1、第第 1 节节 波的形成和描述波的形成和描述 第 1 课时 波的形成 学习目标要求 核心素养和关键能力 1.知道机械波产生的条件，理解 机械波的形成过程和传播特点。 2.知道纵波和横波的概念。 3.理解波的图像的物理意义，能 通过图像获取相关信息。 1.科学思维 类比的思想 2.科学态度与责任 培养自主学习、探索身边物理问题的兴趣 3.关键能力 (1)理解能力。 (2)分析推理能力。 一、波的形成 1.波的定义 机械振动在介质中传播形成的波称为机械波，简称波。 2.产生条件 (1)波源：做机械振动的物体。 (2)介质：能传播波的物质。 3.传播特点 (1)机械波传播时，前一质点的振动带动后一质
2、点的振动，后一质点的振动滞后前 一质点的振动。 (2)机械波传播时， 介质中的每个质点仅在平衡位置附近振动， 并不随波向前移动， 机械波向外传递的是机械振动这种运动形式。 (3)介质中原本静止的质点， 随着波的传播而发生振动， 表明这些质点获得了能量， 因此，波也是传递能量的一种方式。 判一判 (1)物体做机械振动，一定产生机械波。() (2)在绳波的形成和传播中，所有质点同时开始运动，同时停止运动。() (3)机械波除传递振动形式外，还向外传播能量。() 二、波的分类 1.根据质点的振动方向和波的传播方向之间的关系，可以把机械波分为横波和纵 波两类。 2.横波 (1)定义：质点的振动方向与波
3、的传播方向垂直的波称为横波。 (2)描述 波峰：横波凸起的最高处。 波谷：横波凹下的最低处。 3.纵波 (1)定义：质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波称为纵波。 (2)描述 密部：质点分布最密的地方。 疏部：质点分布最疏的地方。 判一判 (1)横波中质点的振动方向与波的传播方向垂直。() (2)纵波中有密部、疏部之分。() (3)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。() 探究探究 1 波的形成及特点波的形成及特点 情境导入 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
4、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。 归纳拓展 1.机械波的产生 (1)动力学观点：介质质点间存在相互作用力，介质中前面的质点带动后面的质点 振动，将波源的振动形式向外传播。 (2)能量观点：介质中前后质点间存在相互作用力，因而相互做功，从而将波源能 量向外传播。 机械波的产生过程如图所示： 2.波的传播 波的传播有以下特点 (1)振动由振源逐步向远处传播； (2)各质点相继发生振动，后一质点将重
5、复前一质点的振动； (3)各质点的起振方向均相同； (4)各质点只在平衡位置附近做机械振动，而不随波迁移。 【例 1】 (2021 大连海湾高级中学月考)关于机械波的形成，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，各点振动 的频率都相同 C.物体振动方向一定垂直于波的传播方向 D.机械波是介质随波迁移，也是振动能量的传递 答案 B 解析 机械波是机械振动在介质中传播的过程，有机械振动不一定有机械波，还 必须有传播振动的介质，A 错误；机械波中各振动质点都在重复波源的振动，振 动频率都等于波源的频率，只是离波源
6、越远，振动步调越落后，B 正确；在纵波 中质点的振动方向和波的传播方向在一条直线上，并不垂直，C 错误；机械波向 外传播的只是运动的形式和振动的能量，介质并不随波迁移，D 错误。 【针对训练 1】 (2021 运城市景胜中学期末)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，在介质中传播的波也立即停止 B.发声体在振动时，一定会产生声波 C.波动的过程是介质质点由近及远的迁移过程 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 D 解析 由于机械波依据介质传播，如果振源停止振动，已经振动的质点，由于惯 性还要振动一会儿，所以形成的波不会立即停止，故 A 错误
7、；机械波是机械振动 在介质中传播的过程，有机械振动不一定有机械波，还必须有传播振动的介质， 故 B 错误；波在介质中传播，不是介质质点由近及远的传播过程，而是质点的振 动形式及能量由近及远的传播过程，故 C 错误，D 正确。 探究探究 2 横波与纵波横波与纵波 情境导入 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。 归纳拓展 1.横波与纵波的区别 名称 项目 横波 纵波 概念 在波动中， 质点的振动方向和波 的传播方向相互垂直 在波动中，质点的振动方 向
8、和波的传播方向在同一 条直线上 介质 不能在气体介质中传播 在固体、液体和气体介质 中均能传播 特征 在波动中交替、 间隔出现波峰和 波谷 在波动中交替、间隔出现 密部和疏部 2.横波和纵波的特点 (1)横波的质点振动方向和波的传播方向相互垂直。 (2)纵波的质点振动方向和波的传播方向在同一直线上。 (3)横波有波峰和波谷，纵波有疏部和密部。 3.几种常见的机械波 (1)绳波是横波。 (2)声波是纵波。 (3)水波是比较复杂的机械波，不能简单地认为是横波，但有时将水波理想化为横 波。 (4)地震波中既有横波，又有纵波。 【例 2】 (2021 永安市第三中学期中)下列关于横波、纵波的说法正确的
9、是( ) A.凸凹相间的波叫横波，凸起的最高处叫波峰，凹下的最低处叫波谷 B.质点振动方向和波的传播方向在同一直线上的波叫横波 C.沿横向传播的波叫横波，沿纵向传播的波叫纵波 D.沿横向传播的波叫纵波，沿纵向传播的波叫横波 答案 A 解析 横波形成波峰和波谷，纵波形成疏部和密部；凸起的最高处叫波峰，凹下 的最低处叫波谷，A 正确；质点的振动方向与波的传播方向垂直的波为横波，B 错误；横波和纵波都能沿横向或纵向传播，质点的振动方向与波的传播方向垂直 的波为横波，质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波为纵波，C、D 错误。 【针对训练 2】 (多选)下列关于横波与纵波的说法中，正确的是( )
10、 A.声波一定是纵波 B.水波一定是横波 C.地震波既有横波，也有纵波 D.横波只能在固体中传播，纵波既可以在固体中传播，也可以在液体、气体中传 播 答案 CD 解析 声波可以在空气中传播，也可以在液体和固体中传播，空气中的声波一定 是纵波，而液体、固体中的声波既可能是纵波，也可能是横波，故 A 项错误；水 波是比较复杂的机械波，既有横波，也有纵波，故 B 项错误；地震波既有横波， 也有纵波，故发生地震时，地面既有上下振动，也有左右振动，C 项正确；由横 波与纵波的区别知 D 项正确。 探究探究 3 机械波机械波 归纳拓展 (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的传
11、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。 【例 3】 (2021 海南海口期中)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
12、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 答案 D 解析 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。 【针对训练 3】 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 答案 C 解析 当波源突然停止振动时，由于波是使质点间相互带动，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
13、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，B 错误。 1.(波的形成及特点)如图所示是某绳波形成过程的示意图，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，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。 t0 时质点 1 开始竖直向上运动，经过四分之一周期，质点 5 开始运动。下列判 断正确的是( ) A.质点 6 开始
14、振动时的运动方向向下 B.tT 2时质点 6 的速度方向向下 C.t3T 4 时质点 10 的运动方向向上 D.tT 时质点 16 开始运动 答案 C 解析 介质中各质点开始振动时的振动方向和振源开始振动时的振动方向相同， A 错误；经过 tT 2质点 1 回到平衡位置，质点 9 开始向上振动，质点 5 振动到正 的最大位移处，根据带动法可知，质点 6 在平衡位置上方，向上振动，即速度的 方向向上，B 错误；t3T 4 时质点 1 振动到负的最大位移处，质点 9 振动到正的最 大位移处，质点 13 开始振动，513 之间的质点在平衡位置上方，913 之间的 质点振动方向都向上，C 正确；tT
15、时质点 17 开始运动，D 错误。 2.(波的形成及特点)(2021 榆树市一中月考)下列说法正确的是( ) A.质点的振动方向总是垂直于波的传播方向 B.波动过程是质点由近及远的传播过程 C.如果振源停止振动，在介质中传播的波动也就立即停止 D.波不但能够传递能量，而且可以传递信息 答案 D 解析 振动方向与传播方向共线的为纵波，振动方向与传播方向垂直的为横波； 波动过程是振动形式和振动能量的传递过程，介质中质点并不随波迁移。在横波 中质点的振动方向与传播方向垂直，纵波中质点的振动方向与传播方向共线，A 错误； 在波的传播中各质点只是在各自的平衡位置做简谐运动， 并不会随波逐流， B 错误；
16、波源的振动停止，波还会继续传播下去，C 错误；波传播的是能量，是 一种振动形式，在振动中加载着信息，D 正确。 3.(横波与纵波)某次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 由于纵波传播速度大，纵波先传到地面，
17、由于震源在地震仪下方故 P 先振 动。 设震源距地面距离为 h。则 h v横 h v纵t h 4 km/s h 9 km/s5 s，解得 h36 km，A 正确。 4.(机械波)(多选)关于机械波的说法正确的是( ) A.各质点都在各自的平衡位置附近振动 B.相邻质点间必有相互作用力 C.前一质点的振动带动相邻的后一质点振动，后一质点的振动必定滞后于前一质 点 D.各质点随波的传播而迁移 答案 ABC 解析 波源的振动使其周围质点依次振动，之所以能依次振动下去，就是依靠了 相邻质点间的相互作用力；沿波的传播方向，后一质点的振动必滞后于前一质点 的振动；质点只在平衡位置附近振动，并不随波迁移。