高中物理 《波的形成和描述》素材 魯科版選修3-4

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1、波的形成和描述 素材 【思考導(dǎo)學(xué)】 1．我們知道水波、聲波、地震波等都是機(jī)械波，那么機(jī)械波是怎樣形成的?產(chǎn)生機(jī)械波的條件是什么?它又是怎樣傳播的?機(jī)械波的傳播有什么特點(diǎn)?對(duì)機(jī)械波又如何分類? 【自學(xué)導(dǎo)引】 1．波的形成：引起波動(dòng)的振動(dòng)體叫波源．波源振動(dòng)帶動(dòng)它相鄰質(zhì)點(diǎn)發(fā)生振動(dòng)，并依次帶動(dòng)離波源更遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，只是后一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)比前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)遲一些．于是，波源的振動(dòng)逐漸傳播開(kāi)去． 2．機(jī)械波產(chǎn)生的條件：(1)要有波源；(2)要有傳播振動(dòng)的介質(zhì)． 3．機(jī)械波的特點(diǎn)：(1)機(jī)械波傳播的是質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)形式，也是傳遞能量和信息的一種方式．介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)只是在平衡位置附近振動(dòng)，并不

2、隨波的傳播而遷移．(2)波動(dòng)是大量質(zhì)點(diǎn)的集體行為，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)有一個(gè)時(shí)間差，離波源越遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)越滯后． 4．機(jī)械波的分類：機(jī)械波分成橫波和縱波兩類．質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的方向與波的傳播方向垂直的波叫橫波．在橫波中，凸起的最高處叫波峰，凹下的最低處叫波谷．質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向跟傳播方向在同一直線上的波叫縱波．在縱波中，質(zhì)點(diǎn)分布最密的地方叫密部，質(zhì)點(diǎn)分布最疏的部分叫疏部． 【疑難辨析】 波動(dòng)與振動(dòng)的區(qū)別： 振動(dòng)是單個(gè)質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的“個(gè)體行為”；波動(dòng)則是大量的、彼此相聯(lián)系的質(zhì)點(diǎn)將波源的振動(dòng)在空間傳播的“群體行為”．這種“群體行為”雖不同步但卻是有秩序的． 根據(jù)機(jī)械波的定義，機(jī)械波

3、產(chǎn)生的條件有兩個(gè)：(1)有起振的波源；(2)有傳播振動(dòng)的介質(zhì)．由此可以知道：有波動(dòng)就一定有振動(dòng)，因?yàn)椴ㄖ械母鱾€(gè)質(zhì)點(diǎn)都是重復(fù)波源的振動(dòng)；但有振動(dòng)卻不一定有波動(dòng)，還要看是否有傳播振動(dòng)的介質(zhì)．例如，放在抽成真空的玻璃罩內(nèi)的鬧鐘，盡管鈴錘不停地振動(dòng)敲擊鈴殼，但是我們卻聽(tīng)不到鈴響，原因是鬧鐘周圍沒(méi)有傳播聲音的介質(zhì)，不能形成聲波． 請(qǐng)同學(xué)們?cè)偎伎迹喝绻ㄔ赐Ｖ沽苏駝?dòng)，那么由它引起的波動(dòng)是否也會(huì)立即停止？試舉例說(shuō)明． 【應(yīng)用指導(dǎo)】 ［例1］關(guān)于波動(dòng)的下列說(shuō)法，正確的是 A．介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)隨波的傳播而遷移 B．質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的方向總是垂直于波的傳播方向 C．波不但傳遞能量，還能傳遞信息 D．一切波

4、的傳播均需要介質(zhì) 解析：介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)只是隨波源在各自的平衡位置附近做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，并不隨波形的移動(dòng)而遷移．選項(xiàng)A錯(cuò)誤． 橫波中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的方向和波傳播的方向垂直，而縱波中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的方向和波的傳播方向在同一直線上．選項(xiàng)B錯(cuò)誤． 波在傳播過(guò)程中，傳播的不僅是波源振動(dòng)的形式，還傳播波源振動(dòng)的能量和信息．譬如，老師講課時(shí)，他的喉部和口腔是波源，通過(guò)空氣介質(zhì)形成聲波，聲波傳入同學(xué)們的耳道引起鼓膜的振動(dòng)——鼓膜獲得了波源傳遞的能量，同時(shí)也獲得了聲波傳遞的信息——老師講課的內(nèi)容．選項(xiàng)C正確． 傳播機(jī)械波一定要有介質(zhì)，但傳播電磁波可以沒(méi)有介質(zhì)．關(guān)于這一點(diǎn)，在后面“電磁波”的教學(xué)中還要講到．選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 故

5、本題的正確答案是C． ［例2］如圖10—1—1是一列向右傳播的橫波，請(qǐng)標(biāo)出這列波中a、b、c、d……h(huán)等質(zhì)點(diǎn)這一時(shí)刻的速度方向． 解析：由波的形成特點(diǎn)可知，介質(zhì)中先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)將帶動(dòng)它后面的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，后面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是前面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的重復(fù)．比較沿波傳播方向上相鄰的兩質(zhì)點(diǎn)，可知后面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)狀態(tài)總是滯后于前面的質(zhì)點(diǎn)． 此題中質(zhì)點(diǎn)c和g此時(shí)在最大位移處，速度為零，無(wú)速度方向可言．若以此時(shí)最大位移處的c點(diǎn)為參照點(diǎn)，由波的形成特點(diǎn)知d點(diǎn)的振動(dòng)滯后于c，要追隨移動(dòng)到最大位移處，所以速度方向向下，E、f依次跟上，速度都向下；b的振動(dòng)超前，已從負(fù)的最大位移回振，所以速度向上；a超前b，已回到平衡位置，

6、速度最大也向上；同理以g為參照點(diǎn)，可知h點(diǎn)速度向上． 說(shuō)明：確定波的傳播過(guò)程中某質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向，關(guān)鍵是要理解清楚波的形成原因，掌握波的傳播特點(diǎn)． 【同步練習(xí)】 夯實(shí)基礎(chǔ) 1．關(guān)于機(jī)械波的下列說(shuō)法正確的是 A．有機(jī)械振動(dòng)就有機(jī)械波 B．有機(jī)械波就一定有機(jī)械振動(dòng) C．機(jī)械波是機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播過(guò)程，它是傳遞能量的一種方式 D．沒(méi)有機(jī)械波就沒(méi)有機(jī)械振動(dòng) 2．波在傳播過(guò)程中，正確的說(shuō)法是 A．介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)隨波遷移 B．波源的振動(dòng)能量隨波傳遞 C．介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的頻率隨著波的傳播而減小 D．波源的能量靠振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的遷移來(lái)傳播 解析：介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的頻率與波源振

7、動(dòng)的頻率相同，不隨波的傳播而減小．  3．區(qū)分橫波和縱波是根據(jù) A．質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅和波的傳播速度的大小 B．質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的頻率和波的傳播能量的多少 C．質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的方向和波傳播的遠(yuǎn)近 D．質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的方向和波傳播的方向 4．在機(jī)械波中 A．各質(zhì)點(diǎn)都在各自的平衡位置附近振動(dòng) B．相鄰質(zhì)點(diǎn)間必有相互作用力 C．前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)帶動(dòng)相鄰的后一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，后一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)必定落后于前一質(zhì)點(diǎn) D．各質(zhì)點(diǎn)也隨波的傳播而遷移 5．質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向_______的波叫橫波，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在一直線上的波叫_______，機(jī)械波中的橫波、縱波傳播時(shí)均需要

8、有_______． 6．沿繩傳播的一列機(jī)械波，當(dāng)波源突然停止振動(dòng)時(shí) A．繩上各質(zhì)點(diǎn)同時(shí)停止振動(dòng)，橫波立即消失 B．繩上各質(zhì)點(diǎn)同時(shí)停止振動(dòng)，縱波立即消失 C．離波源較近的各質(zhì)點(diǎn)先停止振動(dòng)，較遠(yuǎn)的各質(zhì)點(diǎn)稍后停止振動(dòng) D．離波源較遠(yuǎn)的各質(zhì)點(diǎn)先停止振動(dòng)，較近的各質(zhì)點(diǎn)稍后停止振動(dòng) 提升能力 7．日常生活中，若發(fā)現(xiàn)球掉入池塘里，能否通過(guò)往池塘丟入石塊，借助石塊激起的水波把球沖到岸邊呢？說(shuō)明理由． 8．如圖10—1—2所示是沿繩向右傳出的一列橫波．在圖上畫出各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度方向，并回答下列幾個(gè)問(wèn)題： (1)速度最大的點(diǎn)是第_______點(diǎn)、第_______點(diǎn)；

9、 (2)第_______點(diǎn)所在的位置是波的波峰，此時(shí)該質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的速度為_(kāi)______． 9．AB為一彈性繩，設(shè)法在繩上傳播一個(gè)脈沖的波，如圖10—1—3所示，當(dāng)波從A向B傳播時(shí)，繩上質(zhì)點(diǎn)開(kāi)始振動(dòng)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的速度方向是_______，若當(dāng)波從B向A傳播時(shí)，繩上質(zhì)點(diǎn)開(kāi)始振動(dòng)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的速度方向是____________． 10．如圖10—1—4所示為一列橫波在某時(shí)刻的波形，已知f質(zhì)點(diǎn)在此時(shí)的運(yùn)動(dòng)方向向下，那么下列說(shuō)法中正確的是 A．波向左傳播 B．質(zhì)點(diǎn)c比b先回到平衡位置 C．質(zhì)點(diǎn)c和f的振幅相同 D．質(zhì)點(diǎn)c在此時(shí)刻的加速度為零

10、 同步練習(xí)題參考答案： 1．BC 2．B 3．D 4．ABC 5．垂直；縱波；介質(zhì) 6．C 7．解析：不能．向水中投入石塊，水面受到石塊的撞擊開(kāi)始振動(dòng)，形成水波向四周傳去．這是表面現(xiàn)象，實(shí)際上水波向四周傳播時(shí)水只是上下振動(dòng)并不向外遷移，所以球也僅僅是上下振動(dòng)而不會(huì)向岸邊運(yùn)動(dòng)。 8．答案：圖略．(1)3，7(2)5；零 9．答案：向下；向上 10．解析：由波的傳播特點(diǎn)可知，當(dāng)f點(diǎn)向下移動(dòng)時(shí)，與它鄰近的E點(diǎn)也將向下運(yùn)動(dòng)，E、f兩點(diǎn)相比較，f的運(yùn)動(dòng)超前于E，f為前一質(zhì)點(diǎn)，E為后一質(zhì)點(diǎn)，波由右向左傳播．質(zhì)點(diǎn)c已到達(dá)最大位移處，之后c將移向平衡位置，而質(zhì)點(diǎn)b卻正在向最大位移處移動(dòng)，所以質(zhì)點(diǎn)c將比b先回到平衡位置．盡管此時(shí)c和f的位移不同，但它們的振幅卻是相同的．質(zhì)點(diǎn)c此時(shí)處在最大位移處，加速度最大． 答案：ABC