2019-2020学年人教版物理选修3-4(浙江新高考专用版)讲义:第十二章 机械波 1 Word版含答案.pdf
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1、1 波的形成和传播 波的形成和传播 知识内容选考要求课时要求 波的形成 和传播 b 1.了解横波的概念,知道横波的波峰和波谷,理解横波的形 成过程;了解纵波的概念,了解纵波的密部与疏部 2知道横波与纵波的区别,知道声波是纵波 3 了解介质的概念, 知道机械波是机械振动在介质中的传播, 知道波传播的是振动形式和能量,波也可以传播信息 4理解波动和振动的联系和区别. 一、波的形成和传播 1波:振动的传播称为波动,简称波 2波的形成和传播(以绳波为例) (1)一条绳子可以分成一个个小段,一个个小段可以看做一个个相连的质点,这些质点之间存 在着相互作用 (2)当手握绳端上下振动时,绳端带动相邻质点,使
2、它也上下振动这个质点又带动更远一些 的质点绳上的质点都跟着振动起来,只是后面的质点总比前面的质点迟一些开始振动 二、横波和纵波 定义标志性物理量实物波形 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 三、机械波 1介质 (1)定义: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
3、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,所有质点同时运动,同时停止运动( ) (3)物体做机械振动,一定产生机械波( ) (4)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( ) 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_(填“向上”或“向下”) 图 1 答案 向上 向下 一、波的形成、传播及特点 如图所示, 手拿绳的一端, 上下振动一次, 使绳上
4、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 (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 1机械波的形成与传播 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
5、)运动:各质点只在各自的平衡位置附近振动,并不随波迁移各质点的起振方向都与波源 开始振动的方向相同 (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 例 1 (多选)如图 2 所示,沿水平方向的介质中的部分质点,每相邻两质点的距离相等,其 中 O 为波源,设波源的振动周期为 T,从波源通过平衡位置竖直向下振动开始计时,经 质 T 4 点 1 开始振动,则下列说法中正确的是( ) 图 2 A介质中所有质点的起振方向都是竖直向下的,但图中质点 9 起振最晚 B图中所画出的质点起振时间都是相同的,起振的位置和起振的方向是不同的 C图中质点 8 的振动完全重复质点 7 的振动,
6、只是质点 8 振动时通过平衡位置或最大位移 处的时间总是比质点 7 通过相同的位置时落后T 4 D只要图中所有质点都已振动了,质点 1 与质点 9 的振动步调就完全一致,如果质点 1 发 生的是第 100 次振动,则质点 9 发生的就是第 98 次振动 答案 ACD 解析 从题图可知,质点 9 是图中距波源最远的点,尽管与波源起振方向相同,但起振时刻 最晚,故 A 正确,B 错误;质点 7 与质点 8 相比,质点 7 在质点 8 的前面,两质点的振动步 调相差 ,故 C 正确;质点 9 比质点 1 晚 2T 开始起振,一旦质点 9 起振后,质点 1、9 的振 T 4 动步调就完全一致,故 D
7、正确 针对训练 下列说法正确的是( ) A有机械振动就一定有机械波 B有机械波就一定有机械振动 C振源一停止振动,波立即停止传播 D由于各质点都要参与振动,所以介质要随波发生迁移 答案 B 波动过程中各质点的运动规律可用三句话来描述: (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” 二、横波和纵波 如图所示, (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 横波与纵
8、波的区别 1质点的振动方向与波的传播方向的关系不同 : 横波中,质点的振动方向与波的传播方向垂 直;纵波中,质点的振动方向与波的传播方向在同一条直线上 2传播介质不同:横波只能在固体介质中传播;纵波在固体、液体和气体中均能传播 3特征不同:横波中交替、间隔出现波峰和波谷;纵波中交替、间隔出现密部和疏部 例 2 (2018金华诊断)区分横波和纵波的依据是( ) A质点沿水平方向还是沿竖直方向振动 B波沿水平方向还是沿竖直方向传播 C质点的振动方向和波的传播方向是相互垂直,还是在一条直线上 D波传播距离的远近 答案 C 解析 横波与纵波的分类标准是看质点的振动方向和波的传播方向的关系,若相互垂直,
9、则 为横波;若在一条直线上,则为纵波,故选项 C 正确 三、振动与波的关系 1区别 (1)研究对象不同振动是单个质点在平衡位置附近的往复运动, 是单个质点的 “个体行为” ; 波动是振动在介质中的传播, 是介质中彼此相连的大量质点将波源的振动传播的 “群体行为” (2)力的来源不同产生振动的回复力,可以由作用在物体上的各种性质的力提供;而引起 波动的力,则总是联系介质中各质点的弹力 (3)运动性质不同振动是质点的变加速运动;而波动是匀速直线运动,传播距离与时间成 正比 2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
10、 例 3 (多选)关于振动和波的关系,下列说法中正确的是( ) 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,所以选项 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
11、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 四、由“带动法”确定质点的振动方向 带动法 原理:先振动的质点带动邻近的后振动的质点 方法 : 在质点 P 靠近波源一方附近的图象上另找一点 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 3 所示 图 3 例 4 如图 4 所示是一列向右传播的横波,请标出这列波中 a、b、c、d、h 质点这一 时刻的速度方向 图 4 答案 见解析图 解析 由波的形成特点可知,介质中先振动的质点将带动它后面的质点振动,后面质点的振 动是前面质点振动的重复比较沿波传播方向上相邻的两质点,可知后面质
12、点的振动状态总 是滞后于前面的质点此题中质点 c 和 g 此时在最大位移处,速度为零,无速度方向可 言若以此时最大位移处的 c 点为参照点,由波的形成特点知 d 点的振动滞后于 c 点,要追 随 c 点移动到最大位移处,所以速度方向向下,e、f 依次跟上,速度方向都向下;b 的振动 比 c 超前,已从负的最大位移处回振,所以速度方向向上 ; a 超前于 b,已回到平衡位置,速 度最大,方向也向上 ; 同理以 g 为参照点,可知 h 点速度方向向上各点速度方向如图所示 例 5 如图 5 所示,是某绳波形成过程的示意图质点 1 在外力作用下沿垂直于直线方向做 简谐运动, 带动 2、 3、 4、各个
13、质点依次上下振动, 把振动从绳的左端传到右端 已知 t0 时,质点 1 开始向上运动,t 时,质点 1 到达最上方,质点 5 开始向上运动问: T 4 图 5 (1)t 时,质点 8、12、16 的运动状态(是否运动、运动方向)如何? T 2 (2)t时,质点 8、12、16 的运动状态如何? 3T 4 (3)tT 时,质点 8、12、16 的运动状态如何? 答案 见解析 解析 各质点在各时刻的运动情况,如图甲、乙、丙所示 (1)由图甲可知,t 时,质点 8 正在向上振动,质点 12、16 未振动 T 2 (2)由图乙可知,t时,质点 8 正在向下振动,质点 12 正在向上振动,质点 16 未
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