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2020-2021年高中物理 第三章 机械波 1 波的形成学案 新人教版选择性必修第一册

2020-2021年高中物理 第三章 机械波 1 波的形成学案 新人教版选择性必修第一册

年级：
姓名：

- 9 -

波的形成

目标体系构建
明确目标·梳理脉络
【学习目标】
1．知道机械波的产生条件，理解机械波的形成过程。
2．能区分横波和纵波，知道什么是波峰和波谷，密部和疏部。
3．知道机械波传播的是振动的形式、能量和信息。
【思维脉络】
—

课前预习反馈
教材梳理·落实新知
知识点 1　波的形成
以绳波为例：

(1)设想将绳分成许多小段，每一段都可以看成__质点__。
(2)相邻质点间有相互作用，当振源质点振动时，会带动相邻质点__振动__。这一质点又会带动下一质点振动。
(3)后面质点的运动__重复__前面质点的运动。
(4)后面质点运动滞后前面质点的运动，同一时刻，各质点离开平衡位置的__位移__是不同的，从而形成凹凸相间(疏密相间)的波形。
知识点 2　横波和纵波
机械波可分为横波和纵波两类，其波形及描述对比如下：

定义
标识性物理量
实物波形
横
波
质点的振动方向与波的传播方向相互__垂直__的波
①波峰：凸起的__最高处__
②波谷：凹下的__最低处__

纵
波
质点的振动方向与波的传播方向在__同一直线上__的波
①密部：质点分布__最密__的位置
②疏部：质点分布__最疏__的位置

知识点 3　机械波
1．介质
(1)定义：绳、弹簧、水、空气等__波__借以传播的物质。
(2)特点：组成介质的质点之间有__相互作用__，一个质点的振动会引起相邻质点的振动。
2．形成
机械振动在__介质__中传播，形成机械波。
3．两个产生条件
(1)要有__振源__。
(2)要有传播振动的__介质__。
4．传递的三个特点
(1)介质中的机械波传播时，介质本身并不随波一起传播，它传播的只有__振动__这种运动形式。
(2)波是传递__能量__的一种方式。
(3)波可以传递__信息__。

思考辨析
『判一判』
(1)在水平方向传播的波为横波。(　×　)
(2)在机械波中各质点不随波的传播而迁移。(　√　)
(3)机械波的形成和传播中，所有质点同时运动，同时停止运动。(　×　)
(4)机械波在传播过程中，各质点振动的周期、起振方向都相同。(　√　)
(5)纵波指的是质点的振动方向和波的传播方向垂直的波。(　×　)
(6)横波中分密部和疏部，纵波中分波峰和波谷。(　×　)
『选一选』

一个小石子投向平静的湖面中心，会激起一圈圈波纹向外传播，如果此时水面上有一片树叶(如图)，下列对树叶运动情况的叙述正确的是(　C　)
A．树叶慢慢向湖心运动
B．树叶慢慢向湖岸漂去
C．在原处上下振动
D．沿着波纹做圆周运动
解析：由于波在传播过程中，只传递振动能量和波源所发出的信息，而各质点不随波迁移，只在各自的位置附近做振动，故选C。
『想一想』
2019年6月17日，四川宜宾市长宁发生了6.0级地震，地震波中既有纵波，又有横波，而且由地壳传播时纵波速度大于横波速度。在地震时，当地居民感受的振动应该是怎样的？
答案：当地居民首先会感到上下颠簸，后来又会感到在水平方向上左右摇动。
解析：由纵波的传播特点：传播方向与质点的振动方向在同一直线上，并且因为纵波传播得快，所以居民首先会感到上下颠簸。由横波的传播特点：波的传播方向与振动方向垂直，且传播的速度较小，所以横波传来得晚，因此后来居民又会感到在水平方向上左右摇动。

课内互动探究
细研深究·破疑解难
探究
机械波的形成及特点
┃┃情境导入__■
艺术体操也叫韵律体操，是一种艺术性很强的女子竞赛体操项目。19世纪末20世纪初起源于欧洲。艺术体操表演项目有很多，丝带舞表演就是其中之一，如图所示是一幅丝带舞的表演图。

(1)丝带上的各点有没有随波迁移？
(2)运动员的手停止抖动后，丝带上的波会立即停止吗？
提示：(1)没有　(2)不会
解析：(1)波传播的只是振动形式，介质中各质点本身并不会随波迁移。
(2)波传播的是能量，波源停止振动，但能量还会依次向外传播。
┃┃要点提炼__■
1．机械波的形成

2．机械波的特点
(1)机械波传播的是振动形式、能量和信息，介质中各质点本身并不随波传播而迁移，而是在各自的平衡位置附近振动。
(2)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，所以各个质点都在做受迫振动，因此各个质点振动的周期(频率)与波源的周期(频率)相同。
(3)在不考虑能量损失时，各质点振动的振幅相同，各质点的起振方向都与波源开始振动的方向相同。
(4)机械波传播的是波源的信息
我们用语言进行交流，是利用声波传递信息。
(5)机械波是一种“集体运动”
波的形成离不开介质中大量质点的集体振动，个别质点形不成波。
特别提醒
(1)有波源和有介质是形成机械波的必需条件，二者缺一不可。有振动不一定有机械波，有机械波一定有振动。
(2)机械波在介质中传播时，介质中的各点不随波向前迁移，只在各自平衡位置附近做往复振动。　
┃┃典例剖析__■
典例1 (多选)关于机械波的形成，下列说法中正确的是(　BC　)
A．物体做机械振动，一定产生机械波
B．后振动的质点总是跟着先振动的质点重复振动，只是时间落后一步
C．参与振动的质点都有相同的频率
D．机械波是介质随波迁移，也是振动能量的传递
思路引导：(1)知道机械波的产生条件；
(2)明确机械波传播过程中各质点的振动情况。
解析：机械波的形成必须具备的两个条件：振源和介质。只有物体做机械振动，而其周围没有传播这种振动的介质，远处介质的质点不可能振动起来而形成机械波，故A选项错误；任何一个振动的质点都是一个波源，带动它周围的质点振动，将振动传播开来，所以后一质点总是落后，但振动频率相同，故B、C选项正确；形成机械波的各振动质点只在平衡位置附近往复运动，并没有随波迁移，离波源远的质点振动的能量是通过各质点的传递从波源获得，故D选项不正确。
┃┃对点训练__■
1．科学探测表明，月球表面无大气层，也没有水，更没有任何生命存在的痕迹。在月球上，两宇航员面对面讲话也无法听到，这是因为(　B　)
A．月球太冷，声音传播太慢
B．月球上没有空气，声音无法传播
C．宇航员不适应月球，声音太轻
D．月球上太嘈杂，声音听不清楚
解析：两宇航员面对面讲话却无法听到，说明声波有振源却传播不出去，即缺乏声波传播的另一条件：没有介质，故B选项正确。
探究
横波与纵波
┃┃情境导入__■

(1)图甲是绳波，其中质点的振动方向与传播方向是什么关系？
(2)图乙是声波，其中质点的振动方向与传播方向是什么关系？
提示：(1)相互垂直　(2)在一条直线上
解析：(1)绳波是横波　(2)声波是纵波。
┃┃要点提炼__■
横波与纵波的比较
　　名称
项目　　
横波
纵波
概念
在波动中，质点的振动方向和波的传播方向相互垂直
在波动中，质点的振动方向和波的传播方向在一条直线上
介质
只能在固体介质中传播
在固体、液体和气体介质中均能传播
特征
在波动中交替、间隔出现波峰和波谷
在波动中交替、间隔出现密部和疏部
特别提醒
(1)绳波和声波分别是典型的横波和纵波，水波是比较复杂的机械波，不是横波。
(2)在纵波中各质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上，而不是方向相同。　
┃┃典例剖析__■
典例2 机械波按质点振动方向与波传播方向的关系可分为横波和纵波。
(1)(多选)关于介质中质点的振动方向和波的传播方向，下列说法正确的是(　BC　)
A．在横波中二者方向有时相同
B．在横波中二者方向一定不同
C．在纵波中二者方向有时相同
D．在纵波中二者方向一定不同

(2)如图所示，若一列横波在x轴上传播，a点是波传播方向上的某一质点，则质点a的振动方向一定上下振动吗？
思路引导：深刻理解质点振动方向与波的传播方向的关系，在横波中二者“相互垂直”的含义，在纵波中二者“在同一直线上”的含义。
解析：(1)在横波中质点振动方向和波的传播方向相互垂直，所以二者方向一定不同，故A错、B对，在纵波中二者方向在同一直线上，既可以相同，也可以相反，故C对、D错。
(2)不一定。因为此波为横波，可知质点的振动方向与波的传播方向相互垂直，此波在x轴上传播，可知质点a的振动方向应在过a点且垂直于x轴的平面内，即质点a的振动方向可沿此平面的任意方向，不一定是上下方向的振动。
答案：(2)不一定
┃┃对点训练__■
2．(多选)下列关于横波与纵波的说法中，正确的是(　CD　)
A．声波一定是纵波
B．水波一定是横波
C．地震波既有横波，也有纵波
D．横波只能在固体中传播，纵波既可以在固体中传播，也可以在液体、气体中传播
解析：声波可以在空气中传播也可以在液体和固体中传播，空气中的声波一定是纵波，而液体、固体中的声波既可能是纵波，也可能是横波，故A错；水波既不是横波，也不是纵波，它的运动形式比较复杂，故B错；地震波既有横波，也有纵波，故发生地震时，地面既有上下振动，也有左右运动。C正确；D正确。

核心素养提升
以题说法·启智培优
振动与波动的比较
　　名称
项目　　
振动
波动
运动现象
振动是单个物体所表现出的周而复始的运动现象
波动是大量质点受到扰动时，从扰动中心传播开来的周而复始的运动现象
运动成因
物体由于某种原因离开平衡位置，同时受到指向平衡位置的力——回复力作用
介质中质点受到相邻质点的扰动而随着运动，并由近及远的传播开去，且各部分都受到指向原平衡位置的力的作用
运动性质
变加速运动
在均匀介质中匀速向前传播
能量变化
动能与势能相互转化，如果是简谐运动，机械能保持不变
波的传播过程是能量传递过程，当波源停止振动不再向外传递能量时，各个质点的振动也会相继停下来

案例 (多选)(2020·湖北省襄阳市第四中学高二下学期月考)关于振动和波的关系，下列说法中正确的是(　AB　)
A．振动是波的成因，波是振动的传播
B．振动是单个质点呈现的运动现象，波是许多质点联合起来呈现的运动现象
C．波的传播速度就是质点振动的速度
D．波源停止振动时，波立即停止传播
解析：机械波的产生条件是有波源和介质，由于介质中的质点依次带动由近及远传播而形成波，所以选项A、B正确；波的传播速度是波形由波源向外伸展的速度，在均匀介质中其速度大小不变，而质点振动的速度和方向都随时间周期性地发生变化，选项C错误；波源一旦将振动传播给了介质，振动就在介质中向远处传播，而当波源停止振动时，振动在介质中仍然继续传播，不会随波源停止振动而停止传播，选项D错误。