【物理】波的形成 課件-2023-2024學(xué)年高二上學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第一冊(cè)

第三章機(jī)械波第1節(jié)波的形成物理學(xué)中將振動(dòng)的傳播稱為波動(dòng)，簡(jiǎn)稱波。水波振動(dòng)在水中傳播的結(jié)果繩波振動(dòng)在繩上傳播的結(jié)果

波繩波的形成過程【探究】繩波究竟是怎樣形成的呢？設(shè)想:把繩分成很多小段每一小段均可看成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)手握住的那個(gè)質(zhì)點(diǎn)（振源）在手的作用下最先開始上下振動(dòng)

一、波是如何形成的請(qǐng)點(diǎn)擊手

當(dāng)手握繩端上下振動(dòng)時(shí)，繩端處的第1個(gè)質(zhì)點(diǎn)（振源）會(huì)開始振動(dòng)，緊接著帶動(dòng)相鄰的第2個(gè)質(zhì)點(diǎn)開始振動(dòng)，第2個(gè)質(zhì)點(diǎn)又帶動(dòng)更遠(yuǎn)的第3個(gè)質(zhì)點(diǎn)開始振動(dòng)，依次類推……繩端質(zhì)點(diǎn)（振源）的振動(dòng)狀態(tài)沿繩子從左至右由近及遠(yuǎn)依次傳出去。

任何時(shí)刻，后一個(gè)質(zhì)點(diǎn)總在重復(fù)前一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，只不過總比前一個(gè)質(zhì)點(diǎn)遲一些【思考1】繩上的點(diǎn)是不是隨波一起遷移了呢？波傳播的是什么？【思考2】繩上各點(diǎn)是不是同時(shí)開始振動(dòng)的，它們振動(dòng)的步調(diào)一致嗎？【思考3】繩上各點(diǎn)開始振動(dòng)時(shí)的方向(起振方向)與振源起振方向有什么關(guān)系？【思考4】振源振動(dòng)停止后波的傳播會(huì)立刻停止么？繩子上的點(diǎn)只在平衡位置上下振動(dòng)，并不隨波遷移。波傳播的是振動(dòng)這種形式。各質(zhì)點(diǎn)不是同時(shí)起振的，離振源近的質(zhì)點(diǎn)先起振。振動(dòng)步調(diào)不一致：前一質(zhì)點(diǎn)依次帶動(dòng)后一質(zhì)點(diǎn)振動(dòng),但后一質(zhì)點(diǎn)滯后振動(dòng)。繩上個(gè)點(diǎn)開始振動(dòng)的起振方向與振源起振方向相同。

質(zhì)點(diǎn)說：我們從不“隨波逐流”，

我們只是“波”的搬運(yùn)工。前面質(zhì)點(diǎn)對(duì)后面質(zhì)點(diǎn)說：“我的今天就是你的明天”波源停止振動(dòng)后，波仍向前傳播。做一做：新課講授1.傳播方向上各質(zhì)點(diǎn)均做受迫振動(dòng)，先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)后振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，后振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)每時(shí)每刻都要重復(fù)前一質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，但是略微滯后。2.所有質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期、頻率、振幅、起振方向均與波源相同，但是位移和相位不同（運(yùn)動(dòng)滯后）。3.質(zhì)點(diǎn)只在自己的平衡位置附近振動(dòng)，不會(huì)跟隨波向外傳播。波傳播過程中各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特征“帶動(dòng)、重復(fù)、滯后”傳播方向例1.如圖1所示，是某繩波形成過程的示意圖.質(zhì)點(diǎn)1在外力作用下沿豎直方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)2、3、4……各個(gè)質(zhì)點(diǎn)依次上下振動(dòng)，把振動(dòng)從繩的左端傳到右端.已知t＝0時(shí)，質(zhì)點(diǎn)1開始向上運(yùn)動(dòng)，t＝T/4時(shí)，1到達(dá)最上方，5開始向上運(yùn)動(dòng).問：t＝3T/4時(shí)，質(zhì)點(diǎn)8、12、16的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何(是否運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)方向)？當(dāng)堂練：解題技巧：第一步明確波傳遞方向并計(jì)算相鄰兩質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)滯后時(shí)間

例2、簡(jiǎn)諧波在繩中傳播的示意圖如圖所示。質(zhì)點(diǎn)1在外力作用下沿豎直方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)質(zhì)點(diǎn)2、3、4…依次做受迫振動(dòng)。質(zhì)點(diǎn)1從平衡位置向上運(yùn)動(dòng)開始計(jì)時(shí)，t=0.4s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)1第一次到達(dá)最高點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)5開始運(yùn)動(dòng)，若質(zhì)點(diǎn)1的振幅為4cm，則下列說法正確的是（）A．質(zhì)點(diǎn)7和質(zhì)點(diǎn)11的振動(dòng)情況始終相反B．t=1.1s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)11開始向上振動(dòng)C．t=1.2s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)9處于波峰D．0-1.4s內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)7通過的路程為8cmCD

例3、如圖所示，1、2、3、4…是某繩(可認(rèn)為是均勻介質(zhì))上一系列等間距的質(zhì)點(diǎn)．開始時(shí)繩處于水平方向，質(zhì)點(diǎn)1在外力作用下沿豎直方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)2、3、4…各個(gè)質(zhì)點(diǎn)依次上下振動(dòng)，把振動(dòng)從繩的左端傳到右端．已知t=0時(shí)，質(zhì)點(diǎn)1開始向下運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過二分之一周期，質(zhì)點(diǎn)9開始運(yùn)動(dòng)．則在二分之一周期時(shí)，下列說法正確的是()A．質(zhì)點(diǎn)3向上運(yùn)動(dòng)B．質(zhì)點(diǎn)5所受回復(fù)力為最大值C．質(zhì)點(diǎn)6的加速度向下D．質(zhì)點(diǎn)9的振幅為零AB1、定義：機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中由近及遠(yuǎn)的傳播就形成了機(jī)械波。2.產(chǎn)生條件：①有振源。②有可傳播波的介質(zhì)。3、產(chǎn)生原理：組成介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)之間有相互作用，振源開始一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)會(huì)引起相鄰質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)。

二、機(jī)械波波源（振源）：波初始振動(dòng)的位置，能夠維持振動(dòng)的傳播，不間斷的輸入能量，。介質(zhì)：凡是能傳播機(jī)械振動(dòng)的媒介物質(zhì)，都可以叫做介質(zhì)。如繩、彈簧、水空氣等【注意】有振動(dòng)不一定存在波，有波一定存在振動(dòng)．3、機(jī)械波的特點(diǎn)：①振動(dòng)由振源由近及遠(yuǎn)的傳播形成波。(前帶后，后跟前，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)往后傳。)②后一質(zhì)點(diǎn)被帶動(dòng)重復(fù)前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，但時(shí)間和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)落后；③介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)都在做受迫振動(dòng)，其振動(dòng)頻率、周期、振幅、起振方向都與波源相同。④機(jī)械波傳播的是振動(dòng)的形式、能量和信息;⑤各質(zhì)點(diǎn)都以自己的平衡位置為中心振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)并不隨波傳播出去;⑥波源停止振動(dòng)后，波源后面質(zhì)點(diǎn)相繼停止振動(dòng)，波仍向前傳播。⑦傳播速度：波在同一種均勻介質(zhì)中勻速傳播。3.波動(dòng)與振動(dòng)的區(qū)別和聯(lián)系:①

區(qū)別:振動(dòng)是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的往復(fù)運(yùn)動(dòng);波動(dòng)是介質(zhì)中許多質(zhì)點(diǎn)的集體運(yùn)動(dòng)．②聯(lián)系：a.都是周期性的運(yùn)動(dòng)：波動(dòng)周期等于質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期；

b.從構(gòu)成介質(zhì)的某一質(zhì)點(diǎn)來看，所呈現(xiàn)的現(xiàn)象是振動(dòng)，從構(gòu)成介質(zhì)的整體來看，所呈現(xiàn)的現(xiàn)象是波動(dòng)；

c.振動(dòng)是形成波動(dòng)的必要條件，但有振動(dòng)不一定存在波動(dòng)；

d.波動(dòng)是振動(dòng)形式的傳播過程。互相垂直同一直線上【觀察與思考】觀察繩波和推拉彈簧形成的波，判斷這兩種波在傳播的過程中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向間有怎樣的關(guān)系？

縱波

橫波（1）定義：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向跟波的傳播方向垂直的波叫做橫波（凹凸波）。（2）波形特點(diǎn)：有波峰、波谷（凸起的最高處叫做波峰，凹下的最低處叫做波谷）1、橫波

三、橫波和縱波（3）說明：橫波是靠物體內(nèi)部形變而產(chǎn)生的彈力作為回復(fù)力，橫波只能在固體內(nèi)傳播。（水波比較復(fù)雜，高中物理中通常視水波為橫波。）（1）定義：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向跟波的傳播方向在同一直線上的波叫做縱波（疏密波）（2）波形特點(diǎn)：有密部、疏部，疏密相間．

（質(zhì)點(diǎn)分布較密的部分叫密部，質(zhì)點(diǎn)分布較稀的部分叫疏部）（3）說明：縱波是靠介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的相互擠壓而產(chǎn)生的作用力作為回復(fù)力。

縱波在固體、液體、氣體中都能傳播。2、縱波發(fā)聲體振動(dòng)時(shí)在空氣中產(chǎn)生的聲波是縱波.聲波不僅能在空氣中傳播，也能在液體、固體中傳播。【思考】發(fā)聲體振動(dòng)時(shí)在空氣中產(chǎn)生的聲波是橫波還是縱波？【多知道一點(diǎn)】地震波既有橫波又有縱波【練習(xí)1】關(guān)于橫波和縱波，下列說法正確的是（

A

）A.對(duì)于縱波，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向有時(shí)相同，有時(shí)相反B.對(duì)于橫波，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向有時(shí)會(huì)相同C.形成縱波的質(zhì)點(diǎn)隨波一起遷移D.空氣介質(zhì)只能傳播橫波【練習(xí)2】關(guān)于機(jī)械波，下列說法中正確的是(C)A.物體做機(jī)械振動(dòng)，一定產(chǎn)生機(jī)械波B.機(jī)械波的傳播方向就是介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向C.除振源外，機(jī)械波中各質(zhì)點(diǎn)都做受迫振動(dòng)D.機(jī)械波是介質(zhì)隨波遷移，也是振動(dòng)能量的傳遞【練習(xí)3】一列機(jī)械波在一水平繩上勻速傳播，則以下說法中正確的是（A）A．繩子上任意一點(diǎn)做受迫振動(dòng)的周期相同B．繩子上任意一點(diǎn)在四分之一周期內(nèi)通過的路程為一個(gè)振幅C．繩子上相距為一個(gè)波長(zhǎng)的兩點(diǎn)振動(dòng)情況是異步的D．繩子上質(zhì)點(diǎn)隨波發(fā)生遷移【練習(xí)4】(多選)關(guān)于機(jī)械波的說法正確的是（

ACD

）A．相鄰的質(zhì)點(diǎn)要相互做功B．機(jī)械波在真空中也能傳播C．波源開始時(shí)怎樣振動(dòng)，其他質(zhì)點(diǎn)開始時(shí)就怎樣振動(dòng)D．除波源外，波中各質(zhì)點(diǎn)都做受迫振動(dòng)【練習(xí)5】(多選)一列橫波沿繩子向右傳播,傳播過程無能量損失,某時(shí)刻繩子形成如圖所示的凹凸形狀。對(duì)此時(shí)繩上A、B、C、D、E、F六個(gè)質(zhì)點(diǎn),下列說法正確的是(

ACD

)A.它們的振幅相同B.質(zhì)點(diǎn)D和F的速度方向相同C.從此時(shí)算起,質(zhì)點(diǎn)B比C先回到平衡位置D.從此時(shí)算起,質(zhì)點(diǎn)E比F先到達(dá)波峰【練習(xí)6】(多選)如圖所示是繩波形成過程的示意圖。質(zhì)點(diǎn)1在外力作用下做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)其余質(zhì)點(diǎn)依次上下振動(dòng)。在T/4時(shí)，質(zhì)點(diǎn)1到達(dá)最上方，質(zhì)點(diǎn)5剛開始振動(dòng)。下列說法正確的是（ABD）A．質(zhì)點(diǎn)5和質(zhì)點(diǎn)1的振動(dòng)頻率相同B．在

t=T/2時(shí)，質(zhì)點(diǎn)4加速度方向向上C．從t=T開始的一小段時(shí)間內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)11的速度正在減小D．從

t=T開始的一小段時(shí)間內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)16的加速度正在增大【練習(xí)7】(多選)如圖所示為沿水平方向的介質(zhì)中的部分質(zhì)點(diǎn)，每相鄰質(zhì)點(diǎn)間距離相等，其中0處為波源，設(shè)波源的振動(dòng)周期為T，從波源通過平衡位置豎直向下振動(dòng)開始計(jì)時(shí)，經(jīng)過1/4T，質(zhì)點(diǎn)1開始振動(dòng)，則下列關(guān)于各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)和介質(zhì)中的波的說法中正確的是(

)A．介質(zhì)中所有點(diǎn)的起振方向都是豎直向下的，但圖中9點(diǎn)起振