高中物理第三章 机械波1 波的形成获奖ppt课件

高中物理新教材特点分析及教学策略

（一）趣味性强，激发学生学习兴趣：在新时代教育制度的改革深化下，学生对于物理课程内容的学习兴趣可以带动学生不断地进行探究。

（二）实践性高，高效落实理论学习：在现代化教育课程的背景之下，新课程改革理念越来越融入生活与学习的方方面面，新教材逐步的显现出强大影响力。

（三）灵活性强，助力课程目标达成：随着教育制度体系的改革，通过新时代新教材内容的融入，教师不断地革新教学手段，整合线上以及线下的教育资源内容，可以为物理课堂增添新的活力与生机。

1　波的形成

[学习目标]　1.知道机械波的产生条件，理解机械波的形成过程.2.知道横波和纵波的概念，能够区别横波和纵波.3.知道机械波的传播特点．

一、波的形成

1．波：振动的传播称为波动，简称波．

2．波的形成(以绳波为例)

(1)一条绳子可以分成一个个小段，这些小段可以看作一个个相连的质点，这些质点之间存在着弹性力的作用．

(2)当手握绳端上下振动时，绳端带动相邻的质点，使它也上下振动．这个质点又带动更远一些的质点……绳子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

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)绳波中的各质点(除波源外)均做受迫振动．(　√　)

(2)在绳波的形成和传播过程中，所有质点同时运动，同时停止运动．(　×　)

(3)波的形成过程中，前面的质点带动后面的质点振动，后面的质点重复前面质点的振动．(　√　)

(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．(　×　)

(5)介质中有机械波传播时，介质本身也随波一起传播．(　×　)

(6)机械波向右传播时，右方的质点比左方的质点晚一些振动．(　√　)

2．绳波在某时刻的形状如图所示，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________．(均选填“向上”或“向下”)

答案　向上　向下

一、波的形成及特点

导学探究

如图所示，手拿绳的一端，上下振动一次，使绳上形成一个凸起状态，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？红色标记是怎样运动的？

(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

知识深化

1．机械波的形成

―→―→

2．波的特点

(1)机械波的传播离不开介质，没有介质就无法形成机械波．

(2)介质中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)离波源越远，质点振动越滞后，但每一个质点的起振方向与波源起振方向相同．

(4)机械波向前传播的是振动这种运动形式，各质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波迁移．

3．振动和波动的联系

(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)波动中各质点振动的性质、频率和振幅均与波源相同．

例1　如图所示是某绳波形成过程的示意图．质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，带动2、3、4…各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端．已知t＝0时，质点1开始向上运动，t＝时，1到达最上方，5开始向上运动．问：

(1)t＝时，质点6、10、14的运动状态(是否运动、运动方向)如何？

(2)画出t＝时的波形图，并说明质点6、10、14的运动状态．

答案　见解析

解析　(1)各质点在t＝时的情况如图甲所示：

由图甲可知，t＝时，质点6未到达波峰，正在向上运动，质点10、14未运动．

(2)t＝T时的波形图如图乙所示，质点6正在向下运动，质点10向上运动，质点14未运动．

波动过程中介质中各质点的运动特点

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)后振动的质点的振动状态滞后于先振动的质点的振动状态．

概括起来就是“带动、重复、滞后”．

针对训练1　(多选)如图所示是某绳形成横波过程的示意图，1、2、3、4…为绳上的一系列等间距的质点，绳处于水平方向．质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，并把振动从绳的左端传到右端．当t＝0时，质点1开始振动且速度竖直向上，经过T(T为周期)，质点5开始振动．下列判断正确的是(　　)

A．介质中所有质点的起振方向都是竖直向上的，但图中质点20起振最晚

B.T 时，质点4振动的速度方向竖直向上

C.T 时，质点8振动的速度方向竖直向下

D．t＝T时质点16开始振动

答案　AB

解析　根据波的产生和传播特点可知，传播过程中各质点的振动都是重复波源的振动，所以所有质点的起振方向都相同，为竖直向上，波向右传播，质点20起振最晚，故A正确.时，质点4的速度方向竖直向上，故B正确.T 时，质点8振动的速度方向竖直向上，故C错误．振动在一个周期内传播一个波长，t＝T时质点17开始振动，故D错误．

例2　(多选)关于振动和波的关系，下列说法正确的是(　　)

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的相互作用，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，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．

二、横波和纵波

导学探究

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)图乙是推拉弹簧产生的波，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

知识深化

1．横波和纵波的对比

2.几种常见的波

(1)绳波是横波；

(2)空气中产生的声波是纵波；

(3)地震波中既有横波，又有纵波；

(4)水波既不是横波，也不是纵波，是一种比较复杂的机械波．

例3　(多选)(2022·日照莒县一中高二下月考)关于横波和纵波，下列说法正确的是(　　)

A．质点的振动方向和波的传播方向垂直的波叫横波

B．质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波叫纵波

C．横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部

D．地震波是横波，声波是纵波

答案　ABC

解析　质点的振动方向和波的传播方向垂直的波叫横波，A正确；质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波叫纵波，B正确；横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部，C正确；地震波有横波也有纵波，空气中的声波是纵波，D错误．

三、质点振动方向的判定

“带动法”判定质点的振动方向：

(1)原理：先振动的质点带动邻近的后振动的质点．

(2)方法：在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点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，如图所示．

例4　一列横波沿绳子向右传播，某时刻绳子形成如图所示的形状，对此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点，下列说法正确的是(　　)

A．质点B向右运动

B．质点D和质点F的速度方向相同

C．质点A和质点C的速度方向相同

D．从此时算起，质点B比质点C先回到平衡位置

答案　D

解析　波传播时，离波源远的质点的振动落后于离波源近的质点的振动，并跟随着离波源近的质点振动，由此可知，A向下运动，B、C、D向上运动，E、F向下运动，故质点A和质点C的速度方向相反，质点D和质点F的速度方向相反，选项A、B、C错误；由于此时B和C都向上运动，所以B比C先到达最大位移处，并先回到平衡位置，选项D正确．

针对训练2　如图所示是一列向右传播的横波，请在图中标出这列波中a、b、c、d、…、h等质点这一时刻的速度方向．

答案　见解析图

解析　由波的传播特点可知，介质中先振动的质点将带动它后面的质点振动，后面质点的振动重复前面质点的振动，比较沿波传播方向上相邻的两质点，可知后面质点的振动总是滞后于前面的质点．题图中质点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点为参考点，由波的传播方向和传播的特点可知，d点相对于c点为后面的质点，d点的振动滞后于c，要追随c运动到负的最大位移处，所以速度方向向下，e、f依次跟上，速度方向都向下；b的振动超前，速度方向向上；a超前b，已回到平衡位置，速度最大，方向向上；同理以g点为参考点，可知h点速度方向向上．

考点一　波的形成和特点

1．(多选)(2022·烟台二中高二月考)关于振动和波的关系，下列说法正确的是(　　)

A．如果波源停止振动，在介质中传播的波不会立即停止传播

B．发声体在振动时，一定会产生声波

C．波动的过程是介质中的质点由近及远的传播过程

D．波动的过程是质点的振动形式及能量由近及远的传播过程

答案　 AD

解析　波源停止振动，介质中的质点仍然在振动，所以波仍继续传播，选项A正确；产生机械波的条件之一是必须有介质，选项B错误；在振动过程中介质中的质点不随波的传播而迁移，只是向外传播振动形式和能量，选项C错误，D正确．

2．(多选)下列有关机械振动与机械波的说法中正确的是(　　)

A．有机械振动就一定有机械波

B．机械波中各质点振幅不一定相同(不考虑能量损失)

C．机械波中除波源外的各质点均做受迫振动

D．机械波中各质点振动周期相同

答案　CD

解析　有机械振动不一定有机械波，故选项A错误；若不考虑能量损失，机械波中质点的振幅相等，选项B错误；机械波传播中除波源外的各质点都要受到它前面质点的作用，每个质点都在做受迫振动，各质点振动的周期相同，故选项C、D正确．

3．下列说法中正确的是(　　)

A．在真空中，单凭耳朵就能听到歌唱家美妙的声音

B．只要有机械波发出，一定能找到产生机械波的波源

C．某空间找不到机械波，在这一空间一定找不到波源

D．“一石激起千层浪”，把小石子扔进平静的湖面，能激起无穷无尽的连续水波

答案　B

解析　声音是一种机械波，它的传递需要介质，真空中不满足此条件，故A错误；有波源未必有波动，但有波动一定有波源，故B正确，C错误；波可以传递能量，水波在传播的过程中有能量损失，故最终水波要消失，D错误．

4．如图所示，1、2、3、4…是某绳(可认为是均匀介质)上一系列等间距的质点，开始时绳处于水平方向，质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，带动2、3、4…各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端．已知t＝0时，质点1开始向下运动，经过二分之一周期时，质点9开始运动，则在二分之一周期时刻，下列说法正确的是(　　)

A．质点3向上运动

B．质点5的回复力为零

C．质点6的加速度向下

D．质点9的振幅为零

答案　 A

解析　经过二分之一周期，质点9开始运动，此时质点9开始向下运动，其位移为零，但振幅不为零，选项D错误；质点3向上运动，选项A正确；质点5在波谷，此时的回复力最大，选项B错误；质点6在平衡位置以下向下运动，加速度向上，选项C错误．

考点二　横波和纵波

5．下列关于横波、纵波的说法中，正确的是(　　)

A．横波中，质点的振动方向一定与波的传播方向垂直

B．横波中，质点的振动方向也可能与波的传播方向平行

C．纵波中，波水平向右传播，各个质点一定上下振动

D．能形成波峰、波谷的波是纵波

答案　A

解析　横波的传播方向与质点的振动方向垂直，纵波的传播方向与质点的振动方向在一条直线上，选项A正确，B、C错误；纵波能形成密部和疏部，选项D错误．

6.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，震源在地震仪下方，观察到两振子相差5 s开始振动，则(　　)

A．P先开始振动，震源距地震仪约36 km

B．P先开始振动，震源距地震仪约25 km

C．H先开始振动，震源距地震仪约36 km

D．H先开始振动，震源距地震仪约25 km

答案　A

解析　横波的传播速率小于纵波的传播速率，所以P先开始振动，由 s＋5 s＝ s，可得x＝36 km，故A正确，B、C、D错误．

考点三　质点振动情况的判定

7.一列横波沿x轴正方向传播，某时刻的波形如图所示，质点a、b均处于平衡位置．则下列说法正确的是(　　)

A．该时刻质点a正向下运动

B．该时刻质点b正向上运动

C．该时刻质点a、b的速度相同

D．质点a、b的振动周期相同

答案　 D

解析　由“带动法”知该时刻质点a正向上运动，质点b正向下运动，A、B错误；该时刻质点a、b速度大小相等，但方向相反，C错误；质点a、b的振动周期都等于波源的振动周期，因此质点a、b的振动周期相同，D正确．

8.(2022·龙岩高中月考)振源A带动细绳上下振动，某时刻在绳上形成的横波波形如图所示，规定绳上各质点在AP上方时位移x为正方向，从波传播到细绳上的P点开始计时，下列四幅x－t图像中能表示P点振动图像的是(　　)

答案　A

解析　波向右传播，开始计时时P点在平衡位置且将向下振动，故A正确．

9．一张骨牌倒下时引起相邻骨牌依次倒下形成多米诺骨牌效应，一阵风吹过麦地形成麦浪滚滚的景象．关于骨牌和麦浪的运动，下列说法正确的是(　　)

A．骨牌的运动形成了波，麦子的运动形成的不是波

B．麦子的运动形成了波，骨牌的运动形成的不是波

C．麦浪和骨牌的运动都形成了波

D．麦浪和骨牌的运动都没有形成波

答案　A

解析　当物体的某一部分发生振动时，其余各部分由于质点的相互作用也会相继振动起来，物体本身没有向前移动，所以骨牌的运动形成了波，麦浪是在持续的风力作用下形成的，风力停止，麦浪也会停止，而不是继续传播，所以麦子的运动形成的不是波，所以A正确，B、C、D错误．

10．(2021·成都双流中学期中)一列机械波在x轴上传播，某时刻的波形图如图所示，a、b、c为三个质点，a正在向上运动．由此可知(　　)

A．该波沿x轴负方向传播

B．该时刻，c正在向上运动

C．该时刻以后，b比c先到达平衡位置

D．该时刻，b的速率比c的速率大

答案　C

解析　在题图所示时刻，a正在向上振动，比左侧的波峰振动滞后，可知波沿x轴正方向传播，故A错误；根据波形和波的传播方向可判断出c正在向下运动，故B错误；由于b向上振动、c向下振动，所以b比c先到达平衡位置，故C正确；在题图所示时刻，b距离平衡位置比c远，则b比c的速率小，故D错误．

11.一列波在介质中向某一方向传播，如图所示为此波在某一时刻的波形图，并且此时振动还只发生在M、N之间，已知此波的周期为T，Q质点的速度方向在波形图中是向下的，下列说法正确的是(　　)

A．波源是M，由波源起振开始计时，P质点已经振动时间T

B．波源是N，由波源起振开始计时，P质点已经振动时间

C．波源是N，由波源起振开始计时，P质点已经振动时间

D．波源是M，由波源起振开始计时，P质点已经振动时间

答案　C

解析　由于此时Q质点向下运动，且后面质点的振动重复前面质点的振动，则波向左传播，N是波源；经过一个周期，振动从N点传播到M点，又因从波源N起振开始计时，需经T，P质点才开始振动，故P质点已振动了，选项C正确．

12．如图甲所示为波源的振动图像，图乙为均匀介质中同一条直线上等间距的质点在t＝1 s时的振动状态，其中质点4刚开始振动．请在图丙中画出t＝5 s时的波形图及各质点的振动状态．

答案　见解析图

解析　由题图甲知波源振动周期T＝4 s，根据波传播的规律知，t＝5 s时，波源出现在波峰，质点16起振．如图所示．