【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(biāo)1．知道機(jī)械波的產(chǎn)生條件，理解機(jī)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(jī)械波傳播的是振動(dòng)的形式、能量和信息。思維脈絡(luò)知識(shí)點(diǎn)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(diǎn)__。(2)相鄰質(zhì)點(diǎn)間有相互作用，當(dāng)振源質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)，會(huì)帶動(dòng)相鄰質(zhì)點(diǎn)_振動(dòng)__。這一質(zhì)點(diǎn)又會(huì)帶動(dòng)下一質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)。(3)后面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)_重復(fù)__前面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)。(4)后面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)滯后前面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，同一時(shí)刻，各質(zhì)點(diǎn)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(shí)點(diǎn)2橫波和縱波機(jī)械波可分為_橫波__和_縱波__兩類，其波形及描述對(duì)比如下：定義標(biāo)識(shí)性物理量實(shí)物波形橫波質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)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(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在_同一直線上__的波①密部：質(zhì)點(diǎn)分布_最密__的位置②疏部：質(zhì)點(diǎn)分布_最疏__的位置知識(shí)點(diǎn)3機(jī)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(diǎn)：組成介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)之間有_相互作用__，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)。2．形成機(jī)械振動(dòng)在_介質(zhì)__中傳播，形成機(jī)械波。3．兩個(gè)產(chǎn)生條件(1)要有_振源__。(2)要有傳播振動(dòng)的_介質(zhì)__。4．傳遞的三個(gè)特點(diǎn)(1)介質(zhì)中的機(jī)械波傳播時(shí)，介質(zhì)本身并不隨波一起傳播，它傳播的只有_振動(dòng)__這種運(yùn)動(dòng)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(jī)械波中各質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)同時(shí)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)停止運(yùn)動(dòng)。(×)(4)機(jī)械波在傳播過程中，各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期、起振方向都相同。(√)(5)縱波指的是質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)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(gè)小石子投向平靜的湖面中心，會(huì)激起一圈圈波紋向外傳播，如果此時(shí)水面上有一片樹葉(如圖)，下列對(duì)樹葉運(yùn)動(dòng)情況的敘述正確的是(C)A．樹葉慢慢向湖心運(yùn)動(dòng)B．樹葉慢慢向湖岸漂去C．在原處上下振動(dòng)D．沿著波紋做圓周運(yùn)動(dòng)解析：由于波在傳播過程中，只傳遞振動(dòng)能量和波源所發(fā)出的信息，而各質(zhì)點(diǎn)不隨波遷移，只在各自的平衡位置附近做振動(dòng)，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(jí)地震，地震波中既有縱波，又有橫波，而且由地殼傳播時(shí)縱波速度大于橫波速度。在地震時(shí)，當(dāng)?shù)鼐用窀惺艿恼駝?dòng)應(yīng)該是怎樣的？答案：當(dāng)?shù)鼐用袷紫葧?huì)感到上下顛簸，后來又會(huì)感到在水平方向上左右搖動(dòng)。解析：由縱波的傳播特點(diǎn)：傳播方向與質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向在同一直線上，并且因?yàn)榭v波傳播得快，所以居民首先會(huì)感到上下顛簸。由橫波的傳播特點(diǎn)：波的傳播方向與振動(dòng)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(huì)感到在水平方向上左右搖動(dòng)。探究機(jī)械波的形成及特點(diǎn)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(qiáng)的女子競(jìng)賽體操項(xiàng)目。19世紀(jì)末20世紀(jì)初起源于歐洲。藝術(shù)體操表演項(xiàng)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(diǎn)有沒有隨波遷移？(2)運(yùn)動(dòng)員的手停止抖動(dòng)后，絲帶上的波會(huì)立即停止嗎？提示：(1)沒有(2)不會(huì)解析：(1)波傳播的只是振動(dòng)形式，介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)本身并不會(huì)隨波遷移。(2)波傳播的是能量，波源停止振動(dòng)，但能量還會(huì)依次向外傳播。要點(diǎn)提煉1.機(jī)械波的形成2．機(jī)械波的特點(diǎn)(1)機(jī)械波傳播的是振動(dòng)形式、能量和信息，介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)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(dòng)。(2)由于波的形成實(shí)際上是從波源開始依次帶動(dòng)介質(zhì)中的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)參與振動(dòng)，所以各個(gè)質(zhì)點(diǎn)都在做受迫振動(dòng)，因此各個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)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(shí)，各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅相同，各質(zhì)點(diǎn)的起振方向都與波源開始振動(dòng)的方向相同。(4)機(jī)械波傳播的是波源的信息我們用語言進(jìn)行交流，是利用聲波傳遞信息。(5)機(jī)械波是一種“集體運(yùn)動(dòng)”波的形成離不開介質(zhì)中大量質(zhì)點(diǎn)的集體振動(dòng)，個(gè)別質(zhì)點(diǎn)形不成波。特別提醒(1)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)。(2)機(jī)械波在介質(zhì)中傳播時(shí)，介質(zhì)中的各點(diǎn)不隨波向前遷移，只在各自平衡位置附近做往復(fù)振動(dòng)。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)進(jìn)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(diǎn)的彈力提供運(yùn)動(dòng)性質(zhì)質(zhì)點(diǎn)做變加速運(yùn)動(dòng)在同一種均勻介質(zhì)中是勻速直線運(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提醒：注意區(qū)分振動(dòng)和波動(dòng)。典例剖析典例1(多選)關(guān)于機(jī)械波的形成，下列說法中正確的是(BC)A．物體做機(jī)械振動(dòng)，一定產(chǎn)生機(jī)械波B．后振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)總是跟著先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)重復(fù)振動(dòng)，只是時(shí)間落后一步C．參與振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)都有相同的頻率D．機(jī)械波是介質(zhì)隨波遷移，也是振動(dòng)能量的傳遞思路引導(dǎo)：(1)知道機(jī)械波的產(chǎn)生條件；(2)明確機(jī)械波傳播過程中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況。解析：機(jī)械波的形成必須具備的兩個(gè)條件：振源和介質(zhì)。只有物體做機(jī)械振動(dòng)，而其周圍沒有傳播這種振動(dòng)的介質(zhì)，遠(yuǎn)處介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)不可能振動(dòng)起來而形成機(jī)械波，故A選項(xiàng)錯(cuò)誤；任何一個(gè)振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)都是一個(gè)波源，帶動(dòng)它周圍的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，將振動(dòng)傳播開來，所以后一質(zhì)點(diǎn)總是落后，但振動(dòng)頻率相同，故B、C選項(xiàng)正確；形成機(jī)械波的各振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)只在平衡位置附近往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并沒有隨波遷移，離波源遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的能量是通過各質(zhì)點(diǎn)的傳遞從波源獲得，故D選項(xiàng)不正確。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練?將一部手機(jī)調(diào)成接收信號(hào)就發(fā)出聲響并且振動(dòng)的狀態(tài)，然后將這部手機(jī)放在密封的玻璃罩內(nèi)，當(dāng)我們抽掉玻璃罩內(nèi)的空氣后，再發(fā)出信號(hào)呼叫該手機(jī)，你可以感受到(D)A．手機(jī)發(fā)出聲音同時(shí)振動(dòng)B．手機(jī)發(fā)出聲音但是不振動(dòng)C．手機(jī)沒有發(fā)出聲音也不振動(dòng)D．手機(jī)沒有發(fā)出聲音但是在振動(dòng)解析：聲音是由物體的振動(dòng)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(jī)發(fā)聲但能看到手機(jī)在振動(dòng)，故D選項(xiàng)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(diǎn)的振動(dòng)方向與傳播方向是什么關(guān)系？(2)圖乙是聲波，其中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)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(diǎn)提煉橫波和縱波的區(qū)別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(jī)械波。(2)在縱波中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)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(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。(1)(多選)關(guān)于介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向，下列說法正確的是(BC)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(2)如圖所示，若一列橫波在x軸上傳播，a點(diǎn)是波傳播方向上的某一質(zhì)點(diǎn)，則質(zhì)點(diǎn)a的振動(dòng)方向一定上下振動(dòng)嗎？思路引導(dǎo)：深刻理解質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)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(diǎn)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上，既可以相同，也可以相反，故C對(duì)、D錯(cuò)。(2)不一定。因?yàn)榇瞬闄M波，可知質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)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(diǎn)a的振動(dòng)方向應(yīng)在過a點(diǎn)且垂直于x軸的平面內(nèi)，即質(zhì)點(diǎn)a的振動(dòng)方向可沿此平面的任意方向，不一定是上下方向的振動(dòng)。答案：(2)不一定對(duì)點(diǎn)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(cuò)；水波既不是橫波，也不是縱波，它的運(yùn)動(dòng)形式比較復(fù)雜，故B錯(cuò)；地震波既有橫波，也有縱波，故發(fā)生地震時(shí)，地面既有上下振動(dòng)，也有左右運(yùn)動(dòng)。C正確；D正確。1．(多選)(2023·安徽省定遠(yuǎn)高二下學(xué)期檢測(cè))下列關(guān)于機(jī)械波的說法正確的是(AC)A．波動(dòng)發(fā)生需要兩個(gè)條件：波源和介質(zhì)B．波動(dòng)過程是介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)由近及遠(yuǎn)移動(dòng)的過程C．波動(dòng)過程是能量由近及遠(yuǎn)傳遞的過程D．波源與介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)都是自由振動(dòng)解析：波源(即振源)振動(dòng)時(shí)，依靠介質(zhì)中的相互作用力帶動(dòng)周圍各部分質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)起來，形成機(jī)械波。作為介質(zhì)的各質(zhì)點(diǎn)只在平衡位置附近振動(dòng)，并不隨波向外遷移，僅把振源的振動(dòng)和能量傳播開來。波源和介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用力帶動(dòng)相鄰的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，是受迫振動(dòng)，故介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)不是自由振動(dòng)。選項(xiàng)A、C正確，B、D錯(cuò)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(dòng)和波的關(guān)系，下列說法中正確的是(AB)A．振動(dòng)是波的成因，波是振動(dòng)的傳播B．振動(dòng)是單個(gè)質(zhì)點(diǎn)呈現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，波是許多質(zhì)點(diǎn)聯(lián)合起來呈現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象C．波的傳播速度就是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的速度D．波源停止振動(dòng)時(shí)，波立即停止傳播解析：機(jī)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(diǎn)依次帶動(dòng)由近及遠(yuǎn)傳播而形成波，所以選項(xiàng)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(diǎn)振動(dòng)的速度和方向都隨時(shí)間周期性地發(fā)生變化，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；波源一旦將振動(dòng)傳播給了介質(zhì)，振動(dòng)就在介質(zhì)中向遠(yuǎn)處傳播，而當(dāng)波源停止振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)在介質(zhì)中仍然繼續(xù)傳播，不會(huì)隨波源停止振動(dòng)而停止傳播，選項(xiàng)D錯(cuò)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(jiǎn)易地震儀由豎