動。答案：(2)不一定對點訓(xùn)練?(多選)下列關(guān)于橫波與縱波的說法中，正確的是(CD)A．聲波一定是縱波B．水波一定是橫波C．地震波既有橫波，也有縱波D．橫波只能在固體中傳播，縱波既可以在固體中傳播，也可以在液體、氣體中傳播解析：聲波可以在空氣中傳播也可以在液體和固體中傳播，空氣中的聲波一定是縱波，而液體、固體中的聲波既可能是縱波，也可能是橫波，故A錯；水波既不是橫波，也不是縱波，它的運動形式比較復(fù)雜，故B錯；地震波既有橫波，也有縱波，故發(fā)生地震時，地面既有上下振動，也有左右運動。C正確；D正確。1．(多選)(2023·安徽省定遠高二下學(xué)期檢測)下列關(guān)于機械波的說法正確的是(AC)A．波動發(fā)生需要兩個條件：波源和介質(zhì)B．波動過程是介質(zhì)質(zhì)點由近及遠移動的過程C．波動過程是能量由近及遠傳遞的過程D．波源與介質(zhì)質(zhì)點的振動都是自由振動解析：波源(即振源)振動時，依靠介質(zhì)中的相互作用力帶動周圍各部分質(zhì)點振動起來，形成機械波。作為介質(zhì)的各質(zhì)點只在平衡位置附近振動，并不隨波向外遷移，僅把振源的振動和能量傳播開來。波源和介質(zhì)質(zhì)點之間的相互作用力帶動相鄰的質(zhì)點振動，是受迫振動，故介質(zhì)質(zhì)點的振動不是自由振動。選項A、C正確，B、D錯誤。2．(多選)(2023·湖北省襄陽市第四中學(xué)高二下學(xué)期月考)關(guān)于振動和波的關(guān)系，下列說法中正確的是(AB)A．振動是波的成因，波是振動的傳播B．振動是單個質(zhì)點呈現(xiàn)的運動現(xiàn)象，波是許多質(zhì)點聯(lián)合起來呈現(xiàn)的運動現(xiàn)象C．波的傳播速度就是質(zhì)點振動的速度D．波源停止振動時，波立即停止傳播解析：機械波的產(chǎn)生條件是有波源和介質(zhì)，由于介質(zhì)中的質(zhì)點依次帶動由近及遠傳播而形成波，所以選項A、B正確；波的傳播速度是波形由波源向外伸展的速度，在均勻介質(zhì)中其速度大小不變，而質(zhì)點振動的速度和方向都隨時間周期性地發(fā)生變化，選項C錯誤；波源一旦將振動傳播給了介質(zhì)，振動就在介質(zhì)中向遠處傳播，而當波源停止振動時，振動在介質(zhì)中仍然繼續(xù)傳播，不會隨波源停止振動而停止傳播，選項D錯誤。3．(2023·湖北省漢川市第二中學(xué)高二下學(xué)期月考)地震波中的橫波和縱波傳播速率分別約為4km/s和9km/s，一種簡易地震儀由豎