2022-2023版高中物理 第2章 機(jī)械波 2.1 機(jī)械波的產(chǎn)生學(xué)案 滬科版選修3-4

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1、2022-2023版高中物理 第2章 機(jī)械波 2.1 機(jī)械波的產(chǎn)生學(xué)案 滬科版選修3-4 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.理解機(jī)械波的形成過程和產(chǎn)生條件.2.知道機(jī)械波的種類——橫波和縱波的概念.3.明確機(jī)械波傳播的特點． 1．機(jī)械波的形成 波源振動帶動與它相鄰的質(zhì)點發(fā)生振動，并依次帶動離波源更遠(yuǎn)的質(zhì)點振動，只是后一質(zhì)點的振動比前一質(zhì)點的振動遲一些．于是波源的振動逐漸傳播出去． 2．機(jī)械波的產(chǎn)生條件： (1)要有振源； (2)要有傳播振動的介質(zhì)． 3．機(jī)械波可分為橫波和縱波兩類，如下表所示． 定義 標(biāo)識性物理量 實物波形 橫 波 質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向互相垂直的波 ①

2、波峰：凸起的最高處 ②波谷：凹下的最低處 縱 波 質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在同一直線上的波 ①密部：質(zhì)點分布密集的位置 ②疏部：質(zhì)點分布稀疏的位置 4.機(jī)械振動在介質(zhì)中傳播，形成機(jī)械波．機(jī)械波傳播振動形式的同時，也向外傳遞能量和信息． 一、機(jī)械波的形成 [導(dǎo)學(xué)探究] 你看過藝術(shù)體操的“帶操”表演嗎？如圖1所示，運(yùn)動員手持細(xì)棒抖動彩帶的一端，彩帶隨波翻卷，這是波在彩帶上傳播的結(jié)果，你知道波是如何形成的嗎？ 圖1 答案　彩帶一端振動帶動彩帶上相鄰部分振動，依次逐漸引起整個彩帶振動． [知識深化] 1．波形成的原因：以繩波為例(如圖2所示)

3、 圖2 (1)可以將繩分成許多小部分，每一小部分看做質(zhì)點． (2)在無外來擾動之前，各個質(zhì)點排列在同一直線上，各個質(zhì)點所在的位置稱為各自的平衡位置． (3)由于外來的擾動，會引起繩中的某一質(zhì)點振動，首先振動的這個質(zhì)點稱為波源． (4)由于繩中各質(zhì)點之間存在著相互作用力，作為波源的質(zhì)點就帶動周圍質(zhì)點振動，并依次帶動鄰近質(zhì)點振動，于是振動就在繩中由近及遠(yuǎn)地傳播． 2．產(chǎn)生條件：(1)要有振源；(2)要有傳播振動的介質(zhì)． 例1　如圖3所示，是某繩波形成過程的示意圖．質(zhì)點1在外力作用下沿垂直直線方向做簡諧運(yùn)動，帶動2、3、4……各個質(zhì)點依次上下振動，把振動從繩的左端傳到右端．已知t＝0時

4、，質(zhì)點1開始向上運(yùn)動，t＝時，質(zhì)點1到達(dá)最上方，質(zhì)點5開始向上運(yùn)動．問： 圖3 (1)t＝時，質(zhì)點8、12、16的運(yùn)動狀態(tài)(是否運(yùn)動、運(yùn)動方向)如何？ (2)t＝時，質(zhì)點8、12、16的運(yùn)動狀態(tài)如何？ (3)t＝T時，質(zhì)點8、12、16的運(yùn)動狀態(tài)如何？ 答案　見解析 解析　各質(zhì)點在各時刻的情況．如圖所示． (1)由甲圖可知，t＝時，質(zhì)點8未達(dá)到波峰，正在向上振動，質(zhì)點12、16未振動． (2)由乙圖可知，t＝時，質(zhì)點8正在向下振動，質(zhì)點12正在向上振動，質(zhì)點16未振動． (3)由圖丙可知，t＝T時，質(zhì)點8、12正在向下振動，質(zhì)點16正在向上振動． 二、橫波和

5、縱波 [導(dǎo)學(xué)探究]　2011年3月，日本東北部海域發(fā)生里氏9.0級強(qiáng)地震，其引發(fā)的海嘯加上核泄漏事故給日本帶來巨大的損失．通過視頻咱們可以觀察到地震發(fā)生時，地面會產(chǎn)生前后或左右的晃動，也會產(chǎn)生豎直方向的振動，你知道這是為什么嗎？ 答案　地震波有縱波和橫波，不同的波引起地面的振動不同． [知識深化] 1．橫波 定義：把介質(zhì)質(zhì)點的振動方向跟波的傳播方向垂直的波叫做橫波，如繩波． (1)在橫波中，凸起的最高處叫做波峰，凹下去的最低處叫做波谷，橫波是以波峰和波谷這個形式將機(jī)械振動傳播出去的，這種波在傳播時呈現(xiàn)出凸凹相間的波形． (2)橫波是物體的形狀發(fā)生了變化而產(chǎn)生彈力作用所致，故純粹的

6、橫波只能通過固體傳播． 2．縱波 定義：把介質(zhì)質(zhì)點的振動方向跟波的傳播方向在同一直線上的波叫做縱波． (1)在縱波中，質(zhì)點分布密集的地方叫做密部，質(zhì)點分布稀疏的地方叫做疏部．縱波在傳播時呈現(xiàn)出疏密相間的波形． (2)在縱波的情況下，物體的各部分經(jīng)常受到壓縮和拉長，也就是說經(jīng)常在改變自己的體積．在體積改變時，固體內(nèi)固然要產(chǎn)生彈力，液體和氣體也要產(chǎn)生彈力，所以縱波在這三種狀態(tài)的介質(zhì)中都能傳播． 例2　(多選)下列關(guān)于橫波和縱波的說法正確的是(　　) A．凸凹相間的波叫橫波，凸起的最高處叫波峰，凹下的最低處叫波谷 B．質(zhì)點振動方向和波的傳播方向在同一直線上的波叫橫波 C．縱波的波形是

7、疏密相間的，質(zhì)點分布密集的部分叫密部，分布稀疏的地方叫疏部 D．質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向在同一直線上的波叫縱波 答案　ACD 解析　橫波具有波峰和波谷，A正確；振動的方向與傳播的方向垂直的波為橫波，振動的方向與傳播的方向在同一直線上的波為縱波，B錯誤，D正確；縱波有疏部和密部且波形是疏密相間的，C正確． 三、波傳遞的是能量和信息 [導(dǎo)學(xué)探究]　一同學(xué)不小心把一只排球打入湖中，為使球能漂回岸邊，這位同學(xué)采用不斷將石頭拋向湖中的方法，這位同學(xué)能否通過這種方法把排球沖上岸？這說明波傳播的是什么？ 答案　不能．石頭激起的水波向四周傳播，浮在水面上的排球隨水上下起伏，不能到達(dá)湖岸．這說明

8、波傳播時介質(zhì)不隨波遷移，傳播的只是振動這種運(yùn)動形式． [知識深化]　波傳播的特點 1．波傳播的是振動形式，而介質(zhì)的質(zhì)點并不隨波遷移； 2．波在傳遞運(yùn)動形式的同時，也傳遞能量和信息． 例3　(多選)關(guān)于機(jī)械波的說法正確的是(　　) A．相鄰的質(zhì)點要相互做功 B．縱波的質(zhì)點可以隨波遷移，而橫波的質(zhì)點不能 C．振源開始時怎樣振動，其他質(zhì)點開始時就怎樣振動 D．除振源外波中各質(zhì)點都做受迫振動 答案　ACD 解析　機(jī)械波是由于介質(zhì)中前面的質(zhì)點帶動后面的質(zhì)點，使振源的振動形式與振源的能量向遠(yuǎn)處傳播而形成的，前后質(zhì)點間存在相互作用力，因而相互做功，故A正確；波傳播過程中，各質(zhì)點只能在各自

9、的平衡位置附近振動，質(zhì)點不隨波遷移，縱波也是機(jī)械波，因此B錯；每個質(zhì)點都是由振源依次帶動后面的質(zhì)點，每個質(zhì)點都做受迫振動，每個質(zhì)點的頻率都與振源頻率相同，并且都“仿照”振源振動，故C、D正確． 四、振動和波動的區(qū)別 例4　(多選)關(guān)于振動和波的關(guān)系，下列說法中正確的是(　　) A．振動是波的成因，波是振動的傳播 B．振動是單個質(zhì)點呈現(xiàn)的運(yùn)動現(xiàn)象，波是許多質(zhì)點聯(lián)合起來呈現(xiàn)的運(yùn)動現(xiàn)象 C．波的傳播速度就是質(zhì)點振動的速度 D．波源停止振動時，波立即停止傳播 答案　AB 解析　機(jī)械波的產(chǎn)生條件是有波源和介質(zhì)，由于介質(zhì)中的質(zhì)點依次帶動、由近及遠(yuǎn)地傳播而形成波，所以選項A、B正確；波的傳播

10、速度是波形由波源向外伸展的速度，而質(zhì)點振動的速度和方向都隨時間周期性地發(fā)生變化，選項C錯誤；介質(zhì)中一旦形成了波，介質(zhì)中的質(zhì)點就會將振動這種運(yùn)動形式由近及遠(yuǎn)的向外傳播，當(dāng)波源停止振 動時，介質(zhì)中已經(jīng)振動起來的質(zhì)點還在振動，所以波將繼續(xù)傳播，選項D錯誤． 機(jī)械波的產(chǎn)生 1．下列對機(jī)械波的認(rèn)識正確的是(　　) A．形成機(jī)械波一定要有振源和介質(zhì) B．振源做簡諧運(yùn)動形成的波中，各質(zhì)點的運(yùn)動情況完全相同 C．橫波向右傳播時，處于波峰的質(zhì)點也向右遷移 D．機(jī)械波向右傳播時，右方的質(zhì)點比左方的質(zhì)點早一些振動 答案　A 解析　振源和介質(zhì)是形成機(jī)械波的兩個必不可少的條件，故A正確．簡諧運(yùn)

11、動在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)中各質(zhì)點都做簡諧運(yùn)動，沿波的傳播方向，后面的質(zhì)點比前面的質(zhì)點總要晚一些開始振動，但質(zhì)點本身并不隨波的傳播而發(fā)生遷移，而且各質(zhì)點的振動步調(diào)不一致，故B、C、D均錯． 2．關(guān)于橫波和縱波，下列說法正確的是(　　) A．振源上下振動形成的波是橫波 B．振源水平振動形成的波是縱波 C．波沿水平方向傳播，質(zhì)點上下振動，這類波是橫波 D．質(zhì)點沿水平方向振動，波沿水平方向傳播，這類波是縱波 答案　C 解析　根據(jù)橫波和縱波的概念，質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向相互垂直的波叫做橫波，質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在同一直線上的波叫做縱波，并不是上下振動與水平振動的問題，所以A、B

12、選項錯誤，C選項正確；質(zhì)點沿水平方向振動，波沿水平方向傳播，并不能說明是沿同一直線，故D選項錯誤． 3．關(guān)于振動和波的關(guān)系，下列說法正確的是(　　) A．有機(jī)械波必有振動 B．有機(jī)械振動必有波 C．離波源遠(yuǎn)的質(zhì)點振動較慢 D．波源停止振動時，介質(zhì)中的波立即停止傳播 答案　A 解析　機(jī)械振動在介質(zhì)中向外傳播就形成了機(jī)械波，所以有機(jī)械波必定有機(jī)械振動．但如果只有振動，沒有介質(zhì)的傳播就不會有機(jī)械波的產(chǎn)生．因各質(zhì)點的振動都是重復(fù)波源的振動，不論距波源遠(yuǎn)近，振動的快慢都一樣；在波源停止振動時，波仍將繼續(xù)向外傳播而不會停止． 一、選擇題 1．關(guān)于機(jī)械波，下列說法不正確的是(　　)

13、A．各質(zhì)點都在各自的平衡位置附近振動 B．相鄰質(zhì)點間必有相互作用力 C．前一質(zhì)點的振動帶動相鄰的后一質(zhì)點振動，后一質(zhì)點的振動必定落后于前一質(zhì)點的振動 D．各質(zhì)點隨波的傳播而遷移 答案　D 解析　振源的振動使其周圍質(zhì)點依次振動，之所以能依次振動下去，就是依靠了相鄰質(zhì)點間的相互作用力；沿波的傳播方向，后一質(zhì)點的振動必滯后于前一質(zhì)點的振動；質(zhì)點只在平衡位置附近振動，并不隨波遷移． 2．有關(guān)縱波與橫波，下列說法中正確的是(　　) A．對于縱波，質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向一定相同 B．對于橫波，質(zhì)點振動方向與波的傳播方向垂直 C．縱波的質(zhì)點可以隨波遷移，而橫波的質(zhì)點不能 D．橫波只

14、能在固體中傳播，縱波只能在液體、氣體中傳播 答案　B 3．科學(xué)探測表明，月球表面無大氣層，也沒有水，更沒有任何生命存在的痕跡．在月球上，兩名宇航員面對面講話也無法聽到，這是因為(　　) A．月球太冷，聲音傳播太慢 B．月球上沒有空氣，聲音無法傳播 C．宇航員不適應(yīng)月球，聲音太輕 D．月球上太嘈雜，聲音聽不清楚 答案　B 解析　月球表面無大氣層，沒有傳播聲音的介質(zhì)，所以講話無法聽到． 4．波在傳播過程中，下列說法正確的是(　　) A．介質(zhì)中的質(zhì)點隨波的傳播而遷移 B．波源的振動能量隨波傳遞 C．振動質(zhì)點的頻率隨著波的傳播而減小 D．波源的能量靠振動質(zhì)點的遷移來傳播

15、 答案　B 解析　各振動質(zhì)點的頻率都與波源的振動頻率相同． 5．一小石子落入平靜的湖面中央，圓形波紋一圈圈向外傳播，有一片樹葉落在水面上，則樹葉(　　) A．逐漸漂向湖心 B．逐漸漂向湖畔 C．上下振動 D．沿樹葉所在的圓圈做圓周運(yùn)動 答案　C 6．圖1是某繩波形成過程示意圖，1、2、3、4……為繩上的一系列等間距的質(zhì)點，繩處于水平方向．質(zhì)點1在外力作用下沿豎直方向做簡諧運(yùn)動，帶動2、3、4……各個質(zhì)點依次上下振動，把振動從繩的左端傳到右端．t＝0時質(zhì)點1開始豎直向上運(yùn)動，質(zhì)點振動周期為T.經(jīng)過四分之一周期，質(zhì)點5開始運(yùn)動，此時質(zhì)點1已發(fā)生的位移為x.下列判斷正確的是(　　)

16、 圖1 A．t＝時質(zhì)點5的運(yùn)動方向向下 B．t＝時質(zhì)點7的加速度方向向上 C．t＝時質(zhì)點5運(yùn)動的路程為3x D．t＝T時質(zhì)點9向下運(yùn)動 答案　D 7．下列關(guān)于波的應(yīng)用正確的是(　　) A．要使放在河中的紙船逐漸靠近河岸，可向比紙船更遠(yuǎn)處投擲石子形成水波 B．兩個在水中潛泳并且靠得較近的運(yùn)動員能聽到對方發(fā)出的聲音是聲波在液體中傳播的應(yīng)用 C．光纜是利用機(jī)械波傳遞信息 D．宇航員在宇宙飛船里，擊打船壁只能引起機(jī)械振動，不能形成聲波 答案　B 解析　機(jī)械波傳播時，介質(zhì)質(zhì)點在各自平衡位置附近振動，質(zhì)點本身并不隨波遷移，A錯；光纜是利用光波傳遞信息的，故C錯；宇航員在宇宙飛船

17、里，擊打船壁能引起機(jī)械振動，同時也能形成聲波，D錯，故選B. 8．某地區(qū)地震波中的橫波和縱波傳播速率分別約為4km/s和9 km/s.一種簡易地震儀由豎直彈簧振子P和水平彈簧振子H組成(如圖2所示)．在一次地震中，震源在地震儀下方，觀察到兩振子相差5s開始振動，則(　　) 圖2 A．P先開始振動，震源距地震儀約36km B．P先開始振動，震源距地震儀約25km C．H先開始振動，震源距地震儀約36km D．H先開始振動，震源距地震儀約25km 答案　A 解析　橫波的傳播速率小于縱波的傳播速率，所以P先開始振動．由＋5s＝，可得s＝36km，則A正確，B、C、D錯誤． 9．

18、沿繩傳播的一列機(jī)械波，當(dāng)波源突然停止振動時，有(　　) A．繩上各質(zhì)點同時停止振動，橫波立即消失 B．繩上各質(zhì)點同時停止振動，縱波立即消失 C．離波源較近的質(zhì)點先停止振動，較遠(yuǎn)的質(zhì)點稍后停止振動 D．離波源較遠(yuǎn)的質(zhì)點先停止振動，較近的質(zhì)點稍后停止振動 答案　C 解析　機(jī)械波向前傳播時，各個質(zhì)點都在振動，一旦波源停止振動，離波源較近的質(zhì)點先停止振動，離波源較遠(yuǎn)的質(zhì)點后停止振動． 10．如圖3所示是一列沿著繩向右傳播的繩波波形，此時波剛傳到B點，由圖可判斷波源A點剛開始的振動方向是(　　) 圖3 A．向左 B．向右 C．向下 D．向上 答案　D 解析　由于波剛剛傳到B點

19、，所以B點此時的振動方向就是波源的起振方向，由題圖根據(jù)波的傳播與質(zhì)點振動的關(guān)系可以知道，B質(zhì)點此時正向上振動，所以波源A質(zhì)點剛開始的振動方向向上，選項D正確． 11．如圖4所示為波源開始振動后經(jīng)過一個周期的情景圖，設(shè)介質(zhì)中質(zhì)點的振動周期為T，下列說法中正確的是(　　) 圖4 A．若M點為波源，則M點開始振動時方向向下 B．若M點為波源，則P點已經(jīng)振動了T C．若N點為波源，則P點已經(jīng)振動了T D．若N點為波源，則該時刻P點動能最大 答案　C 解析　若M點為波源，由題圖可知，圖像是經(jīng)過一個周期的波形，此時M點的振動方向向上，即為開始振動時的方向或者波傳到了N點時N點的振動方向，即波源開始振動時方向向上；波傳到P點要經(jīng)過T，故P點已振動了T.若N點為波源，N開始振動時方向向下，波傳到P點要經(jīng)過，故P點已振動了T；而此時P點在最大位移處，速度為零，動能最?。收_選項為C. 二、非選擇題 12．如圖5甲所示為波源的振動圖像，圖乙為均勻介質(zhì)中同一條直線上等間距的質(zhì)點在t＝1 s時的振動狀態(tài)，其中質(zhì)點4剛開始振動．請在圖丙中畫出t＝5s時質(zhì)點的振動狀態(tài)． 圖5 答案　見解析圖 解析　由題圖甲知波源振動周期T＝4s，根據(jù)波傳播的規(guī)律知t＝5s時，波源出現(xiàn)在波峰，質(zhì)點16起振．如圖所示．