高中物理 人教版选择性必修一第三章 1 波的形成Word文件下载.docx
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2.机械波
机械振动在介质中传播,形成了机械波.
3.机械波的特点
(1)介质中有机械波传播时,介质本身并不随波一起传播,它传播的只是振动这种运动形式.
(2)波是传递能量的一种方式.
(3)波可以传递信息.
1.判断下列说法的正误.
(1)质点的振动位置不断转换即形成波.( ×
)
(2)在绳波的形成和传播中,所有质点的运动是近似的匀速直线运动.( ×
(3)在绳波的形成和传播中,所有质点同时运动,同时停止运动.( ×
(4)波的形成过程中,前面的质点带动后面的质点振动,后面的质点重复前面质点的振动.( √ )
(5)质点沿水平方向振动,波沿水平方向传播,这样的波一定是横波.( ×
(6)介质中有机械波传播时,介质本身也随波一起传播.( ×
2.绳波在某时刻的形状如图1所示,若O是波源,则此刻A点的振动方向________,若O′是波源,则此刻A点的振动方向________(选填“向上”或“向下”).
图1
答案 向上 向下
一、波的形成及特点
导学探究
如图2所示,手拿绳的一端,上下振动一次,使绳上形成一个凸起状态,随后形成一个凹落状态,可以看到,这个凸起状态和凹落状态在绳上从一端向另一端移动.如果在绳子上某处做一红色标记,观察这一红色标记的运动.
图2
(1)红色标记有没有随波迁移?
(2)当手停止抖动后,绳上的波会立即停止吗?
答案
(1)没有,红色标记只在竖直方向上下振动
(2)不会,当手停止抖动后,波仍向右传播
知识深化
1.机械波的形成
2.波的特点
(1)振幅:
像绳波这种一维(只在某个方向上传播)机械波,若不计能量损失,各质点的振幅相同.
(2)周期(频率):
各质点都在做受迫振动,所以各质点振动的周期(频率)均与波源的振动周期(频率)相同.
(3)步调:
离波源越远,质点振动越滞后.
(4)运动:
各质点只在各自的平衡位置附近振动,并不随波迁移.
(5)实质:
机械波向前传播的是振动这种运动形式,同时也可以传递能量和信息.
3.振动和波动的区别与联系
振动
波动
区别
研究对象
单个质点在平衡位置附近的往复运动,研究的是单个质点的“个体行为”
振动在介质中的传播,研究的是大量质点将波源振动传播的“群体行为”
力的来源
可以由作用在物体上的各种性质力提供
联系介质中各质点的弹力
运动性质
质点做变速运动
在均匀介质中是匀速直线运动
联系
(1)振动是波动的原因,波动是振动的结果;
有波动必然有振动,有振动不一定有波动.
(2)波动的性质、频率和振幅与振源相同.
命题角度1 波的形成
如图3所示,是某绳波形成过程的示意图.质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动,带动2、3、4…各个质点依次上下振动,把振动从绳的左端传到右端.已知t=0时,质点1开始向上运动,t=
时,1到达最上方,5开始向上运动.问:
图3
(1)t=
时,质点6、10、14的运动状态(是否运动、运动方向)如何?
(2)t=
时,质点6、10、14的运动状态如何?
答案 见解析
解析 各质点在各时刻的情况,如图所示:
(1)由甲图可知,t=
时,质点6未达到波峰,正在向上运动,质点10、14未运动.
(2)由乙图可知,t=
时,质点6正在向下运动,质点10向上运动,质点14未运动.
波动过程中介质中各质点的运动特点
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,其运动特点可用三句话来描述:
(1)先振动的质点带动后振动的质点;
(2)后振动的质点重复前面质点的振动;
(3)后振动的质点的振动状态落后于先振动的质点.
概括起来就是“带动、重复、落后”.
针对训练1 (多选)下列关于机械波的说法正确的是( )
A.波传播过程中,质点也随着波移动
B.相邻质点间必有相互作用力
C.前一质点的振动带动相邻的后一质点的振动,后一质点的振动必定落后于前一质点的振动
D.离波源越远,质点的振动频率越小
答案 BC
命题角度2 振动和波的关系
(多选)关于振动和波的关系,下列说法正确的是( )
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
答案 AB
解析 机械波的产生条件是有波源和介质.由于介质中的质点之间相互作用,一个质点的振动带动相邻质点的振动并由近及远传播而形成波,选项A、B正确;
波的传播速度是波形由波源向外传播的速度;
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;
波源一旦将振动传给了介质,振动就会在介质中向远处传播;
当波源停止振动时,介质仍然继续传播波源振动的运动形式,不会因波源停止振动而立即停止传播,选项D错误.
如图4所示:
图4
(1)图甲是绳波,其中质点的振动方向与波的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波的传播方向是什么关系?
答案
(1)相互垂直
(2)在同一条直线上
横波和纵波的对比
名称项目
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
(1)水面波的认识方面:
水波既不是横波也不是纵波,它属于比较复杂的机械波.
(2)纵波的认识方面:
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.
关于横波和纵波,下列说法正确的是( )
A.对于横波和纵波,质点的振动方向和波的传播方向有时相同,有时相反
B.对于纵波,质点的振动方向与波的传播方向一定相同
C.形成纵波的质点随波一起迁移
D.空气介质中只能传播纵波
答案 D
解析 横波中质点的振动方向与波的传播方向相互垂直,纵波中质点的振动方向总是与波的传播方向在同一条直线上,有时相同,有时相反,故选项A、B错误;
无论是横波还是纵波,质点都是在平衡位置附近做往复运动,不会随波迁移,故选项C错误;
因为空气介质只能通过压缩而产生相互作用力,故空气中只能传播纵波,故选项D正确.
三、质点的振动方向和起振方向的判定
1.质点的起振方向
质点的起振方向是指质点刚开始振动的方向,由于介质中的质点都重复波源的振动,所以介质中的所有质点的起振方向都与波源开始振动的方向相同.
2.质点的振动方向
质点的振动方向是指某时刻质点的运动方向,可利用“带动法”判定:
(1)原理:
先振动的质点带动邻近的后振动的质点.
(2)方法:
在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点P′,P′为先振动的质点,若P′在P上方,则P向上运动,若P′在P下方,则P向下运动,如图5所示.
图5
一列横波沿绳子向右传播,某时刻绳子形成如图6所示的形状,对此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点说法正确的是( )
图6
A.质点B向右运动
B.质点D和质点F的速度方向相同
C.质点A和质点C的速度方向相同
D.从此时算起,质点B比质点C先回到平衡位置
解析 波传播时,离波源远的质点的振动落后于离波近的质点的振动,并跟随着近的质点振动,D跟随C向上运动,F跟随E向下运动.同理,A向下运动,C向上运动,由此可知选项B、C错误;
由于此时B和C都向上运动,所以B比C先到达最大位移处,并先回到平衡位置,选项A错误,D正确.
针对训练2 (多选)如图7所示,一列绳波沿着绳由左向右传播,A是波源,t时刻,波刚传到B点.下列说法正确的是( )
图7
A.质点C在t时刻的振动方向向下
B.质点D的起振方向与A相同
C.质点B在t时刻的振动方向向上
D.波源A开始振动时振动方向向上
答案 BCD
1.(波的形成)(2020·
临漳一中高二下学期期中)如图8所示为某绳波形成过程的示意图,1、2、3、4…为绳上的一系列等间距的质点,绳处于水平方向.质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动,带动2、3、4…各个质点依次上下振动,把振动从绳的左端传到右端.t=0时,质点1开始竖直向上运动,经过四分之一周期,质点5开始运动.下列判断正确的是( )
图8
A.t=
时质点5的运动方向向下
B.t=
时质点7的速度方向向上
C.t=
时质点11的运动方向向下
D.t=T时质点17开始向下运动
答案 B
2.(波的特点)(多选)关于波的形成和特点,下列说法正确的是( )
A.随着波的传播,介质中各质点都在各自的平衡位置附近振动
B.随着波的传播,介质中的各质点也将由近及远地迁移出去
C.传播波的过程中相邻各质点间必有相互作用力
D.某一横波在介质中沿水平方向传播,介质中的质点必沿竖直方向上下振动
答案 AC
解析 随着波的传播,介质中各质点都在各自的平衡位置附近来回振动,不随波迁移,故A正确,B错误;
振源的振动使质点一个被一个带动,且与振源振动形式相同,同时总滞后前一个质点,可知各质点间有力的作用,故C正确;
某一横波在介质中沿水平方向传播,介质中的质点的振动方向与波的传播方向垂直,但不一定沿竖直方向,故D错误.
3.(横波和纵波)下列关于纵波的说法,正确的是( )
A.在纵波中,波的传播方向就是波中质点的移动方向
B.纵波中质点的振动方向一定与波的传播方向在同一条直线上
C.纵波中质点的振动方向一定与波的传播方向垂直
D.纵波也有波峰和波谷
解析 纵波中质点的振动方向与波的传播方向在同一条直线上,纵波有疏部和密部,故选项B正确.
4.(质点振动情况的判定)(2019·
福建龙岩高中月考)振源A带动细绳上下振动,某时刻在绳上形成的横波波形如图9所示,规定绳上各质点向上运动的方向为位移x的正方向,从波传播到细绳上的P点开始计时,下列四幅x-t图形中能表示P点振动图像的是( )
图9
答案 A
解析 由波形可知,波向右传播,开始计时时P点在平衡位置且将向下振动,故A正确.
考点一 波的形成和特点
1.(多选)下列关于机械波的说法正确的是( )
A.波动发生需要两个条件:
波源和介质
B.波动过程是介质质点由近及远移动的过程
C.波动过程是能量由近及远传递的过程
D.波源与介质质点的振动都是自由振动
解析 波源(即振源)振动时,依靠介质中的相互作用力带动周围各部分质点振动起来,形成机械波.组成介质的各质点只在平衡置附近振动,并不随波迁移,仅把振源的振动形式和能量传播开来.波源和介质质点之间的相互作用力带动相邻的质点振动,是受迫振动,故介质质点的振动不是自由振动的,故选A、C.
2.(2019·
烟台二中高二月考)关于振动和波的关系,下列说法正确的是( )
A.如果波源停止振动,在介质中传播的波也立即停止
B.发声体在振动时,一定会产生声波
C.波动的过程是介质质点由近及远的传播过程
D.波动的过程是质点的振动形式及能量由近及远的传播过程
答案 D
解析 波源停止振动,介质中的质点仍然在振动,所以波仍继续传播,选项A错误;
产生机械波的条件之一是必须有介质,选项B错误;
在振动过程中介质质点不随波的传播而迁移,只是向外传播信息和能量,选项C错误,D正确.
3.如图1所示,1、2、3、4…是某绳(可认为是均匀介质)上一系列等间距的质点,开始时绳处于水平方向,质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动,带动2、3、4…各个质点依次上下振动,把振动从绳的左端传到右端.已知t=0时,质点1开始向下运动,经过二分之一周期时,质点9开始运动,则在二分之一周期时刻,下列说法正确的是( )
A.质点3向上运动
B.质点5所受回复力为零
C.质点6的加速度向下
D.质点9的振幅为零
答案 A
解析 经过二分之一周期,质点9开始运动,此时质点9开始向下振动,其位移为零,但振幅不为零,选项D错误;
质点5到达最低点,质点3向上运动,选项A正确;
质点5在波谷,此时的回复力最大,选项B错误;
质点6在平衡位置以下向下振动,加速度向上,选项C错误.
4.在一平静的湖面上漂浮着一轻木块,向湖中投入一石块,在湖面上激起水波,关于木块的运动情况,以下说法正确的是( )
A.因为“随波逐流”,木块将被推至远处
B.因不知道木块离波源的远近如何,所以无法确定木块的运动情况
C.无论木块离波源的远近如何,它都不能被波推动,最多只能在湖面上做上下振动
D.木块被推动的距离与木块的质量大小和所受水的阻力的大小等情况有关
答案 C
解析 波传播的是振动这种形式,各质点在各自平衡位置附近做简谐运动,并不随波迁移,故A、B、D错误,C正确.
5.(多选)关于机械波的说法正确的是( )
A.相邻的质点要相互做功
B.机械波在真空中也能传播
C.波源开始时怎样振动,其他质点开始时就怎样振动
D.除波源外,波中各质点都做受迫振动
答案 ACD
解析 机械波是由于介质中前面的质点带动后面的质点运动,使波源的振动形式与波源的能量向远处传播而形成的,前、后质点间存在相互作用力,因而相互做功,故A正确;
机械波的传播必须有介质,在真空中不能传播,故B错误;
波源依次带动后面的质点,每个质点都做受迫振动,每个质点的频率都与波源频率相同,并且都“仿照”波源振动,故C、D正确.
考点二 横波和纵波
6.区分横波和纵波的依据是( )
A.是否沿水平方向传播
B.质点振动的方向和波传播的远近
C.质点振动的方向和波传播的方向是相互垂直还是在同一直线上
D.质点振动的快慢
答案 C
7.下列关于横波和纵波的说法,正确的是( )
A.横波中,质点的振动方向一定与波的传播方向垂直
B.横波中,质点的振动方向也可能与波的传播方向平行
C.纵波中,波水平向右传播,各个质点一定上下振动
D.能形成波峰、波谷的波是横波
解析 横波的传播方向与质点的振动方向垂直,选项A正确,B、C错误;
有波峰和波谷,但波的传播方向不一定与质点的振动方向垂直,选项D错误.
8.某地区地震波中的横波和纵波传播速率分别约为4km/s和9km/s.一种简易地震仪由竖直弹簧振子P和水平弹簧振子H组成(如图2所示).在一次地震中,震源在地震仪下方,观察到两振子相差5s开始振动,则( )
A.P先开始振动,震源距地震仪约36km
B.P先开始振动,震源距地震仪约25km
C.H先开始振动,震源距地震仪约36km
D.H先开始振动,震源距地震仪约25km
解析 横波的传播速率小于纵波的传播速率,所以P先开始振动,由
+5s=
,可得x=36km,故A正确,B、C、D错误.
考点三 质点振动情况的判定
9.一列横波沿x轴负方向传播,某时刻的波形如图3所示,则( )
A.质点F此时向x轴负方向运动
B.质点C此时向y轴正方向运动
C.质点C将比质点B先回到平衡位置
D.质点E的振幅为零
解析 因为机械波在传播过程中,靠近波源的质点的振动带动相邻的后面质点的振动,而后面质点要“模仿”前面质点的振动,所以质点F向y轴负方向运动,选项A错误;
质点C此时刚到达最大位移处,速度为0,此后向y轴负方向运动,选项B错误;
质点B要先向y轴正方向运动到达波峰位置再回到平衡位置,而质点C直接从波峰位置回到平衡位置,选项C正确;
振幅指的是质点离开平衡位置的最大距离,虽然此时质点E的位移为零,但其振幅不为零,选项D错误.
10.(2019·
北京市东城区期末)一列横波沿x轴正方向传播,某时刻的波形如图4所示,质点a、b均处于平衡位置.则下列说法正确的是( )
A.该时刻质点a正向下运动
B.该时刻质点b正向上运动
C.该时刻质点a、b的速度相同
D.质点a、b的振动周期相同
解析 由“带动法”知质点a正向上运动,A错误;
此时质点b向下运动,B错误;
此时a、b两点速度大小相等,但方向相反,C错误;
a、b两点的振动周期都等于波源的振动周期,因此振动周期相等,D正确.
11.(多选)如图5所示,为一列横波在某时刻的波形图,a、b、c、d为介质中的四个质点,a在波峰,d在波谷,c在平衡位置,b的位移大小等于振幅的一半.四个质点的加速度大小分别为aa、ab、ac、ad,速度大小分别为va、vb、vc、vd,则( )
A.ac<ab<
aa=adB.ac>ab>aa=ad=0
C.va=vd>vb>vcD.va=vd<vb<vc
答案 AD
解析 质点所受回复力的大小与位移的大小成正比,因而加速度的大小与位移的大小成正比,所以这四个质点的加速度关系为aa=ad>ab>ac,A正确,B错误;
而质点越靠近平衡位置速度越大,位移越大则速度越小,所以四个质点的速度大小关系为va=vd<vb<vc,C错误,D正确.
12.一列波沿水平方向向左传播,某时刻的波形如图6所示.P为介质中的一个质点,从该时刻开始的一小段时间内,P的速度v和加速度a的大小变化情况是( )
A.v变小,a变大
B.v变小,a变小
C.v变大,a变大
D.v变大,a变小
解析 由题述波向左传播及题图可得,P质点在该时刻在向下运动,即向最大位移处运动,向最大位移处运动过程中质点的速度逐渐减小,加速度随位移逐渐增大而增大,故A正确.
13.(多选)一列波在某一时刻的波形图如图7所示,N为波源,并且此时振动只发生在M、N之间,已知此波的周期为T,下面说法正确的是( )
A.由波源起振开始计时,Q质点已经振动了T
B.由波源起振开始计时,Q质点已经振动了
C.由波源起振开始计时,P质点已经振动了
D.由波源起振开始计时,P质点已经振动了
解析 N是波源.经过一个周期,振动从N点传播到M点,又因从波源N起振开始计时,需经
T,P质点才开始振动,故P质点已振动了
,选项C正确;
同理可知选项B正确.
14.如图8甲所示为波源的振动图像,图乙为均匀介质中同一条直线上等间距的质点在t=1s时的振动状态,其中质点4刚开始振动.请在图丙中画出t=5s时质点的振动状态.
答案 见解析图
解析 由题图甲知波源振动周期T=4s,根据波传播的规律知t=5s时,波源出现在波峰,质点16起振.如图所示.
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