高二物理第十章 机械波 第一节和第二节人教版 15页

高二物理第十章 机械波 第一节和第二节人教版 ‎ ‎【同步教育信息】‎ 一. 本周教学内容：‎ 第十章 机械波 第一节 波的形成和传播 第二节 波的图象 二. 知识要点：‎ 知道直线上机械波的形成过程，知道什么是横波，什么是纵波，知道横波传播有波峰和波谷、纵波传播有疏部和密部。知道机械波传递能量和信息。理解波的图象的意义，知道横波图象各表示什么物理量，能画出下一时刻波的图象。‎ 三. 重点、难点解析：‎ ‎1. 波的概念：‎ 由于物体一部分与另一部分，就是物理中所说一个质点与相邻质点之间有力的作用，当一个质点振动时会带动相邻质点振动，依次传递出去就使一个质点的振动在介质中传播出去。这种振动在介质中的传播叫机械波。简称波。‎ 产生振动的物体叫波源，能传播振动的物质叫介质，介质可以是固体、液体、气体。‎ 波是质点振动的传播，即运动状态的传播并不是质点随波整体迁移。‎ 波在传播过程中受介质限制，形成波的形式各不相同。如在一条绳上，波只能沿绳子运动，这种波叫直线波，在水面石子激起的水波可以在整个水面传播。上课的铃声可以传向四面八方。‎ 若波源做简谐运动形成的波只沿一直线运动，或者只分析一个方向上的波动叫一维简谐波，一维简谐波特点所有质点振动与波源振动的周期和振幅相同。‎ ‎2. 波的形成 以一条弹性绳上波的形成为例。‎ 取软绳一端固定，取相邻质点依次定序号为1，2，3……相邻点间有弹力。‎ ‎1号质点为波源，时刻各点均处于各自的平衡位置。此时刻质点受外力作用已有速度。‎ 当1质点向上运动，绳子发生形变，1、2质点间距离增大，产生弹力，2质点受1质点的作用向上运动，但比1质点要落后一些。同理2质点运动也要带动3质点运动，这样各质点依次运动起来。经T时间质点1到达最大位移，质点4还在平衡位置，但已受力。见下图。‎ 再经T，质点回到平衡位置，质点2、3跟随1质点先到最大位移返回向平衡位置运动，4质点到达最大位移5、6已离开平衡位置，但未到最大位移，7质点开始离开平衡位置。见下图 再经T，质点1向下运动到最大位移2，3向下运动，未到最大位移，4质点回到平衡位置。5，6质点到达最大位移后向平衡位置运动，质点到达最大位移处，8，9质点向最大位移方向运动。10质点开始离开平衡位置。见下图。‎ 再经T，1质点回到平衡位置，且有向上最大速度，4质点到最大位移处，7质点到平衡位置，10质点到正向最大位移处。13质点开始离开平衡位置。经过1个周期1质点的振动状态传播到13质点。‎ 下一个周期，13质点的振动又带动更远的质点振动。每经过1个T，振动传播相等的距离。依此不停，波源的振动由介质传播出去形成多个质点同时振动的状态——波动。‎ 当波动稳定时，质点在平衡位置速度最大，在最大位移处速度最小。每隔相同的一段距离就有质点振动状态完全相同。但远处质点比近处质点已晚了一个周期。‎ 波动实质是波源在外力作用下，振动状态向远处传播，由于振动由近及远依次落后，使同一时刻各质点位移依次落后，形成凹凸不平的样子，振动的形式和能量及振动的先后关系在介质中传播。‎ ‎3. 波传播的特点 ‎（1）波动过程中波源向外传播的是振动形式，同时传递了能量和振动先后这种信息。‎ ‎（2）波动的介质中，每个质点振动都有自己的平衡位置，并不随波的传播方向迁移，每个质点振动都与波源的周期、频率相同。‎ ‎（3）波动是大量质点同时振动，但又不同步，离波源近的先动。离波源远的落后，简称同时不同步。‎ ‎（4）在波的形成过程中，刚开始运动的点振动与波源开始时振动相同。‎ ‎（5）波一旦在介质中形成，就可以脱离波源、继续传播。‎ ‎4. 波的分类：‎ 按质点振动方向与波的传播方向关系分为横波和纵波。‎ 质点振动方向与传播方向垂直的波叫横波。就相当波前进时质点在横向振动。凸起部分叫波峰，凹下部分叫波谷，波动是峰谷移动。‎ 质点振动方向与传播方向在一条直线上的波叫纵波，看起来波的传播方向上质点向前或向后运动，因而使质点间的距离变化，这种质点间距离不同形成质点的疏密不同，波动中质点间的疏密状态向前传播。如声波就是纵波，地振波也有纵波。‎ ‎5. 波动与振动关系：‎ 振动是一个质点位移随时间变化，波动是多个质点同时振动的群体行为，振动是形成波动的原因之一，因有质点振动不一定能形成波动，只有在介质中质点间存在作用力的情况下，才能使质点的运动传播出去，形成波动必须有介质。‎ ‎6. 机械波：‎ 质点机械振动形成的波叫机械波。‎ 其它种的波还有电波。‎ ‎7. 波的图象：‎ 波的图象是以横坐标表示在波的传播方向上介质中各点的平衡位置，用纵坐标表示各质点偏离平衡位置的位移。‎ 已知各质点的位移在坐标系内有点表示，把这些点连成平滑曲线就是波的图象。‎ 质点做简谐运动形成的波叫简谐波，简谐波的图象是正弦或余弦曲线。‎ 波的图象是各点位移随位置变化关系。它不是实际介质中波的形状，在坐标系中表示位移的标度会影响图象的幅度。一个波形在不同的坐标系中图象不同。另外纵波的波形只有疏密区分并无峰谷的外形。‎ 由波的图象可直接求出几个物理量 ‎（1）由图象可直接确定介质中在波的传播方向上任一点的位移大小和方向。‎ ‎（2）可求出振幅。‎ ‎（3）由图象上确定质点的位置可确定振动方向。‎ ‎（4）由图象上的位移可求出加速度方向及比较相邻点加速度大小。‎ 由波的传播方向可确定某质点的振动方向，方法一是找相邻点比较位移大小，并由点到波源越远振动越滞后，就是较远的点跟随较近的点振动从而确定振动方向如图所示波沿正方向传播。B比A离波源远。A点沿方向运动。B点紧随A点，所以也沿方向运动而C点与波峰处比较滞后，所以沿方向运动。‎ 方法二是整体平移，根据波的传播方向把图象沿速度方向移动一较小距离取同一横坐标比较纵坐标值即可确定质点振动方向。如A点下一时刻位移是点的值，所以A点沿方向运动。‎ 由某一时刻波的图象确定下一时刻图象可用整体平移法。‎ 波的图象与振动图象不同。‎ 波的图象是同一时刻不同质点的位移关系。‎ 振动图象是同一质点不同时刻的位移变化。它们意义不同。‎ ‎【典型例题】‎ ‎[例1] 关于机械波，下列说法正确的是（ ）‎ A. 波源一旦停止，距波源由近及远的各质点也依次停止振动 B. 只要物体做机械振动，就产生机械波 C. 波的传播速度就是质点振动速度 D. 在池塘中激起水波，浮在水面上的木块要随水波漂走 解析：波源向外传播的是振动这种运动形式和能量，波源停止远动，则不再向介质提供能量。当波源停止振动就会由近及远的质点由振动变静止，依次“传播”。A选项正确。‎ 机械波是振动在介质中传播。若无介质，波源的运动不会向外传播，也就不能产生机械波。B选项是错误的。‎ 波的传播速度是一个质点振动带动另一质点振动快慢程度与振动速度不是一个。C选项是错误的。‎ 波的传播由波源向远处传递，只是运动状态的传播而不是质点沿波的传播方向迁移。在波动中，每一个质点都只在自己的平衡位置振动。平衡位置是不移动的，所以浮在水面上的木块只能随水面的质点振动不能离开振动范围而漂移。平时我们看到木块被推到岸边是风力作用的结果或另一种大浪推动，不是水面小幅波动推动，D项错误。‎ ‎[例2] 一列横波沿轻绳向右传播，某时刻绳子形状如图所示，对此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点（ ）‎ A. 它们的振幅相等 B. D、F的速度方向相同 C. A、C两点的速度方向相同 D. 从此时刻起B点比C点先回到平衡位置。‎ 解析：绳子上各点都是受迫振动，波均匀传播，各点的振幅相同A选项正确。波动传播由波源向远处传。远处点比离波源近的点振动步调迟。B点比第1个波峰P（位移最大点）要晚。后一时刻B点才到波峰。所以B点向上运动C、D点依次振动得晚C、D与B点速度方向相同都向上。E、F点比Q点晚所以速度方向向下。D、F速度方向相反，B选项是错误的。同理A、C速度方向相反，C选项是错误的。D选项是正确的。‎ ‎[例3] 在一条软绳上，外力F使O点上下振动短时间内绳子形状如图示，经一段时间波传播到PQ两点，则（ ）‎ A. A、B两点振动同方向 B. A、B两点振动方向相反 C. 波传播到PQ时，PQ振动方向相同 D. 波传播到PQ时，PQ振动方向相反 解析：O点受外力振动为波源，产生的波绳子上沿相反方向传播，但每个质点振动都在竖直方向，由波的传播方向可知A点速度方向向上。B点也向上，A选项正确。当波传到PQ点时，PQ点状态与原来波刚到AB时状态相同。∴ PQ振动方向都是向上的，C选项正确。‎ ‎[例4] 一列简谐波在某一时刻的波形如图所示。已知波沿轴正方向传播，波速为‎1m/s。试画出1s后的波形。‎ 解：沿正方向传播的波，波峰，波谷都随波一起移动，波图象形状不改变。，见图中图象。‎ ‎[例5] 一列简谐横波在某时刻的图象如图所示下列说法中正确的是（ ）‎ A. B、C两点振幅相同 B. A、C两点的位移相同 C. C点的速度方向是向上的 D. E点的速度方向是向下的 解：同一列简谐波各质点振幅相同。A选项正确。A、C两点位移方向相反，B选项错。C点位移最大，速度为零，C选项错。‎ 由于未知波的传播方向，各点振动方向不能确定，D选项错。‎ ‎【模拟试题】‎ ‎1. 下列关于机械波的说法中正确的是（ ）‎ A. 有机械振动一定有机械波 B. 有机械波一定有机械振动 C. 波源一旦停止振动，波就立即停止传播 D. 机械波是机械振动在介质中的传播过程，是传递能量的一种方式 ‎2. 关于机械波，以下说法中正确的是（ ）‎ A. 波动是指振动质点在媒质中传播的过程 B. 波动是传播能量的一种运动形式 C. ‎ 波动过程中，媒质质点并没有在波的传播方向上发生迁移，仅仅在各自的平衡位置附近做振动 D. 机械波可以在真空中传播 ‎3. 简谐波的图象如图1所示，下列关于各个质点在该时刻的振动方向的说法中，正确的是（ ）‎ A. 与的质点的振动方向相同 B. 与的质点的振动方向相反 C. 处的质点正向着平衡位置移动 D. m处的质点正沿轴负方向运动 图1‎ ‎4. 如图2所示为一列沿轴负方向传播的简谐波在某一时刻的图象，下列说法中正确的是（ ）‎ A. 该时刻点和点位移相同，速度方向相反 B. 该时刻点和点位移相同，速度方向也相同 C. 质点比质点先回到平衡位置 D. 质点比质点先回到平衡位置 图2‎ ‎5. 如图3所示一列简谐横波的图象，‎ ‎（1）请在图中画出沿着波的传播方向和的两个质点的位移大小和方向。‎ ‎（2）请在图上标出的质点和的质点的振动方向。‎ ‎（3）说出的质点和的质点哪个先回到平衡位置？‎ 图3‎ ‎6. 下列现象中，我们能够观察到的是（ ）‎ A. 在真空中，单凭耳朵能听到歌唱家美妙的声音 B. 只要有机械波发出，一定可以找到产生机械波的波源 C. 某空间找不到机械波，在这一空间找不到波源 D. 把小石头扔进平静的湖面，便能激起水波，水波将促使漂在水面上的小木片向远方运动 ‎7. 一列沿着绳子向右传播的波，在传播方向上有A、B两点，它们的振动方向相同，C是A、B两点的中点，则C点的振动（ ）‎ A. 跟A、B两点的振动方向一定相同 B. 跟A、B两点的振动方向一定相反 C. 跟A点的振动方向相同，跟B点的振动方向相反 D. 可能跟A、B两点的振动方向相同，也可能跟A、B两点的振动方向相反 ‎8. 一列横波沿绳子向右传播，某时刻绳子形成如图4所示的凹凸形状，关于此时绳上A、B、C、D、E五个质点，下列说法中正确的是（ ）‎ A. 它们的振幅相同 B. D和E的速度方向相同 C. A和C的速度方向相同 D. 从此时刻算起，B比C先回到平衡位置 图4‎ ‎9. 如图5所示为一列简谐波的图象，下列说法中正确的是（ ）‎ A. 波一定沿轴正方向传播 B. 波一定沿轴负方向传播 C. 如果质点正沿轴正方向运动，则波沿轴正方向传播 D. 如果质点正沿轴正方向运动，则波沿轴负方向传播 图5‎ ‎10. 如图6所示，实线为简谐波在时刻的图象，虚线为简谐波经时间后的图象，则下列说法中正确的是（ ）‎ A. 这列简谐波一定沿轴正向传播 B. 这列简谐波一定沿轴负向传播 C. 实线上的质点经时间后位于虚线上位置 D. 实线上的质点经时间后位于虚线上位置 图6‎ ‎11. 一列简谐波正以的速率沿轴正方向传播，则下列说法中正确的是（ ）‎ A. 经过时间，波源振动的能量沿轴正方向传播了‎400m B. 经过时间，位于平衡位置的质点沿轴正方向运动了‎400m C. 波中各个质点都以‎400m/s的速率沿轴正方向匀速运动 D. 以上说法都错误 ‎12. 如图7所示一列简谐波在时刻的波形图线，已知该波沿轴正方向传播 ‎（1）在图中标出质点和在时刻的加速度方向；‎ ‎（2）在图中标出质点和在时刻的速度方向；‎ ‎（3）定性地画出经很短时间后的波形图形。‎ 图7‎ ‎13. 如图8所示，实线为简谐横波在时刻的图线，虚线为波在（）时刻的图线，若波速为‎100m/s。‎ ‎（1）指出简谐波的传播方向；‎ ‎（2）处的质点在内的位移多大？方向如何？‎ ‎（3）处的质点在0.01s内的平均速度多大？‎ 图8‎ ‎14. 地震波的纵波和横波在地表附近的传播速度分别是‎9.1km/s和‎3.7km/s。在一次地震时某观测站记录的纵波和横波的到达时刻相差5.0s，则地震的震源距这个观测站有多远？‎ ‎15. 一列简谐波某时刻的波形如图9甲所示，乙图表示该波传播的介质中某质点此后一段时间内的振动图象，则（ ）‎ A. 若波沿轴正方向传播，图乙为点的振动图象 B. 若波沿轴正方向传播，图乙为点的振动图象 C. 若波沿轴负方向传播，图乙为点的振动图象 D. 若波沿轴负方向传播，图乙为点的振动图象 ‎ ‎ 甲 乙 图9‎ 试题答案 ‎1. BD 2. BC 3. BCD 4. AD ‎5.‎ ‎（1）处 处（A是振幅）‎ ‎（2）处，振动方向为方向，处，振动方向是方向 ‎（3）质点先回到平衡位置 ‎6. B 7. D 8. ABD 9. C 10. C 11. A ‎12.‎ ‎13.‎ ‎（1） ∴ 波正方向传播 ‎（2）沿正方向 ‎（3）‎ ‎14. ‎31.2‎km‎ 15. BD