高中物理选修3-4第二章学案1习题课后作业,有详细解答

学案1机械波的形成和传播[学习目标定位]1.理解机械波的形成过程和产生条件.2.知道波的种类及横波和纵波的概念.3.明确机械波传播的特点．1．物体在平衡位置附近所做的往复运动叫机械振动．2．简谐运动的能量与振幅有关，对同一个系统来说，振幅越大，振动的能量就越大．3．物体在周期性驱动力作用下的振动称为受迫振动．一、波的形成和传播1．波源振动带动与它相邻的质点发生振动，并依次带动离波源更远的质点振动，只是后一个质点的运动状态总是滞后于前一个质点的运动状态，于是波源的振动逐渐传播出去．2．绳、水、空气等能够传播振动的物质，叫做介质．3．机械振动在介质中的传播称为机械波．4．介质中有机械波传播时，介质中的质点发生振动，且质点不会(填“会”或“不会”)随波迁移．二、横波和纵波1．质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波，叫做横波．在横波中，凸起的最高处叫做波峰，凹下的最低处叫做波谷．2．质点的振动方向与波的传播方向平行的波，叫做纵波．在纵波中，质点分布最密的位置叫做密部，质点分布最疏的位置叫做疏部．一、波的形成和传播[问题设计]如图1所示，手持细绳的一端上下抖动，绳像波浪般翻卷．这是波在绳上传播的结果，那你知道波是如何形成的吗？图1答案绳一端振动，带动绳上相邻部分振动，依次逐渐引起整个绳振动．[要点提炼]波形成的原因：以绳波为例(如图2所示)图2(1)可以将绳分成许多小部分，每一部分看做一个质点．(2)在无外来扰动之前，各个质点排列在同一直线上，各个质点所在的位置称为各自的平衡位置．(3)由于外来的扰动，会引起绳中的某一质点振动，首先振动的那个质点称为波源．(4)由于绳中各质点之间存在着相互作用力，作为波源的质点就带动周围质点振动，周围质点又依次带动邻近质点振动，于是振动就在绳中由近及远地传播．二、机械波[问题设计]把一个闹钟放在真空罩内，当闹钟的小锤敲打铃铛的时候，我们听不到声音，你知道其中的奥秘吗？答案声波在真空中不能传播，说明声音的传播需要介质．[要点提炼]1．介质：绳、水、空气等能够传播振动的物质．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(1)产生条件：①要有机械振动；②要有传播振动的介质．(2)特点①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，并且落后于前一个质点的振动．②沿波的传播方向上每个质点的振动方向都和波源的起振方向相同．③波传播的是振动这种形式，而介质的质点并不随波迁移．④波在传播“振动”这种运动形式的同时，也传递能量和信息．[延伸思考]一同学不小心把一只排球打入湖中，为使球能漂回岸边，这位同学采用不断将石头抛向湖中的方法，试分析这位同学能否通过这种方法把排球冲上岸？答案不能．根据波的传播特点，各质点只能在各自平衡位置两侧做往复运动，并不随波迁移，所以石头激起的水波虽向四周传播，水本身并未向四周运动，因此浮在水面上的排球也只能随水波上下起伏，不能到达湖岸．三、横波和纵波[问题设计]2011年3月日本东北部海域发生里氏9.0级强震，其引发的海啸加上核泄漏事故给日本带来巨大的损失．我们可以观察到当地震发生时，地面会产生前后或左右晃动，也会产生竖直方向的振动，你知道这是为什么吗？答案地震波有横波和纵波，不同的波引起地面的振动不同．[要点提炼]1．横波和纵波是按照质点振动方向和波传播方向的关系来区别的：两方向垂直的为横波，两方向平行的为纵波．如声波是典型的纵波．2．地震波中既有横波，又有纵波，而且纵波传播速度较大．3．水波是比较复杂的机械波，不能简单地将水波当成横波．一、机械波的形成及特点例1关于机械波的说法中，正确的是()A．各质点均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解析本题要求熟知机械波的物理模型．振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．答案ABC二、由波的传播方向确定质点的振动方向例2如图3所示，是某绳波形成过程的示意图．质点1在外力作用下沿垂直直线方向做简谐运动，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＝T4时，1到达最上方，5开始向上运动．问：图3(1)t＝T2时，质点8、12、16的运动状态(是否运动、运动方向)如何？(2)t＝3T4时，质点8、12、16的运动状态如何？(3)t＝T时，质点8、12、16的运动状态如何？解析各质点在各时刻的运动情况．如图所示．(1)由甲图可知，t＝T2时，质点8未到达波峰，正在向上振动，质点12、16未振动．(2)由乙图可知，t＝3T4时，质点8正在向下振动，质点12正在向上振动，质点16未振动．(3)由丙图可知，t＝T时，质点8、12正在向下振动，质点16正在向上振动．答案见解析三、振动与波的关系例3关于振动和波的关系，下列说法中正确的是()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，由于介质中的质点依次带动、由近及远传播而形成波，所以选项A、B正确；波的传播速度是波形由波源向外伸展的速度，在均匀介质中其速度大小不变，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；介质中一旦形成了波，介质中的质点就会将“振动”这种运动形式由近及远地向外传播，当波源停止振动时，介质中已经振动起来的质点还在振动，所以波将继续传播，选项D错误．答案AB波的形成和传播——产生的条件——波源—介质—分类——横波—纵波—传播——质点振动特点—振动形式—能量和信息1．(机械波的形成及特点)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答案A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均错．2．(横波与纵波的区别)下列关于横波与纵波的说法中，正确的是()A．振源上下振动形成的波是横波B．振源左右振动形成的波是纵波C．振源振动方向与波的传播方向相互垂直，形成的波是横波D．横波中质点随波迁移，纵波中质点不随波迁移答案C解析区分横波和纵波的依据是波的传播方向和质点振动方向的关系，无论横波和纵波质点都只是在平衡位置附近振动．3．(振动与波的关系)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较慢D．波源停止振动时，介质中的波立即停止传播答案A解析机械振动在介质中向外传播就形成了机械波，所以有机械波必定有机械振动．但如果只有振动，而没有介质的传播就不会有机械波的产生．因各质点的振动都是重复波源的振动，不论距波源远近，振动的快慢都一样；在波源停止振动时，波仍将继续向外传播而不会停止.题组一机械波的形成及特点1．关于机械波的以下说法中，正确的是()A．发生波动需要两个条件：波源和介质B．波动过程是介质质点由近及远移动的过程C．波动过程是能量由近及远传递的过程D．波源与介质质点的振动都是自由振动答案AC解析波源(即振源)振动时，依靠介质中的相互作用力带动周围各部分质点振动起来，形成机械波．各质点只在平衡位置附近振动，并不随波向外迁移，仅把振源的振动和能量传播开来．波源和介质质点之间的相互作用力阻碍波源的振动，是一种阻力，所以波源的振动不可能是自由振动．相邻的介质质点间存在相互作用，故介质质点也不是自由振动．2．一小石子落入平静的湖面中央，圆形波纹一圈圈向外传播，有一片树叶落在水面上，则树叶()A．逐渐漂向湖心B．逐渐漂向湖畔C．在落下地方上下振动D．沿树叶所在的圆圈做圆周运动答案C3．关于机械波的说法正确的是()A．相邻的质点要相互做功B．纵波的质点可以随波迁移，而横波的质点不能C．波源开始时怎样振动，其他质点开始时就怎样振动D．除波源外，波中各质点都做受迫振动答案ACD解析机械波是由于介质中前面的质点带动后面的质点，使波源的振动形式与波源的能量向远处传播而形成的，前、后质点间存在相互作用力，因而相互做功，故A正确；无论是横波还是纵波，波传播过程中，各质点只能在各自的平衡位置附近振动，质点不随波迁移，因此B错；波源依次带动后面的质点，每个质点都做受迫振动，每个质点的频率都与波源频率相同，并且都“仿照”波源振动，故C、D正确．4．波在传播过程中，下列说法正确的是()A．介质中的质点随波的传播而迁移B．波源的能量随波传递C．振动质点的频率随着波的传播而减小D．波源的能量靠振动质点的迁移来传播答案B解析各振动质点的频率都与波源的振动频率相同，振动质点并不随波迁移．5．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振动，只是时间上落后一步C．参与振动的质点都有相同的频率D．机械波是质点随波迁移，也是振动能量的传递答案BC解析机械波的形成必须具备的两个条件：波源和介质，物体做机械振动，若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带动它附近的质点振动，将振动传播开来，所以后一质点总是落后于前一质点，但振动频率相同，故B、C选项正确．形成机械波的各振动质点只在平衡位置附近做往复运动，并不随波迁移，离振源较远处的质点振动的能量，是通过各质点的传递从波源获得，故D选项错误．题组二振动与波的关系6．沿绳传播的一列机械波，当波源突然停止振动时，有()A．绳上各质点同时停止振动，横波立即消失B．绳上各质点同时停止振动，纵波立即消失C．离波源较近的质点先停止振动，较远的质点稍后停止振动D．离波源较远的质点先停止振动，较近的质点稍后停止振动答案C解析机械波沿绳传播时，绳上各个质点都在振动，一旦波源停止振动，离波源较近的质点先停止振动，离波源较远的质点后停止振动．题组三横波与纵波的区别7．下列关于横波、纵波的说法正确的是()A．质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波叫横波，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A8．下列有关横波与纵波的说法中正确的是()A．沿水平方向传播的波为横波B．纵波可以在固态、液态、气态介质中传播C．纵波与横波不可以同时在同一介质中传播D．凡是振动方向与波传播方向在同一条直线上的波都是纵波答案BD解析纵波与横波可以同时在同一介质中传播，如地震波中既有横波又有纵波．9．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．形成纵波的质点，随波一起迁移D．形成纵波的质点不随波迁移答案D解析横波质点的振动方向与传播方向相互垂直，纵波质点的振动方向与传播方向有时相同，有时相反，故A、B项错误；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C项错误，D项正确．题组四由波的传播方向确定质点振动方向10.一列横波沿水平方向传播，某一时刻的波形如图1所示，则图中a、b、c、d四点在此时刻具有相同运动方向的是()图1A．a和cB．a和dC．b和cD．b和d答案BC解析若波向右传播，则a、d向上振动，b、c向下振动；若波向左传播，则a、d向下振动，b、