機械波的產(chǎn)生和傳播

1、機械波的產(chǎn)生和傳播【學習目標】1 知道直線上波的形成過程.2 理解什么是機械波，確認波是傳播振動形式和傳遞能量的一種方式.3 知道什么是橫波、波峰和波谷.4 知道什么是縱波、密部和疏部.【要點梳理】 要點一、機械波1機械波的形成(1) 介質(zhì)：能夠傳播機械振動的物質(zhì)叫介質(zhì)，它可以是固、液、氣三態(tài)中任意一種可以把介質(zhì) 看成由許多質(zhì)點構成，質(zhì)點與相鄰質(zhì)點互相聯(lián)系.(2) 平衡位置：在沒有外來振動之前，各個質(zhì)點排列在同一直線上，各個質(zhì)點所在位置稱為各自 的平衡位置.(3 )波源：由于外來的擾動，在水、繩及空氣的某一質(zhì)點會引起振動，首先振動的這個質(zhì)點即為 波源.(4) 由于介質(zhì)之間存在著相互作用力，作為

2、波源的質(zhì)點就帶動周圍質(zhì)點振動，波源周圍質(zhì)點跟著波源做受迫振動獲得能量后，再帶動鄰近質(zhì)點振動，于是振動就在介質(zhì)中由近及遠地傳播.(5) 盡管各個質(zhì)點都在重復波源的振動，但是各個質(zhì)點振動的步調(diào)是不一致的，沿著波的傳播方向離波源遠的質(zhì)點開始振動的時間要落后于離波源近的質(zhì)點這就是說，在同一時刻，介質(zhì)中各個質(zhì)點離開平衡位置的位移是不相同的，這樣就形成了凸凹相間(或疏密相間)的波形.2 均勻介質(zhì)中的橫波形成過程波源(被手握住的繩端)上、下做簡諧振動，如圖.水平均質(zhì)繩上的振動傳播過程，如圖.要點二、機械波形成的條件及分類1機械波形成的條件(1) 有持續(xù)振動的波源.(也叫振源)(2) 傳播振動的介質(zhì).波源做簡

3、諧運動時，在均勻介質(zhì)中傳播形成簡諧波.2 .波的分類(1) 橫波：質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直的波叫橫波，凸起的最高處叫波峰，凹下的最低 處叫波谷.(2) 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叫縱波.質(zhì)點分布密的部分叫密部， 分布疏的部分叫疏部.要點詮釋：氣體、液體、固體都能傳播縱波，但氣體不能傳播橫波因為氣體不能發(fā)生剪切形變， 無法傳播橫波.3 .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，這種波叫橫波在波動中，質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向在 同一直線上，這種波叫縱波介質(zhì)只能在固體中傳播在固體、液體和氣體中均能傳播.聲波是縱波特征在波動中交

4、替、間隔出現(xiàn)波峰和波谷在波動中交替、間隔出現(xiàn)密部和疏部要點三、振動與波1.振動與波動的關系類別振動波動運動現(xiàn)象振動是單個質(zhì)點所表現(xiàn)出的周而復始的 運動現(xiàn)象波動是質(zhì)點群聯(lián)合起來表現(xiàn)出的周而復始 的運動現(xiàn)象運動成因質(zhì)點由于某種原因離開平衡位置，冋時受到指向平衡位置的力一一回復力的作用介質(zhì)中質(zhì)點受到相鄰質(zhì)點的擾動而隨著運 動，并將振動形式由近及遠的傳播開，各 質(zhì)點間存在相互作用的彈力聯(lián)系(1)振動是波動的起因，波動是振動的傳播(2)有波動一疋有振動，有振動不一疋有波動(3)波動的周期等于質(zhì)點振動的周期2 振動與波動的區(qū)別(1 )從運動對象看： 振動是一個質(zhì)點或物體以平衡位置為中心的往復運動. 波動是

5、在波源的帶動下，介質(zhì)中大量質(zhì)點依次發(fā)生振動而形成的集體運動.(2 )從運動原因看： 振動是由于質(zhì)點受回復力作用的結果. 波動是由于介質(zhì)中相鄰質(zhì)點的帶動的結果.(3 )從能量變化看： 振動系統(tǒng)的動能和勢能相互轉化，對簡諧運動來說，轉化過程中總機械能保持不變. 波傳播過程中，介質(zhì)里每一振動質(zhì)點的動能和勢能同時達到最大，同時達到最小，質(zhì)點的機械 能在最大與最小值之間變化，而每個質(zhì)點在不斷地吸收和放出能量，因而波的傳播過程也是能量的傳 播過程.3.帶動看齊"法分析質(zhì)點的振動方向在波的傳播中，靠近波源的質(zhì)點帶動后面的質(zhì)點運動，離波源遠的質(zhì)點追隨離波源近的質(zhì)點.用 帶動看齊”的思路可分析各個質(zhì)點

6、的振動方向.方法：在質(zhì)點P靠近波源一方附近的圖像上另找一點P J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.4 .波傳播了運動形式，傳遞了能量，傳遞了信息(1) 各質(zhì)點都做受迫振動，其振動的頻率(或周期)都與波源的頻率(或周期)相同，各質(zhì)點的 起振方向都與波源相同，但不同步，離波源越遠的質(zhì)點振動越滯后.(2) 機械波傳播的是波源的運動形式和波源提供的能量，介質(zhì)中各質(zhì)點并不隨波遷移，而是在自 己的平衡位置附近振動.在橫波中，波動方向與振動方向垂直.均勻介質(zhì)中，波動是勻速運動，振動是變速運動.(3 )介質(zhì)中各質(zhì)點靠彈力相互作用，前一質(zhì)點帶動后一質(zhì)點振動，后一質(zhì)點跟著前

7、一質(zhì)點，故可 根據(jù)前一質(zhì)點的位置而確定后一質(zhì)點的運動方向.此外，若不計能量損失，在均勻介質(zhì)中各質(zhì)點振動 的振幅應相同.(4)機械波在傳播時也傳遞了信息.【典型例題】 類型一、機械波的理解例1.在機械波中有().A .各質(zhì)點都在各自的平衡位置附近振動B .相鄰質(zhì)點間必有相互作用力C .前一質(zhì)點的振動帶動相鄰的后一質(zhì)點振動，后一質(zhì)點的振動必定落后于前一質(zhì)點D .各質(zhì)點也隨波的傳播而遷移【思路點撥】波傳播的特點是離波源近的質(zhì)點帶動離波源遠的質(zhì)點振動，離波源遠的質(zhì)點重復離 波源近的質(zhì)點的運動， 因此各相鄰質(zhì)點間必須有力的作用，但各質(zhì)點只能在平衡位置附近做簡諧運動.【答案】A、B、C【解析】振源的振動使

8、其周圍質(zhì)點依次振動，之所以能依次振動下去，就是依靠了相鄰質(zhì)點間的 相互作用力；沿波的傳播方向，后一質(zhì)點的振動必滯后于前一質(zhì)點的振動；質(zhì)點只在平衡位置附近振 動，并不隨波遷移.【總結升華】波傳播的特點是離波源近的質(zhì)點帶動離波源遠的質(zhì)點振動，離波源遠的質(zhì)點重復離 波源近的質(zhì)點的運動， 因此各相鄰質(zhì)點間必須有力的作用，但各質(zhì)點只能在平衡位置附近做簡諧運動.舉一反三：【變式1】關于機械波的概念，下列說法中正確的是（）A 質(zhì)點振動的方向總是垂直于波傳播的方向B 簡諧波沿長繩傳播，繩上相距半個波長的兩質(zhì)點振動位移的大小相等C.任一振動質(zhì)點每經(jīng)過一個周期沿波的傳播方向移動一個波長D 相隔一個周期的兩時刻，簡

9、諧波的圖象相同【答案】D【解析】對于橫波，質(zhì)點振動的方向總是垂直于波傳播的方向。對于縱波，（如彈簧振子）質(zhì)點 的震動和傳播的方向是平行的，所以A錯；繩上相距半個波長是繩長，并不等于半個波長，因為繩子此時是彎曲的，B錯；質(zhì)點并不隨著波的傳播而移動，它只做周期的震動， C錯；相隔一個周期的所有時刻，簡諧波的圖象都是相同的，D正確。舉一反三：【變式2】一列沿x方向傳播的橫波，其振幅為 A，波長為，某一時刻波的圖象如圖所示。在 該時刻，某一質(zhì)點的坐標為 （, 0）,經(jīng)過四分之一周期后，該質(zhì)點的坐標為（）5A , 0B /, A4、A5、 AC.，, AD, A4【答案】B類型二、波動中質(zhì)點振動方向的判

10、斷例2如圖所示為沿水平方向的介質(zhì)中的部分質(zhì)點，每相鄰兩質(zhì)點間距離相等，其中O為波源.設波源的振動周期為 T，自波源通過平衡位置豎直向下振動時開始計時，經(jīng)過T質(zhì)點1開始起振，則下4列關于各質(zhì)點的振動和介質(zhì)中的波的說法中正確的是（）A介質(zhì)中所有質(zhì)點的起振方向都是豎直向下的，但圖中質(zhì)點9起振最晚B圖中所有質(zhì)點的起振時間都是相同的，起振的位置和起振的方向是不同的C 圖中質(zhì)點8的振動完全重復質(zhì)點 7的振動，只是質(zhì)點8振動時，通過平衡位置或最大位移的時 間總是比質(zhì)點7通過的相同位置時落后 T4D 只要圖中所有質(zhì)點都已振動了，質(zhì)點1與質(zhì)點9的振動步調(diào)就完全一致，但如果質(zhì)點1發(fā)生的是第100次振動，則質(zhì)點9發(fā)

11、生的就是第98次振動【答案】A、C、D【解析】據(jù)波的傳播特點知，波傳播過程中各質(zhì)點的振動總是重復波源的振劫，所以起振方向相同，都是豎直向下，但從時間上來說，起振依次落后T的時間所以選項 A、C正確，B項錯誤；由4題意知，質(zhì)點9比質(zhì)點1應晚起振兩個周期， 所以當所有質(zhì)點都起振后， 質(zhì)點1與質(zhì)點9步調(diào)完全一致， 所以選項D正確【總結升華】質(zhì)點振動方向的判斷，關鍵搞清波的形成，才能理解各質(zhì)點的振動情況. 舉一反三：【變式】如圖所示是以質(zhì)點 P為波源的機械波沿著一根固定的輕繩傳播到質(zhì)點Q的波形圖，則質(zhì)點P剛開始振動時的方向為（）A .向上B .向下C.向左D .向右【答案】A【解析】因為每一個點都是重

12、復它前面那個點的運動規(guī)律。因此Q點將要發(fā)生的運動就是 P點的運動情況。由圖可知，波向左傳播，Q向上振動。因此 P剛開始振動時的方向是向上。類型三、已知質(zhì)點振動方向，找波的傳播方向例3.列簡諧波某時刻的波形如圖所示，此時質(zhì)點P的速度方向沿y軸負方向，則（）.A .這列波沿X軸正方向傳播B. 當質(zhì)點P位于最低點時，質(zhì)點 b一定到達x軸下方C. 當質(zhì)點P位于最低點時，質(zhì)點 a一定到達平衡位置D. 當質(zhì)點P位于最低點時，質(zhì)點 b一定到達平衡位置【思路點撥】清楚波的形成原因，掌握波的傳播特點.在判斷過程中，要以某些特殊位置（平衡 位置、波峰和波谷）為參考點進行分析.【答案】B【解析】由波形圖和 P的振動

13、方向知波向x負方向傳播，A項錯誤，此時b的速度方向向下，因 為P遠離平衡位置而b靠近平衡位置，因此之后 VpV vb，故P位于最低點時b 一定到達x軸下方，B 對，D錯，a與P相距一，故a應在最高點，C錯.2【總結升華】確定波的傳播過程中某質(zhì)點的振動方向.關鍵是要清楚波的形成原因，掌握波的傳 播特點.在判斷過程中，要以某些特殊位置（平衡位置、波峰和波谷）為參考點進行分析.舉一反三：【變式】一列簡諧橫波在 x軸上傳播，某時刻的波形圖如圖所示， a b、c為三個質(zhì)元，a正向 上運動。由此可知（）.A .該波沿x軸正方向傳播B. C正向上運動C .該時刻以后b比c先到達平衡位置D .該時刻以后b比c

14、先到達離平衡位置最遠處【答案】ABC【解析】由a點的振動方向向上，可判斷波的傳播方向，確定c的運動方向，并能比較 b、c兩點回到平衡位置的先后.a正向上運動，振動比左側波峰遲，波向右傳播.故 A正確.根據(jù)波形的平移規(guī)律， c點正向下 運動.故B正確.此時b向上運動，比c先到平衡位置.故 C正確.由圖及運動方向判斷， c比b先 到達離平衡位置最遠處.故 D錯誤.故選ABC .類型四、振動和波的關系第4頁例4關于振動和波的關系，下列說法正確的是（).A .有機械波必有振動 B .有機械振動必有機械波C .波源停振時，介質(zhì)中的波動繼續(xù)向外傳播 D .波源停振時，介質(zhì)中的波動立即停止【答案】A、C【解

15、析】該題考查機械振動和機械波的關系.一個質(zhì)點的振動會帶動鄰近質(zhì)點的振動，使振動這 種運動形式向外傳播出去形成機械波，但在缺少介質(zhì)的情況下，波動現(xiàn)象就無法發(fā)生，故A項正確，B項錯誤.大量質(zhì)點的振動所形成的波動不會因波源的停振而立即消失，因為能量不會無緣無故地消 失，故D項錯誤.C項正確.【總結升華】解決該題的關鍵是理解：（1）機械波形成的務件.（2）波在傳播過程中的特點.舉一反三：【變式】一列橫波沿水平方向傳播，某一時刻的波形如圖所示，則圖中a b、c、d四點此時刻具有相同運動方向的是（）.A. a 和 c b . a 和 dC. b 和 c d . b 和 d【答案】BC【解析】在橫波的圖象中

16、，我們可用 上坡下，下坡上”的經(jīng)驗來判斷質(zhì)點的振動方向或波的傳播 方向利用該結論，不論波向左或向右傳播，可直觀地看出，a和d , b和c的振動方向是一樣的.類型五、波的形成例5.圖（a）中有一條均勻的繩，1、2、3、4川是繩上一系列等間隔的點.現(xiàn)有一列簡諧橫波沿此繩傳播.某時刻，繩上9、1011、12四點的位置和運動方向如圖（b）所示（其他點的運動情況未畫出），3其中點12的位移為零，向上運動，點9的位移達到最大值.試在圖（c）中畫出再經(jīng)過周期時點3 3、4、5、6的位置和速度方向，其他點不必畫.圖（c）的橫、縱坐標與圖（a）、（b）完全相同【思路點撥】根據(jù)橫波的形成原理，由題中給出9、1011、12四點的位置和運動方向?？僧嫵銎渌鼽c的位置和運動方向，如圖實線所示，居中的直線為各點的平衡位置?！窘馕觥扛鶕?jù)橫波的形成原理，由題中給出9、1011、12四點的位置和運動方向。可畫出其他各點的位置和運動方向，如圖實線所示，居中的直線為各點的平衡位置。根據(jù)各點此時的運動方向，即可3找到再過一T各個質(zhì)點的位置和運動方向.如圖虛線所示.43則可知經(jīng)過9周期時點3、4、5、6的位置和速度方向，如圖所示.4【總結升華】本題僅給出波形的一部分，要求考生從波形的移動來判斷某一時刻繩子上各點的位 移和速度，標出速度的大小和方向，實際考查了波的形成過程，考查了考生分析、判斷、