第一节波的形成和传播

第十章机械波高二物理讲义：赵春光26第十章机械波高考要求：1、振动在介质中的传播——波，横波和纵波横波的图像，波长、频率和波速的关系。（Ⅱ）2、波的叠加，波的干涉、衍射现象。（Ⅰ）3、声波、超声波及其应用。（Ⅰ）4、多普勒效应。（Ⅰ）第一节波的形成和传播知识要点一、机械波1、定义：机械振动在介质中的传播，形成机械波。2、机械波的形成过程：先振动的质点带动后振动的质点，后振动的质点跟着先振动的质点振动，后振动的质点滞后先振动的质点。二、机械波形成的条件1、要有波源；如引起水波扔入水中的石子；在绳波中抖动的手。波源：引起振动的振动体叫做波源。2、要有传播振动的介质。如水，绳子。三、机械波的特点1、对简谐波（不计能量损失）各质点的振幅相同。2、介质中各质点均做受迫振动，振动的周期均与波源的振动周期相同。3、机械波向外传播的是振动的形式与能量，介质中的各个质点并没“随波逐流”，而在各自的平衡位置振动。4、波动是大量的质点的集体振动行为，但各个质点的振动有一个时间差，离波源越远的质点振动越滞后。四、波的分类1、横波：质点振动方向跟波的传播方向垂直的波，叫做横波。在横波中，凸起的最高处叫波峰。凹下的最低处叫波谷。横波又叫起伏波。2、纵波：质点振动方向跟波的传播方向在一直线上的波叫做纵波。在纵波中，质点分布最密的地方叫密部，质点分布最疏的地方叫疏部。纵波又叫疏密波。气体、液体、固体都能传播纵波，但液体和气体不能传播横波。五、波动与振动的区别1、振动是单个质点在其平衡位置附近做往复运动的“个体行为”；波动则是大量的、彼此相联系的质点将波源的振动在空间传播的“群体行为”，这种“群体行为”虽不同步但却是有秩序的。2、有波动就一定有振动，因为波中的各个质点都是重复波源的振动；但有振动却不一定有波动，还要看是否有传播振动的介质。例如，放在抽成真空的玻璃罩内的闹钟，尽管铃锤不停地振动敲击铃壳，但是我们却听不到铃响，原因是闹钟周围没有传播声音的介质，不能形成声波。典型例题例1、关于机械波,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；第十章机械波高二物理讲义：赵春光27C．参与振动的质点群有相同的频率；D．机械波是媒质随波迁移，也是振动能量的传递。解析：机械波产生的必要条件是：①有振动的波源；②有传播振动的介质。产生机械波时后一质点是重复前一质点的运动，所以各点的周期、频率及起振方向都（与波源）相同，故这种运动形式被传播，振动的能量被传递，但参与振动的质点仍在原平衡位置附近振动并没有随波迁移。故正确答案为BC。例2、如图10-1所示为一弹性上形成的水平向右传播的波，试判断绳上a、b、c、d、e、f、g、h各个质点的速度方向。分析：方法一：波的成因法，波动过程中介质质点的运动特点可用三句话来描述，即先振动的质点带动后振动的质点，后振动的质点重复前面质点的振动，后面振动质点的振动状态落后于先振图10-1动的质点；概括起来就是“带动，重复，落后”。质点c和g和此时在最大位移处，速度为零，无所谓速度方向，利用波的成因法，以此时最大位移处的c为参照点，d的振动落后，要跟着到最大位移处，所以速度向下，e、f依次跟上，速度都向下；b的振动超前c，已从负的最大位移回振，所以速度向上，a超前b，速度也向上；同理以g为参照点，可知h点速度向上。方法二：逆向描波法：手握一支笔，在波形图线上逆着波的传播方向复描该波形，几复描时笔尖沿波形向上经过的质点，此刻均向上振动（波峰、波谷除外），这种方法也“走波法”。图10-1是一列向右传播的波，故从右向左复描该波，很容易得知h点向上运动，f、e、d向下运动，a、b向上运动。利用逆向描波法来判定速度方向比较简单。方法三：微平移法：如图10-2所示，按波的传播方向将原波形移到一个新的位置（虚线所示），这就是各点经过一个短时间Δt后的位置，质点a的新位置在原位置的上方，可知a速度方向向上，同理可判断其他各质点的速度方向。图10-2方法四：方向同侧法：在波形图上的同一点为起点分别用竖直方向的箭头表示质点的振动方向，水平箭头表示波的传播方向，那么这两个箭头总位于图线的同一侧，如图10-3所示，这一方法叫同侧法。若图中波向右传播，由“方向同侧”可判定f点的振动方向向下，反之若知质点的振动方向，也可图10-3由“方向同侧”判断波的传播方向。此法也叫“风吹法”。方法五：口诀法：“上坡下行，下坡上行”。沿着波的传播方向看过去，如果质点处在“上坡”（如d、e、f），振动方向向下，故叫上坡下行；如果质点处在“下坡”（如a、b、h）振动方向向上，故叫“下坡上行”。例3、如图10-4所示，为一向右传播的波的全部形状，a为绳的端点（即振源），则下列说法中正确的是（）A．此时振源已振动了3/2个周期；B．振源开始是向上振动的；图10-4C．此时b、e向上振动，c、d向下振动；D．再经过一个周期，b质点运动到e点。解析：振源的振动时间与波向前的传播时间相等，此时振动形式恰传到f点。则此时振源已振动了3/2个周期。振源的开始振动方向与各质点的起振方向相同，通过看此时波最前端点f的振动方向，来决定振源开始是如何振动的，如图可判断f此时向下振动，hgfedcbavhgfedcbavhgfedcbavV传V振V传V振abcdef第十章机械波高二物理讲义：赵春光28则振源开始的振动及各质点起振方向均向下。如上题判断b、e点向下振动，c、d点向上振动，质点的振动不随波迁移。故正确答案为A。例4、下列有关机械振动和机械波的说法中正确的是（）A．某物体做机械振动，它周围的介质中就一定产生机械波；B．波源停止振动后，已形成的机械波仍能在介质中继续传播；C，机械波传播的只是机械振动的形式和能量，参与波动的质点产不随波迁移。D．振动是变速的，波动是匀速的。解析：尽管有机械振动，不一定有机械波，但这个物体是在介质中振动，满足了形成机械波的条件，A正确；由于机械波已在介质中形成，尽管振源停止了振动，但已振动的介质又形成了新的波源，B正确；波只在同种均匀介质中才会匀速传播，而选项D并没有表明具备这一必要条件，D错。答案为ABC。同步训练知识掌握1、机械波是_______________________________，形成机械波的条件是_______和_______。2、横波是______________________________________的机械波，纵波是____________________________________的机械波。3、出现波峰和波谷的波是__________，出现密部和疏部的波是__________。4、关于机械振动和机械波的关系，应是（）A．有振动必有波；B．有波必有振动；C．有振动不一定有波；D．有波不一定有振动。能力提高5、波在传播过程中，正确的说法是（）A．介质中的质点是随波迁移；B．波源的振动能量随波迁移；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随波传递。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．离波源较近的各质点先停止振动，较远的各质点稍后停止振动；D．离波源较远的各质点先停止振动，较近的各质点稍后停止振动。7、下列说法正确的是（）A．横波在介质中传播时，介质本身能够随波传开去；B．纵波在介质中传播时，介质本身能够随波传开去；C．在波传播的介质中，质点振动都是受迫振动；D．以上说法都不正确。8、区分横波的纵波是依据（）A．质点振动的振幅和波的传播速度的大小；B．质点振动的频率和波传播能量的多少；C．质点振动的类别和波传播的远近；D．质点振动的方向和波的传播方向。9、关于横波和纵波，下列说法中正确的是（）A．只有机械波才分为横波或纵波；第十章机械波高二物理讲义：赵春光29B．机械波在固体，液体，气体中都能传播；C．横波与纵波，其质点的振动方向不同，因此横波与纵波不可能沿同一方向传播；D．确定的波源产生的波不是横波就是纵波。10、如图10-5所示是沿绳向右传出的一列横波。在图上画出各个质点的振动速度方向，并回答下列几个问题：⑴速度最大的点是第______点、第______点；⑵第______点、第______点所在的位置是波的波谷和波峰，此时图10-5该质点振动的速度为______。11、图10-6是一列向右传播的简谐波，在波中标出了A、B、C、D、E五个质点，以下说法正确的是（）A．五个质点振幅相同；B．此时刻D和E的速度方向相同；C．此时刻A和C的速度方向相同；D．从此时算起，B比C早回到平衡位置。图10-612、如图10-7所示是一列绳波某一时刻的波形，质点E的振动方向如图中所示，求：⑴波的传播方向；⑵该时刻图中各质点的速度方向；⑶该时刻图中各质点的加速度方向。图10-7答案：1、机械振动在介质中的传播，波源，介质；2、质点的振动方向与波的传播方向垂直，质点振动方向与波的传播方向在一条直线上；3、横波，纵波；4、BC；5、B；6、C；7、C；8、D，9、B；10、3，7，1，5；10、AD；11、⑴自左向右，⑵A，B，H，I向下，D，E，F向上，⑶B，C，D向下，F，G，H向上。ABCDEABCDEFGHIv1234567