第12章-1 波的形成和传播

1波的形成和传播

[先填空]

1．波的形成

当手握绳端上下振动时，绳端带动相邻质点，使它也上下振动．这个质点又带动更远一些的质点……绳上的质点都很快跟着振动起来，只是后面的质点总比前面的质点迟一些开始振动，这样在整个绳子上就形成了凸凹相间的波．

2．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．

3．机械波

(1)形成：机械振动在介质中传播，形成机械波．

(2)产生条件

①要有波源．

②要有传播振动的介质．

(3)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，因此说它传播的只是振动这种运动形式．

②介质中本来静止的质点，随着波的传来而发生振动，可见波是传递能量的一种方式．

③我们能用语言进行交流，说明波可以传播信息．

[再判断]

1．质点的振动位置不断转换即形成波．(×)

2．在绳波的形成和传播中，所有质点同时运动，同时停止运动．(×)

3．在绳波的形成和传播中，所有质点的运动是近似的匀速直线运动．(×)

[后思考]

1．振动和波的关系是什么？有振动是否一定有机械波？

【提示】 波源和介质是形成机械波的必要条件，二者缺一不可，有振动不一定有机械波，有机械波一定有振动．

2．机械波形成后，若波源停止振动，机械波会立即消失吗？

【提示】 不会．波源停止振动后，机械波传递的能量并没有立即消失，因此机械波不会立即消失．

[核心点击] 1．机械波的形成 2．波的特点

(1)振幅：像绳波这种一维(只在某个方向上传播)机械波，若不计能量损失，各质点的振幅相同．

(2)周期：各质点振动的周期均与波源的振动周期相同． (3)步调：离波源越远，质点振动越滞后．

(4)立场：各质点只在各自的平衡位置振动，并不随波迁移，且起振方向与振源的起振方向相同．

(5)机械波向前传播的是振动这种运动形式，同时也传递能量和信息．

1.如图12-1-1是一列沿着绳向右传播的绳波波形，此时波刚传到B 点，由图可判断波源A 点开始的振动方向是________．

图12-1-1

【解析】 由于波刚刚传到B 点，所以B 点此时的振动方向就是波源的起振方向，由图根据波的传播与质点振动的关系可以知道，B 质点此时正向上振动，所以波源A 质点刚开始的振动方向向上．

【答案】 向上

2．将一个小石子投向平静的湖面中心，会激起一圈圈向外传播的波纹，如果此时水面上有一片树叶，那么树叶运动情况是怎样的？ 【导学号：23570039】

【解析】 波在传播过程中，只传递振动能量和波源所发出的信息，而各质点不随波迁移，只在各自的平衡位置附近振动．

【答案】 在原位置上下振动

3．如图12-1-2所示是某绳波形成过程的示意图，质点1在外力作用下沿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 ＝T

4

时，1到达最上方，5开始向上运动．问：

图12-1-2

(1)t ＝T

2时，质点8,12,16的运动状态(是否运动、运动方向)如何？

(2)t ＝3T

4时，质点8,12,16的运动状态如何？

【解析】 各质点在各时刻的情况，如图所示．

甲

(1)由甲图可知，t ＝T

2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 ＝3T

4

时，质点8正在向下振动，质点12向上振动，质点16未振动．

【答案】 见解析

机械波的形成和传播特点

(1)机械波的形成过程及特点可以概括为“带动、重复、落后”，即前一质点“带动”后一质点振动，后一质点“重复”前一质点的振动形式，并且后一质点的振动“落后”于前一质点．

(2)就整个物体来说，呈现的现象是波动，而就构成物体的单个质点来说，所呈现的现象是振动．

(3)要画另一时刻的波形图，应先确定特殊点的位置，即此时刻在平衡位置或最大位移处的点，如波源1和质点5,9,13，这些点的位置确定后，其他点可顺势找出．

横波和纵波 [先填空] 1．对比

(1)发声体振动时在空气中产生的声波是纵波，声波不仅能在空气中传播，也能在固体、液体中传播．

(2)不管是横波还是纵波，如果传播的振动是简谐运动，这种波就叫简谐波．

[再判断]

1．质点的振动方向与波的传播方向垂直的波都是横波．(√)

2．如果波源停止振动，介质中的波也会立即停止．(×)

3．横波在固体、液体、气体中都能传播，纵波只能在气体中传播．(×)

[后思考]

地震波既有横波也有纵波，试分析哪一种波对地面建筑物的破坏力大．【提示】横波振动方向与波前进方向垂直，而纵波振动方向与传播方向一致．在震中区，地震波直接入射地面，横波表现为左右摇晃．纵波表现为上下跳动．另外，横波振幅比纵波大，破坏力大，所以横波的水平晃动力是造成建筑物破坏的主要原因．[核心点击]

1．横波和纵波的比较

A．质点的振动方向和波的传播方向垂直的波叫做横波

B．质点的振动方向跟波的传播方向在同一直线上的波叫做纵波

C．横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部

D．地震波是纵波

E．声波是横波

【解析】本题考查纵波和横波的概念．由定义知，ABC正确．声波是纵波，但地震波中既有横波，又有纵波，故D、E不正确．

【答案】ABC

5．关于横波和纵波，下列说法正确的是()【导学号：23570040】

A．对于纵波，质点的振动方向和波的传播方向有时相同，有时相反

B．对于横波，质点的运动方向与波的传播方向一定垂直

C．形成纵波的质点随波一起迁移

D．空气介质只能传播纵波

E．空气介质只能传播横波

【解析】质点的振动方向与波的传播方向垂直的波是横波，质点的振动方向与波的传播方向平行的波是纵波；纵波质点的运动方向与波的传播方向有时相同，有时相反，A、B 正确；无论横波还是纵波，质点都不随波迁移，C错误；横波不能在空气中传播，空气只能传播纵波，D正确，E错误．

【答案】ABD

6.一列横波沿绳子向右传播，传播过程无能量损失，某时刻绳子形成如图12-1-3所示的凹凸形状．对此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点，下列说法正确的是()

图12-1-3

A．它们的振幅相同

B．质点D和F的速度方向相同

C．质点A和C的速度方向相同

D．从此时算起，质点B比C先回到平衡位置

E．从此时算起，质点E比F先到达波峰

【解析】波源振动时，绳上各质点通过相互间的弹力作用跟着做受迫振动，不考虑传播中的能量损耗时，各质点的振幅均相同，选项A正确；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．由题图可知，波源在左端，因此，质点D跟随离波源近的质点C正向上运动，质点F跟随离波源近的质点E正向下运动，两者速度方向相反，选项B错误；同理，此时质点A正向下运动，质点C正向上运动，两者速度方向也相反，选项C错误；由于此时B、C两质点都向上运动，B比C先到最大位移处，故B比C先回到平衡位置，选项D正确．同理知选项E正确．

【答案】ADE

解答波动问题的两个关键

(1)波在传播过程中，质点只在其平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移．

(2)根据质点做简谐运动的特点确定质点的位置和速度方向．