第十二章机械波1波的形成和传播一、波的形成和传播一、波的形成和传播以绳波为例以绳波为例: : 质点质点无外来扰动无外来扰动相互作用力相互作用力周围质点周围质点二、横波和纵波二、横波和纵波定义定义标识性物理量标识性物理量实物波形实物波形横横波波质点的振动方向质点的振动方向与波的传播方向与波的传播方向互相互相_的波的波(1)(1)波峰波峰: :凸起凸起的的_(2)(2)波谷波谷: :凹下凹下的的_ 垂直垂直最高处最高处最低处最低处定义定义标识性物理量标识性物理量实物波形实物波形纵纵波波质点的振动方质点的振动方向与波的传播向与波的传播方向在方向在_的波的波(1)(1)密部密部: :质点分质点分布布_的位置的位置(2)(2)疏部疏部: :质点分质点分布布_的位置的位置 同一直同一直线上线上最密最密最疏最疏三、机械波三、机械波1.1.介质介质: :(1)(1)定义定义: :波借以波借以_的物质。的物质。(2)(2)特点特点: :组成介质的质点之间有组成介质的质点之间有_,_,一个质点一个质点的振动会引起相邻质点的振动。的振动会引起相邻质点的振动。传播传播相互作用相互作用2.2.形成形成: :机械振动在机械振动在_中传播中传播, ,形成机械波。形成机械波。3.3.两个产生条件两个产生条件: :(1)(1)要有要有_。(2)(2)要有传播振动的要有传播振动的_。介质介质波源波源介质介质4.4.传递的三个特点传递的三个特点: :(1)(1)介质中有机械波传播时介质中有机械波传播时, ,介质本身并不随波一起传介质本身并不随波一起传播播, ,它传播的只是它传播的只是_这种运动形式。这种运动形式。(2)(2)波是传递波是传递_的一种方式。的一种方式。(3)(3)波可以传递波可以传递_。振动振动能量能量信息信息【预习诊断】【预习诊断】1.1.请判断下列说法的正误。请判断下列说法的正误。(1)(1)质点的振动位置不断转换便形成波。质点的振动位置不断转换便形成波。( () )(2)(2)在绳波的形成和传播中在绳波的形成和传播中, ,所有质点同时运动所有质点同时运动, ,同时停同时停止运动。止运动。( () )(3)(3)在绳波的形成和传播中在绳波的形成和传播中, ,所有质点的运动并不是匀所有质点的运动并不是匀速直线运动。速直线运动。( () )(4)(4)波源停止振动时波源停止振动时, ,波立即停止传播。波立即停止传播。( () )提示提示: :(1)(1)。某质点的振动位置不断转换不能形成波。某质点的振动位置不断转换不能形成波, ,如弹簧振子的往复运动。如弹簧振子的往复运动。(2)(2)。在绳波的形成和传播中。在绳波的形成和传播中, ,由波源开始振动由波源开始振动, ,并带并带动邻近质点由近及远依次振动动邻近质点由近及远依次振动, ,不是所有质点同时运动不是所有质点同时运动, ,同时停下。同时停下。(3)(3)。在绳波的形成和传播中。在绳波的形成和传播中, ,所有质点依次振动所有质点依次振动, ,做做的不是匀速直线运动。的不是匀速直线运动。(4)(4)。当波源停止振动时。当波源停止振动时, ,介质仍然继续传播波源振介质仍然继续传播波源振动的运动形式动的运动形式, ,不会随波源停止振动而停止传播不会随波源停止振动而停止传播, ,即波即波不会停止传播。不会停止传播。2.2.关于振动和波的关系关于振动和波的关系, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( () )A.A.有机械振动有机械振动, ,一定有机械波一定有机械波B.B.有机械波有机械波, ,一定有机械振动一定有机械振动C.C.波源停止振动波源停止振动, ,介质中的波立即停止传播介质中的波立即停止传播D.D.振动是变速的振动是变速的, ,波动是匀速的波动是匀速的【解析】【解析】选选B B。形成波的条件是既要有振源。形成波的条件是既要有振源, ,又要有介又要有介质质, ,所以有机械波必有机械振动所以有机械波必有机械振动, ,而有振动而有振动, ,在无介质的在无介质的情况下情况下, ,不能产生机械波不能产生机械波, ,故故A A错误错误,B,B正确。在介质中正确。在介质中, ,正在传播的波独立于波源正在传播的波独立于波源, ,即已经形成的波跟形成该波即已经形成的波跟形成该波后波源的振动无关后波源的振动无关, ,在波源停止振动时在波源停止振动时, ,波仍将继续向波仍将继续向外传播而不会停止外传播而不会停止, ,故故C C错误错误; ;波只有在同种均匀介质中波只有在同种均匀介质中才会匀速传播才会匀速传播, ,而而D D选项并没有表明具备这一必要条件选项并没有表明具备这一必要条件, ,故故D D错误。错误。3.(3.(多选多选) )一列简谐横波某时刻的波形如图所示一列简谐横波某时刻的波形如图所示, ,则关于则关于质点质点A A的受力的受力, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( () )A.A.如果波向右传播如果波向右传播, ,则质点则质点A A受到向上的作用力受到向上的作用力B.B.如果波向右传播如果波向右传播, ,则质点则质点A A受到向下的作用力受到向下的作用力C.C.如果波向左传播如果波向左传播, ,则质点则质点A A受到向上的作用力受到向上的作用力D.D.如果波向左传播如果波向左传播, ,则质点则质点A A受到向下的作用力受到向下的作用力【解析】【解析】选选B B、D D。无论波向右或向左传播。无论波向右或向左传播, ,回复力始终回复力始终指向平衡位置指向平衡位置, ,质点质点A A的回复力是由相邻质点对的回复力是由相邻质点对A A的作用的作用力提供的力提供的, ,故故B B、D D正确。正确。知识点一知识点一 机械波的形成及特点机械波的形成及特点探究导入探究导入: :艺术体操也叫韵律体操艺术体操也叫韵律体操, ,是一种艺术性很强的女子竞赛是一种艺术性很强的女子竞赛体操项目。体操项目。1919世纪末世纪末2020世纪初起源于欧洲。艺术体操世纪初起源于欧洲。艺术体操表演项目有很多表演项目有很多, ,丝带舞表演就是其中之一丝带舞表演就是其中之一, ,如图所示如图所示是一幅丝带舞的表演图。是一幅丝带舞的表演图。(1)(1)丝带上的各点有没有随波迁移丝带上的各点有没有随波迁移? ?(2)(2)运动员的手停止抖动后运动员的手停止抖动后, ,丝带上的波会立即停止吗丝带上的波会立即停止吗? ?提示提示: :(1)(1)没有。没有。(2)(2)不会。不会。【归纳总结】【归纳总结】1.1.机械波的形成机械波的形成: :2.2.机械波的特点机械波的特点: :(1)(1)机械波传播的是振动形式、能量和信息机械波传播的是振动形式、能量和信息, ,介质中各介质中各质点本身并不随波传播而迁移质点本身并不随波传播而迁移, ,而是在各自的平衡位置而是在各自的平衡位置附近振动。附近振动。(2)(2)由于波的形成实际上是从波源开始依次带动介质中由于波的形成实际上是从波源开始依次带动介质中的各个质点参与振动的各个质点参与振动, ,所以各个质点都在做受迫振动所以各个质点都在做受迫振动, ,因此各个质点振动的周期因此各个质点振动的周期( (频率频率) )与波源的周期与波源的周期( (频率频率) )相同。相同。(3)(3)在不考虑能量损失时在不考虑能量损失时, ,各质点振动的振幅相同各质点振动的振幅相同, ,各质各质点的起振方向都与波源开始振动的方向相同。点的起振方向都与波源开始振动的方向相同。3.3.振动和波动的区别与联系振动和波动的区别与联系: :振动振动波动波动区区别别研究研究对象对象单个质点在平衡位单个质点在平衡位置附近的往复运动置附近的往复运动, ,研究的是单个质研究的是单个质点的点的“个体行为个体行为”振动在介质中的传播振动在介质中的传播, ,研究的是大量质点将波研究的是大量质点将波源振动传播的源振动传播的“群体行群体行为为”力的力的来源来源可以由作用在物体可以由作用在物体上的各种性质力提上的各种性质力提供供联系介质中各质点的弹联系介质中各质点的弹力力振动振动波动波动区区别别运动运动性质性质质点做变加速运动质点做变加速运动在均匀介质中是匀速直在均匀介质中是匀速直线运动线运动联系联系(1)(1)振动是波动的原因振动是波动的原因, ,波动是振动的结果波动是振动的结果; ;有波动必然有振动有波动必然有振动, ,但有振动不一定有波动但有振动不一定有波动(2)(2)波动的性质、频率和振幅都与振源相同波动的性质、频率和振幅都与振源相同【典题过关】【典题过关】 【典例】【典例】( (多选多选) )下列关于机械波的说法中下列关于机械波的说法中, ,正确的正确的是是( () )A.A.各质点都在各自的平衡位置附近振动各质点都在各自的平衡位置附近振动B.B.相邻质点间必有相互作用力相邻质点间必有相互作用力C.C.前一质点的振动带动相邻的后一质点的振动前一质点的振动带动相邻的后一质点的振动, ,后一质后一质点的振动必定落后于前一质点的振动点的振动必定落后于前一质点的振动D.D.各质点随波的传播而迁移各质点随波的传播而迁移E.E.离波源越远离波源越远, ,质点的振动频率越小质点的振动频率越小【正确解答】【正确解答】选选A A、B B、C C。振源依靠介质中各相邻质点。振源依靠介质中各相邻质点间的相互作用力使周围的质点依次振动起来间的相互作用力使周围的质点依次振动起来, ,且后一质且后一质点的振动必定落后于前一质点的振动点的振动必定落后于前一质点的振动, ,选项选项B B、C C正确正确; ;质点只在它们各自的平衡位置附近做受迫振动质点只在它们各自的平衡位置附近做受迫振动, ,它们振它们振动的频率均与波源的振动频率相同动的频率均与波源的振动频率相同, ,选项选项A A正确正确,E,E错误错误; ;波在传播过程中各质点不随波迁移波在传播过程中各质点不随波迁移, ,选项选项D D错误。错误。【过关训练】【过关训练】1.(1.(多选多选) )以下关于机械波的说法中以下关于机械波的说法中, ,正确的是正确的是( () )A.A.发生波动需要两个条件发生波动需要两个条件: :波源和介质波源和介质B.B.波动过程是介质中质点由近及远移动的过程波动过程是介质中质点由近及远移动的过程C.C.波动过程是能量由近及远传递的过程波动过程是能量由近及远传递的过程D.D.波源与介质中质点的振动都是自由振动波源与介质中质点的振动都是自由振动【解析】【解析】选选A A、C C。波源。波源, ,即振源即振源, ,振动时振动时, ,依靠介质中质依靠介质中质点之间的相互作用力带动周围各部分质点振动起来点之间的相互作用力带动周围各部分质点振动起来, ,形形成机械波。各质点只在平衡位置附近振动成机械波。各质点只在平衡位置附近振动, ,并不随波迁并不随波迁移移, ,仅把波源的振动和能量传播开来。波源和介质中质仅把波源的振动和能量传播开来。波源和介质中质点之间的相互作用力阻碍波源的振动点之间的相互作用力阻碍波源的振动, ,是一种阻力是一种阻力, ,所所以波源的振动不可能是自由振动以波源的振动不可能是自由振动, ,相邻的介质中质点间相邻的介质中质点间存在相互作用存在相互作用, ,故介质中质点也不是自由振动。故故介质中质点也不是自由振动。故A A、C C正确正确,B,B、D D错误。错误。2.(2.(多选多选) )关于机械波的形成关于机械波的形成, ,下列说法中正确的是下列说法中正确的是( () )A.A.物体做机械振动物体做机械振动, ,一定产生机械波一定产生机械波B.B.后振动的质点总是跟着先振动的质点重复振动后振动的质点总是跟着先振动的质点重复振动, ,只是只是时间落后一步时间落后一步C.C.参与振动的质点都有相同的频率参与振动的质点都有相同的频率D.D.机械波是介质随波迁移机械波是介质随波迁移, ,也是振动能量的传递也是振动能量的传递【解析】【解析】选选B B、C C。机械波的形成必须具备两个条件。机械波的形成必须具备两个条件: :波波源和介质。只有物体做机械振动源和介质。只有物体做机械振动, ,而其周围没有传播这而其周围没有传播这种振动的介质种振动的介质, ,远处的质点不可能振动起来而形成机械远处的质点不可能振动起来而形成机械波波, ,故故A A错误。任何一个振动的质点都是一个波源错误。任何一个振动的质点都是一个波源, ,带动带动它周围的质点振动它周围的质点振动, ,将振动传播开来将振动传播开来, ,所以后一质点总所以后一质点总是落后于前一质点是落后于前一质点, ,但振动频率相同但振动频率相同, ,故故B B、C C正确。形正确。形成机械波的各振动质点只在平衡位置附近往复运动成机械波的各振动质点只在平衡位置附近往复运动, ,并并没有随波迁移没有随波迁移, ,离波源远的质点振动的能量通过各质点离波源远的质点振动的能量通过各质点的传递从波源获得的传递从波源获得, ,故故D D错误。错误。3.3.以下对机械波的认识正确的是以下对机械波的认识正确的是( () )A.A.形成机械波一定要有波源和介质形成机械波一定要有波源和介质B.B.波源做简谐运动形成的波中波源做简谐运动形成的波中, ,各质点的运动情况完全各质点的运动情况完全相同相同C.C.横波向右传播时横波向右传播时, ,处于波峰的质点也向右迁移处于波峰的质点也向右迁移D.D.机械波向右传播时机械波向右传播时, ,右方的质点比左方的质点早一些右方的质点比左方的质点早一些振动振动【解析】【解析】选选A A。波源和介质是形成机械波的两个必不可。波源和介质是形成机械波的两个必不可少的条件少的条件, ,故故A A正确。简谐运动形成的波在介质中传播正确。简谐运动形成的波在介质中传播时时, ,介质中各质点都做简谐运动介质中各质点都做简谐运动, ,沿波的传播方向上沿波的传播方向上, ,后后面的质点比前面的质点总要晚一些开始振动面的质点比前面的质点总要晚一些开始振动, ,但质点本但质点本身并不随波的传播而发生迁移身并不随波的传播而发生迁移, ,而且各质点的振动步调而且各质点的振动步调不一致不一致, ,故故B B、C C、D D均错。均错。【规律方法】【规律方法】波动过程中介质中各质点的运动规律波动过程中介质中各质点的运动规律波动过程中介质中各质点的振动周期都与波源的振动波动过程中介质中各质点的振动周期都与波源的振动周期相同周期相同, ,其运动特点可用三句话来描述其运动特点可用三句话来描述: :(1)(1)先振动的质点带动后振动的质点。先振动的质点带动后振动的质点。(2)(2)后振动的质点重复前面质点的振动。后振动的质点重复前面质点的振动。(3)(3)后振动质点的振动状态落后于先振动的质点。后振动质点的振动状态落后于先振动的质点。概括起来就是概括起来就是“带动、重复、落后带动、重复、落后”。知识点二知识点二横波与纵波横波与纵波探究导入探究导入: :(1)(1)图甲是绳波图甲是绳波, ,其中质点的振动方向与传播方向是什其中质点的振动方向与传播方向是什么关系么关系? ?(2)(2)图乙是声波图乙是声波, ,其中质点的振动方向与传播方向是什其中质点的振动方向与传播方向是什么关系么关系? ?提示提示: :(1)(1)垂直。垂直。(2)(2)在同一条直线上。在同一条直线上。【归纳总结】【归纳总结】名称名称项目项目横波横波纵波纵波概念概念在波动中在波动中, ,质点的质点的振动方向和波的传振动方向和波的传播方向相互垂直播方向相互垂直在波动中在波动中, ,质点的振动质点的振动方向和波的传播方向方向和波的传播方向在一条直线上在一条直线上名称名称项目项目横波横波纵波纵波介质介质只能在固体介质只能在固体介质中传播中传播在固体、液体和气体在固体、液体和气体介质中均能传播介质中均能传播特征特征在波动中交替、间在波动中交替、间隔出现波峰和波谷隔出现波峰和波谷在波动中交替、间隔在波动中交替、间隔出现密部和疏部出现密部和疏部【典题过关】【典题过关】 【典例】【典例】关于横波和纵波关于横波和纵波, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( () )A.A.振源上下振动形成的波是横波振源上下振动形成的波是横波B.B.振源水平振动形成的波是纵波振源水平振动形成的波是纵波C.C.波沿水平方向传播波沿水平方向传播, ,质点上下振动质点上下振动, ,这类波是横波这类波是横波D.D.质点沿水平方向振动质点沿水平方向振动, ,波沿水平方向传播波沿水平方向传播, ,这类波是这类波是纵波纵波【正确解答】【正确解答】选选C C。根据横波和纵波的概念。根据横波和纵波的概念, ,质点振动质点振动方向与波的传播方向垂直者为横波方向与波的传播方向垂直者为横波, ,沿同一直线者为纵沿同一直线者为纵波波, ,并不是上下振动与水平振动的问题并不是上下振动与水平振动的问题, ,所以所以A A、B B选项选项错误错误, ,对于对于D D选项选项, ,质点沿水平方向振动质点沿水平方向振动, ,波沿水平方向波沿水平方向传播传播, ,并不能说明是沿同一直线并不能说明是沿同一直线, ,故故D D选项错误选项错误,C,C选项正选项正确。确。【过关训练】【过关训练】1.1.有关纵波与横波有关纵波与横波, ,下列说法中正确的是下列说法中正确的是( () )A.A.对于纵波对于纵波, ,质点的振动方向与波的传播方向一定相同质点的振动方向与波的传播方向一定相同B.B.对于横波对于横波, ,质点振动方向与波的传播方向垂直质点振动方向与波的传播方向垂直C.C.纵波的质点可以随波迁移纵波的质点可以随波迁移, ,而横波的质点不能而横波的质点不能D.D.横波只能在固体中传播横波只能在固体中传播, ,纵波只能在液体、气体中传纵波只能在液体、气体中传播播【解析】【解析】选选B B。纵波质点振动方向与传播方向在一条直。纵波质点振动方向与传播方向在一条直线上线上, ,方向并不一定相同方向并不一定相同, ,故故A A选项错误选项错误; ;机械波的质点机械波的质点只是在其平衡位置附近做简谐运动只是在其平衡位置附近做简谐运动, ,并不随波迁移并不随波迁移, ,无无论横波和纵波都是这样论横波和纵波都是这样, ,故故C C选项错误选项错误; ;横波只能在固体横波只能在固体中传播中传播, ,纵波可在固体、液体和气体中传播纵波可在固体、液体和气体中传播, ,故故D D选项错选项错误。误。2.(20182.(2018临沂高二检测临沂高二检测) )某次地震波中的横波和纵波某次地震波中的横波和纵波传播速率分别约为传播速率分别约为4km/s4km/s和和9km/s9km/s。一种简易地震仪由。一种简易地震仪由竖直弹簧振子竖直弹簧振子P P和水平弹簧振子和水平弹簧振子H H组成组成, ,如图所示如图所示, ,在一在一次地震中次地震中, ,震源在地震仪下方震源在地震仪下方, ,观察到两振子相差观察到两振子相差5s5s开开始振动始振动, ,则则( () )A.PA.P先开始振动先开始振动, ,震源距地震仪约震源距地震仪约36km36kmB.PB.P先开始振动先开始振动, ,震源距地震仪约震源距地震仪约25km25kmC.HC.H先开始振动先开始振动, ,震源距地震仪约震源距地震仪约36km36kmD.HD.H先开始振动先开始振动, ,震源距地震仪约震源距地震仪约25km25km【解析】【解析】选选A A。纵波比横波传得快。纵波比横波传得快,P,P先开始振动先开始振动, ,设震设震源与地震仪相距为源与地震仪相距为x,x,则则 解得解得x= x= 36km,36km,故选故选A A。【补偿训练】【补偿训练】关于横波和纵波关于横波和纵波, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( () )A.A.对于横波和纵波对于横波和纵波, ,质点的振动方向和波的传播方向有质点的振动方向和波的传播方向有时相同时相同, ,有时相反有时相反B.B.对于纵波对于纵波, ,质点的运动方向与波的传播方向一定相同质点的运动方向与波的传播方向一定相同C.C.形成纵波的质点随波一起迁移形成纵波的质点随波一起迁移D.D.空气介质只能传播纵波空气介质只能传播纵波【解析】【解析】选选D D。质点的振动方向与波的传播方向垂直的。质点的振动方向与波的传播方向垂直的波是横波波是横波, ,质点的振动方向与波的传播方向平行的波是质点的振动方向与波的传播方向平行的波是纵波纵波,A,A错误错误; ;纵波质点的运动方向与波的传播方向有时纵波质点的运动方向与波的传播方向有时相同相同, ,有时相反有时相反,B,B错误错误; ;无论横波还是纵波无论横波还是纵波, ,质点都不随质点都不随波迁移波迁移,C,C错误错误; ;横波不能在空气中传播横波不能在空气中传播, ,空气只能传播空气只能传播纵波纵波,D,D正确。正确。【拓展例题】【拓展例题】考查内容考查内容: :关于波的传播问题关于波的传播问题【典例】【典例】如图所示为波源开始振动后经过一个周期如图所示为波源开始振动后经过一个周期的波形图的波形图, ,设介质中质点振动周期为设介质中质点振动周期为T,T,下列说法正确下列说法正确的是的是( () )A.A.若若M M质点为波源质点为波源, ,则则M M质点开始振动时方向向下质点开始振动时方向向下B.B.若若M M质点为波源质点为波源, ,则则P P质点已经振动了质点已经振动了 T TC.C.若若N N质点为波源质点为波源, ,则则P P质点已经振动了质点已经振动了 T TD.D.若若N N质点为波源质点为波源, ,则该时刻则该时刻P P质点动能最大质点动能最大【正确解答】【正确解答】选选C C。若。若M M质点为波源质点为波源, ,相当于相当于N N质点追随质点追随它左边的质点它左边的质点, ,又因为是经过一个周期的波形又因为是经过一个周期的波形, ,此时此时N N质质点的振动方向向上点的振动方向向上, ,即为波源开始振动的方向。振动刚即为波源开始振动的方向。振动刚刚传到刚传到N N质点质点,P,P质点已振动了质点已振动了 T,AT,A、B B错。若错。若N N质点为质点为波源波源, ,则开始振动的方向向下则开始振动的方向向下,P,P质点已振动了质点已振动了 T,T,又因又因为为P P质点离平衡位置最远质点离平衡位置最远, ,故此时速度为零故此时速度为零, ,动能最小动能最小, ,故故C C对、对、D D错。错。