人教版 (新课标)选修31 波的形成和传播学案

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第1节 波的形成和传播新知预习1.机械波的产生（1）定义：机械振动在_________过程，叫机械波.（2）产生过程：沿波的传播方向上各质点的振动都受它前一个质点的带动，而做_______振动，对简谐波而言各质点振动的_________和_________都相同，各质点只在自己的________附近振动，并不“随波逐流”，波只是传播_________和振动能量.2.波的传播波不但传递___________，而且可以传递___________.3.纵波与横波（1）横波是参与振动的质点的振动方向与波的传播方向___________的波.在横波中，凸起的最高处叫___________，凹下的最低处叫___________.（2）纵波是质点的振动方向与波的传播方向____________的波.在纵波中，质点紧缩的最密处叫___________，最稀疏的地方叫___________.典题·热题知识点一 机械波的形成和传播例1关于机械波的形成和传播，下列说法中正确的是( )A.物体做机械振动，一定产生机械波B.后振动的质点总是跟着先振动的质点重复振动，只是时间落后一步C.参与振动的质点群有相同的频率D.机械波是质点随波迁移，也是振动能量的传递解析：机械波的形成必须具备的两个条件：振源和介质，只有物体做机械振动，而其周围没有传播这种振动的介质，远处的质点不可能振动起来形成机械波，故A选项错误；任何一个振动的质点都是一个波源而带动它周围的质点振动，将振动传播开来，所以后一质点总是落后，故选项B、C正确，形成机械波的各个质点，只有在平衡位置附近往复运动，并没有随波迁移，离振源远的质点振动的能量，是通过各质点的传递从振源获得，故选项D错误.答案：BC方法归纳 本题考查机械波的产生及其传播特点.机械波是由于机械振动在介质中的传播形成机械波，机械波在传播中各质点的振动周期都与波源的振动周期相同；离波源越远，质点的振动越滞后，但各质点的起振方向与波源起振方向相同；波传播的是振动形式，而各介质的质点并不随波迁移；波在传播振动形式的同时，也在传播能量和信息.例2图12-1-3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，下列说法中正确的是( )图12-1-3A.若M点为波源，则M点开始振动时方向向下B.若M点为波源，则P点已经振动了TC.若N点为波源，则P点已经振动TD.若N点为波源，则该时刻P质点动能最大解析：若M点为波源，相当于其他点追随M点振动，又因为是经过一个周期的波形，此时M点的振动方向向上，即为开始振动时的方向或者根据波传到了N点，此时N点振动方向向上，即波源的开始振动方向向上，而传到P点要经过T，因而P点已振动T，若N点为波源，N开始振动方向向下，传到P点经，故P点已振动了T，而此时P点在最大位移处，速度为零，动能最小，答案为C选项.答案：C方法归纳 当波源确定后便可确定波传播的方向，由于介质中各质点从波源开始依次运动，即越靠近波源的质点运动的时间越长.另外,任何一个质点的起振方向都与波源的起振方向相同.知识点二 横波和纵波例3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.质点振动方向跟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，声波是纵波解析：根据横波和纵波的定义知，A、B、C三项正确，声波是一种纵波，但地震波中既有横波又有纵波，D选项错误.答案：ABC知识点三 机械波例4以下对机械波的认识正确的是( )A.形成机械波一定要有振源和介质B.振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：振源和介质是形成机械波的两个必不可少的条件，故A选项正确.简谐运动在介质中传播时，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三项都错.答案：A误区警示 波动与振动是两个不同的概念，一些同学往往认为：振动就是波动，我们知道在波的传播过程中，一定有质点的振动，但质点振动，不一定能够形成波动，波动是许多质点振动而形成的，振动则是单个质点的运动.知识点四 振动和波的关系例5关于振动和波的关系，下列说法正确的是( )A.有机械波必有振动B.有机械振动必有波C.离波源远的质点振动周期长D.波源停振时，介质中的波动立即停止解析：一个质点的振动会带动邻近质点的振动，使振动这种运动形式向外传播出去而形成机械波，但在缺少介质的情况下，波动现象就无法发生，故A选项对,B选项错.波动形成以后，各质点的振动都先后重复波源的振动，故各质点的振动周期是一样的，C错，大量质点的振动所形成的波动不会因波源的停振而立即消失，因为能量不会无缘无故地消失，故D选项错.答案：A误区警示 很多同学会认为“波源停振时，介质中的波动立即停止”，错误的主要原因是不能明确波的形成条件及传播特点.问题·探究思维发散探究问题 波的传播方向和质点运动方向关系如何判断？探究过程：已知质点运动方向判断波的传播方向或与之相反的问题，判断的基本规律是横波的形成与传播的特点，常用方法有： 方法一：上下坡法 沿波的传播方向看，“上坡”的点向下运动，“下坡”的点向上运动，简称“上坡下、下坡上”（如图12-1-4甲所示）. 方法二：同侧法 在波的图象上的某一点，沿竖直方向画出一个箭头表示质点运动方向，并设想在同一点沿水平方向画个箭头表示波的传播方向，那么这两个箭头总是在曲线的同侧（如图1214乙所示）. 方法三：头头（尾尾）相对法 在波形图的波峰（或波谷）上画出一个箭头表示波的传播方向，并在波峰（或波谷）两边波形上分别画出两个箭头表示质点运动方向，那么这三个箭头总是头头相对，尾尾相对（如图12-1-4丙所示）. 方法四：平移法 将原波形（实线）沿波的传播方向平移后（虚线），则从原波形中平衡位置沿y轴指向虚线最大位移处的方向，表示原波形中质点的运动方向（如图12-1-4丁所示）. 甲 乙 丙 丁图12-1-4自主广场我夯基我达标1.简谐横波某时刻的波形图如图12-1-5所示，由此图可知（ )图12-1-5A.若质点a向下运动，则波是从左向右传播的B.若质点b向上运动，则波是从左向右传播的C.若波从右向左传播，则质点c向下运动D.若波从左向右传播，则质点d向上运动思路解析：解决此题时，要判断波的传播方向，或质点振动方向，沿着波的传播方向看去，图象“上坡”段的质点均向下振动，而“下坡”段质点均向上振动.若波从左向右传播，a、b处于下坡，向上振动，故A错，B对.c、d处于上坡，应向下振动，D错.若波从右向左传播，c、d处于下坡，向上振动，C错.答案：B2.一简谐横波在x轴上传播，在某时刻的波形如图12-1-6所示.已知此时质点F的运动方向向下，则（ )图12-1-6A.此波朝x轴负方向传播 B.质点D此时向下运动C.质点B将比质点C先回到平衡位置 D.质点E的振幅为零思路解析：F向下运动时，波从右向左传播，F与D在同一侧，即D也向下运动，即A、B对.又D向下运动带动C向下运动，C与B不在同一侧，即B向上运动，C将比B先回到平衡位置；振幅指质点偏离平衡位置的最大位移，所以E点的振幅不为零，故C、D错.答案：AB3.一列简谐横波沿绳传播，振幅为0.2 m，传播速度为1 m/s，频率为0.5 Hz.在t0时刻，质点a正好经过平衡位置，沿着波的传播方向（ )A.在t0时刻，距a点2 m处的质点离开其平衡位置的距离为0.2 mB.在（t0+1 s）时刻，距a点1.5 m处的质点离开其平衡位置的距离为0.2 mC.在（t0+2 s）时刻，距a点1 m处的质点离开其平衡位置的距离为0.2 mD.在（t0+3 s）时刻，距a点0.5 m处的质点离开其平衡位置的距离为0.2 m思路解析：λ== m=2 m，T==2 s，在t0时刻距a点2 m处质点，恰好为一个波长，该点的振动状态与a完全相同，也应该在平衡位置，故选项A错.在（t0+1 s）时刻，因为T=2 s，过了半个周期，a点仍在平衡位置，离a点为1.5 m的质点是距a点1.5λ，其质点在离开平衡位置0.2 m，选项B正确.在（t0+2 s）时刻是经过了一个周期，在距离a点1 m即半波长的质点在平衡位置，选项C错.在（t0+3 s）时刻是经过了一个半周期，a点仍在平衡位置，距a点0.5 m，即波长的质点离开平衡位置的距离为振幅0.2 m，选项D正确.答案：BD4.如图12-1-7所示是一列简谐横波某时刻的波形图，图中P点为介质中的一质点，此时刻恰好过平衡位置，已知其振动周期T=0.4 s.求至少过多长时间P质点到达波峰？图12-1-7思路解析：题中已知条件没有给出P质点此刻过平衡位置的振动方向，也没有给定波的传播方向，不妨假定P质点此时正向上振动，波向右传播，则至少需要1/4个周期的时间.答案：我综合我发展5.一列简谐横波向右传播，波速为v，沿波传播方向上有相距为L的P、Q两质点，如图12-1-8，某时刻P、Q两质点都处于平衡位置，且P、Q间仅有一个波峰，经过时间t，Q质点第一次运动到波谷.则t的可能值有（ )图12-1-8A.1个 B.2个 C.3个 D.4个思路解析：由题中条件可知，P、Q间的波形有如下图所示四种已知波向右传播，对图甲Q质点第1次运动到波谷时间t1=，对图乙Q质点第一次运动到波谷时间t2=，对图丙Q质点第一次运动到波谷时间t3=，对图丁Q质点第一次运动到波谷时间t4=答案：D6.如图12-1-9所示，S点为振动源，其频率为100 Hz，所产生的横波向右传播，波速为80 m/s,P、Q是波传播途径中的两点，已知SP=4.2 m，SQ=5.4 m.当S通过平衡位置向上运动时，则（ )图12-1-9A.P在波谷，Q在波峰B.P在波峰，Q在波谷C.P、Q都在波峰D.P通过平衡位置向上运动，Q通过平衡位置向下运动思路解析：振源振动的频率即为波传播的频率，因此由波速公式v=fλ得λ=m=0.8 m，P点距S为=5λ，而S通过平衡位置向上运动时，距S右侧λ处的质点在波谷，因此在相距5个波长的质点P也在波谷.Q点距S为λ，而S通过平衡位置向上运动时，距S右侧λ处的质点在波峰，因此在相隔6个波长的质点Q也在波峰.答案：A7.已知平面简谐横波在x轴上传播，原点O的振动图线如图12-1-10甲所示，此时刻的波形图线如图12-1-10乙所示.图12-1-10在t′=t+0.5 s时刻的波形图可能是图12-1-11中的（ )图12-1-11思路解析：由甲可知，简谐横波的周期T=0.4 s，则t′=t+(1+)T，可见，在t′时刻的波形相对于图乙有两种可能：①如波沿x轴正方向传播，则应为D图；②如波沿x轴负方向传播，则应为C图.答案：CD8.1999年9月台湾南投地区发生了里氏7.4级大地震，已知地震中的纵波和横波在地表附近的传播速度为9.1 km/s和3.7 km/s，在某地观测站中，记录了南投地震的纵波和横波到达该地的时间差5.4 s.（1）求这个观测站距南投的距离.（2）观测站首先观察到的是上下振动还是左右晃动？思路解析：（1）设观测站距南投的距离为s，则=ts==×1.5 km=34 km.（2）因为纵波先到观测点，因而先观察到的是上下振动.答案：（1）34 km（2）上下振动