高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册1 波的形成导学案及答案

波 的 形 成

必备知识·自主学习

一、波的形成

以绳波为例:

二、横波和纵波

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.形成:机械振动在介质中传播,形成机械波。

3.两个产生条件:

(1)要有波源。

(2)要有传播振动的介质。

4.传播的三个特点:

(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)在水平方向传播的波为横波。 (×)

(2)在机械波中各质点不随波的传播而迁移。 (√)

(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)机械波在传播过程中,各质点振动的周期、起振方向都相同。 (√)

(5)纵波指的是质点的振动方向和波的方向垂直的波。 (×)

(6)横波中分密部和疏部,纵波中分波峰和波谷。 (×)

关键能力·合作学习

知识点一　机械波的形成及特点

1．机械波的形成：

2．机械波的特点：

(1)机械波传播的是振动形式、能量和信息，介质中各质点本身并不随波传播而迁移，而是在各自的平衡位置附近振动。

(2)由于波的形成实际上是从波源开始依次带动介质中的各个质点参与振动，所以各个质点都在做受迫振动，因此各个质点振动的周期(频率)与波源的周期(频率)相同。

(3)在不考虑能量损失时，各质点振动的振幅相同，各质点的起振方向都与波源开始振动的方向相同。

3．振动和波动的区别与联系：

提醒：注意区分振动和波动。

情境：艺术体操也叫韵律体操，是一种艺术性很强的女子竞赛体操项目。19世纪末20世纪初起源于欧洲。艺术体操表演项目有很多，丝带舞表演就是其中之一，如图所示是一幅丝带舞的表演图。

讨论：

(1)丝带上的各点有没有随波迁移？

(2)运动员的手停止抖动后，丝带上的波会立即停止吗？

提示：(1)没有。

(2)不会。

【典例】一列横波沿一条长绳传播，当波源突然停止振动时(　　)

A．所有质点都立即停止运动

B．已经振动的质点继续振动，尚未振动的质点不会振动

C．离波源近的质点先停止振动，然后才是远的质点停止振动

D．离波源远的质点先停止振动，然后才是近的质点停止振动

【解析】选C。当波源突然停止振动时，由于波是质点间相互带动，并且重复，同时后一个质点比前一个质点滞后，所以离波源近的质点先停止振动，然后才是远的质点停止振动；波的形式仍在质点的振动下传播。最终所有质点将会停止振动，但靠近波源先停止，远离波源后停止振动，故A、D错误，C正确；已经振动的质点继续振动，尚未振动的质点，将在波的形式传播后，会停止振动，故B错误。

波动过程中介质中各质点的运动规律

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”。

1．(2021·泰州高二检测)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．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

D．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

【解析】选D。波传播的是振动这种形式，各质点在各自平衡位置运动，不随波向前移动，故A、B、C错误，D正确。

2．把闹钟悬放在密闭的玻璃罩内，在玻璃罩外仍然可以听到闹钟的铃声，但如果将罩内空气抽去，就听不到闹钟的铃声，这说明(　　)

A．声波是纵波

B．抽去罩内的空气后，闹钟不再运转了

C．气体、液体和固体都能传播声音

D．声波不能在真空中传播

【解析】选D。题干中不能说明声波是纵波，故A错误；闹钟的运转不需要空气，抽去空气后仍能正常工作，故B错误；玻璃罩内有空气时能听到闹钟的铃声，抽去罩内空气，就听不到闹钟的铃声，这说明声音要靠介质——空气传播，玻璃罩是固体，玻璃罩外仍可听到铃声，说明固体也能传播声音，文中没有提及液体传播声音，故C错误；由本题中的现象可知，声波在真空中是不能传播的，日常我们听到的声音是靠空气传播的，实际上液体和固体也能传声，故D正确。

【加固训练】

1．关于机械波和机械振动，下列说法中正确的是(　　)

A．机械振动就是机械波，机械波就是机械振动

B．有机械波，则一定有机械振动

C．机械波就是质点在介质中的运动路径

D．在波传播方向上各个质点都有相同的振动频率和不同的振幅

【解析】选B。机械振动在介质中传播，形成了机械波，A错；机械波的形成有两个条件，一是要有波源，二是要有介质，所以，有机械波一定有机械振动，B对；在波的形成和传播过程中，各质点不随波迁移，C错；离波源较远的质点依靠前面质点的带动，所以频率、振幅相同，D错误。故选B。

2．以下对机械波的认识正确的是(　　)

A．形成机械波一定要有波源和介质

B．波源做简谐运动形成的波中，各质点的运动情况完全相同

C．横波向右传播时，处于波峰的质点也向右迁移

D．机械波向右传播时，右方的质点比左方的质点早一些振动

【解析】选A。波源和介质是形成机械波的两个必不可少的条件，故A正确。简谐运动形成的波在介质中传播时，介质中各质点都做简谐运动，沿波的传播方向上，后面的质点比前面的质点总要晚一些开始振动，但质点本身并不随波的传播而发生迁移，而且各质点的振动步调不一致，故B、C、D均错。

知识点二　横波与纵波

机械波的分类

【典例】对于横波和纵波，下列说法中正确的是(　　)

A．质点在水平面内振动的波一定是横波

B．质点振动方向与波传播方向都在水平面内的波一定是横波

C．某时刻横波中波峰和波谷处的质点位移都是最大

D．横波中波峰处质点位移最大，波谷处质点位移最小

【解析】选C。物理学中把质点的振动方向与波的传播方向垂直的波，称作横波，把质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波，称作纵波，所以质点在水平面内振动的波不一定是横波；质点振动方向与波传播方向都在水平面内的波一定不是横波，故A、B错误；横波中波峰和波谷处振动情况总是相反，横波中波峰和波谷处的质点位移都是最大，故C正确，D错误。故选C。

1．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．波沿水平方向传播，质点在竖直方向上下振动，这类波是横波

D．形成纵波的质点，随波一起迁移

【解析】选C。横波质点的振动方向与波的传播方向相互垂直，纵波质点的振动方向与波的传播方向有时相同有时相反，故选项A、B错误，C正确；介质中的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D错误。故选C。

2．某地区地震波中的横波和纵波传播速率分别约为4 km/s和9 km/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，如图所示。在一次地震中，震源在地震仪正下方，观察到两振子相差10 s开始振动，则(　　)

A.P先开始振动，震源距地震仪约72 km

B．P先开始振动，震源距地震仪约50 km

C．H先开始振动，震源距地震仪约72 km

D．H先开始振动，震源距地震仪约50 km

【解析】选A。纵波的速度快，纵波先到，所以P先开始振动，根据－＝10 s，解得：x＝72 km。故A正确，B、C、D错误。故选A。

【拓展例题】考查内容：关于波的传播问题

【典例】如图所示为波源开始振动后经过一个周期的波形图，设介质中质点振动周期为T，下列说法正确的是(　　)

A.若M质点为波源，则M质点开始振动时方向向下

B．若M质点为波源，则P质点已经振动了T

C．若N质点为波源，则P质点已经振动了T

D．若N质点为波源，则该时刻P质点动能最大

【解析】选C。若M质点为波源，相当于N质点追随它左边的质点，又因为是经过一个周期的波形，此时N质点的运动方向向上，即为波源开始振动的方向。振动刚刚传到N质点，P质点已振动了T，A、B错。若N质点为波源，则M质点开始振动的方向向下，P质点已振动了T，又因为P质点离平衡位置最远，故此时速度为零，动能最小，故C对、D错。

情境·模型·素养

在敲响古刹里的大钟时，有的同学发现，停止对大钟的撞击后，大钟仍“余音未绝”。

探究：产生这种情况的原因是什么？

【解析】声音是由发声体振动产生的。声音的传播需要介质，介质的质点的振动，使声音传播形成声波。 停止对大钟的撞击后，大钟的振动不会立即停止，振动的能量不会凭空消失，大钟做阻尼振动一段时间，因此还会在空气中形成声波，这就是余音未绝的原因。

答案：见解析

健身市场上有一种时尚的运动器材“战绳”，健身者把两根绳子一端固定在P点上，用双手各自将绳子的另一端分别握住，然后根据锻炼的需要以不同的频率、不同的幅度上下抖动绳子，使绳子振动起来，从而达到健身的目的。某时刻，绳子形成的波形如图所示(还未传到P点)，其中a、b是右手绳子上的两个点。

探究：

(1)健身者右手刚抖动时的方向如何？

(2)如果增大抖动的频率，绳上波形传播到P点的时间怎么变？

(3)无论如何改变抖动的幅度，绳子上的波形传播到P点的时间怎么变？

【解析】(1)质点的起振方向与波源振动方向相同，可知健身者右手刚抖动时的方向是向上的；

(2)(3)波的传播速度由介质决定，介质不变，波速不变，绳子上的波形传播到P点的时间不变。

答案：见解析