2022-2023版高中物理 第2章 機械波 2.1 機械波的產(chǎn)生學(xué)案 滬科版選修3-4

2022-2023版高中物理 第2章 機械波 2.1 機械波的產(chǎn)生學(xué)案 滬科版選修3-4學(xué)習目標1.理解機械波的形成過程和產(chǎn)生條件.2.知道機械波的種類橫波和縱波的概念.3.明確機械波傳播的特點1機械波的形成波源振動帶動與它相鄰的質(zhì)點發(fā)生振動，并依次帶動離波源更遠的質(zhì)點振動，只是后一質(zhì)點的振動比前一質(zhì)點的振動遲一些于是波源的振動逐漸傳播出去2機械波的產(chǎn)生條件：(1)要有振源；(2)要有傳播振動的介質(zhì)3機械波可分為橫波和縱波兩類，如下表所示定義標識性物理量實物波形橫波質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向互相垂直的波波峰：凸起的最高處波谷：凹下的最低處縱波質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在同一直線上的波密部：質(zhì)點分布密集的位置疏部：質(zhì)點分布稀疏的位置4.機械振動在介質(zhì)中傳播，形成機械波機械波傳播振動形式的同時，也向外傳遞能量和信息一、機械波的形成導(dǎo)學(xué)探究你看過藝術(shù)體操的“帶操”表演嗎？如圖1所示，運動員手持細棒抖動彩帶的一端，彩帶隨波翻卷，這是波在彩帶上傳播的結(jié)果，你知道波是如何形成的嗎？圖1答案彩帶一端振動帶動彩帶上相鄰部分振動，依次逐漸引起整個彩帶振動知識深化1波形成的原因：以繩波為例(如圖2所示)圖2(1)可以將繩分成許多小部分，每一小部分看做質(zhì)點(2)在無外來擾動之前，各個質(zhì)點排列在同一直線上，各個質(zhì)點所在的位置稱為各自的平衡位置(3)由于外來的擾動，會引起繩中的某一質(zhì)點振動，首先振動的這個質(zhì)點稱為波源(4)由于繩中各質(zhì)點之間存在著相互作用力，作為波源的質(zhì)點就帶動周圍質(zhì)點振動，并依次帶動鄰近質(zhì)點振動，于是振動就在繩中由近及遠地傳播2產(chǎn)生條件：(1)要有振源；(2)要有傳播振動的介質(zhì)例1如圖3所示，是某繩波形成過程的示意圖質(zhì)點1在外力作用下沿垂直直線方向做簡諧運動，帶動2、3、4各個質(zhì)點依次上下振動，把振動從繩的左端傳到右端已知t0時，質(zhì)點1開始向上運動，t時，質(zhì)點1到達最上方，質(zhì)點5開始向上運動問：圖3(1)t時，質(zhì)點8、12、16的運動狀態(tài)(是否運動、運動方向)如何？(2)t時，質(zhì)點8、12、16的運動狀態(tài)如何？(3)tT時，質(zhì)點8、12、16的運動狀態(tài)如何？答案見解析解析各質(zhì)點在各時刻的情況如圖所示(1)由甲圖可知，t時，質(zhì)點8未達到波峰，正在向上振動，質(zhì)點12、16未振動(2)由乙圖可知，t時，質(zhì)點8正在向下振動，質(zhì)點12正在向上振動，質(zhì)點16未振動(3)由圖丙可知，tT時，質(zhì)點8、12正在向下振動，質(zhì)點16正在向上振動二、橫波和縱波導(dǎo)學(xué)探究2011年3月，日本東北部海域發(fā)生里氏9.0級強地震，其引發(fā)的海嘯加上核泄漏事故給日本帶來巨大的損失通過視頻咱們可以觀察到地震發(fā)生時，地面會產(chǎn)生前后或左右的晃動，也會產(chǎn)生豎直方向的振動，你知道這是為什么嗎？答案地震波有縱波和橫波，不同的波引起地面的振動不同知識深化1橫波定義：把介質(zhì)質(zhì)點的振動方向跟波的傳播方向垂直的波叫做橫波，如繩波(1)在橫波中，凸起的最高處叫做波峰，凹下去的最低處叫做波谷，橫波是以波峰和波谷這個形式將機械振動傳播出去的，這種波在傳播時呈現(xiàn)出凸凹相間的波形(2)橫波是物體的形狀發(fā)生了變化而產(chǎn)生彈力作用所致，故純粹的橫波只能通過固體傳播2縱波定義：把介質(zhì)質(zhì)點的振動方向跟波的傳播方向在同一直線上的波叫做縱波(1)在縱波中，質(zhì)點分布密集的地方叫做密部，質(zhì)點分布稀疏的地方叫做疏部縱波在傳播時呈現(xiàn)出疏密相間的波形(2)在縱波的情況下，物體的各部分經(jīng)常受到壓縮和拉長，也就是說經(jīng)常在改變自己的體積在體積改變時，固體內(nèi)固然要產(chǎn)生彈力，液體和氣體也要產(chǎn)生彈力，所以縱波在這三種狀態(tài)的介質(zhì)中都能傳播例2(多選)下列關(guān)于橫波和縱波的說法正確的是()A凸凹相間的波叫橫波，凸起的最高處叫波峰，凹下的最低處叫波谷B質(zhì)點振動方向和波的傳播方向在同一直線上的波叫橫波C縱波的波形是疏密相間的，質(zhì)點分布密集的部分叫密部，分布稀疏的地方叫疏部D質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向在同一直線上的波叫縱波答案ACD解析橫波具有波峰和波谷，A正確；振動的方向與傳播的方向垂直的波為橫波，振動的方向與傳播的方向在同一直線上的波為縱波，B錯誤，D正確；縱波有疏部和密部且波形是疏密相間的，C正確三、波傳遞的是能量和信息導(dǎo)學(xué)探究一同學(xué)不小心把一只排球打入湖中，為使球能漂回岸邊，這位同學(xué)采用不斷將石頭拋向湖中的方法，這位同學(xué)能否通過這種方法把排球沖上岸？這說明波傳播的是什么？答案不能石頭激起的水波向四周傳播，浮在水面上的排球隨水上下起伏，不能到達湖岸這說明波傳播時介質(zhì)不隨波遷移，傳播的只是振動這種運動形式知識深化波傳播的特點1波傳播的是振動形式，而介質(zhì)的質(zhì)點并不隨波遷移；2波在傳遞運動形式的同時，也傳遞能量和信息例3(多選)關(guān)于機械波的說法正確的是()A相鄰的質(zhì)點要相互做功B縱波的質(zhì)點可以隨波遷移，而橫波的質(zhì)點不能C振源開始時怎樣振動，其他質(zhì)點開始時就怎樣振動D除振源外波中各質(zhì)點都做受迫振動答案ACD解析機械波是由于介質(zhì)中前面的質(zhì)點帶動后面的質(zhì)點，使振源的振動形式與振源的能量向遠處傳播而形成的，前后質(zhì)點間存在相互作用力，因而相互做功，故A正確；波傳播過程中，各質(zhì)點只能在各自的平衡位置附近振動，質(zhì)點不隨波遷移，縱波也是機械波，因此B錯；每個質(zhì)點都是由振源依次帶動后面的質(zhì)點，每個質(zhì)點都做受迫振動，每個質(zhì)點的頻率都與振源頻率相同，并且都“仿照”振源振動，故C、D正確四、振動和波動的區(qū)別例4(多選)關(guān)于振動和波的關(guān)系，下列說法中正確的是()A振動是波的成因，波是振動的傳播B振動是單個質(zhì)點呈現(xiàn)的運動現(xiàn)象，波是許多質(zhì)點聯(lián)合起來呈現(xiàn)的運動現(xiàn)象C波的傳播速度就是質(zhì)點振動的速度D波源停止振動時，波立即停止傳播答案AB解析機械波的產(chǎn)生條件是有波源和介質(zhì)，由于介質(zhì)中的質(zhì)點依次帶動、由近及遠地傳播而形成波，所以選項A、B正確；波的傳播速度是波形由波源向外伸展的速度，而質(zhì)點振動的速度和方向都隨時間周期性地發(fā)生變化，選項C錯誤；介質(zhì)中一旦形成了波，介質(zhì)中的質(zhì)點就會將振動這種運動形式由近及遠的向外傳播，當波源停止振動時，介質(zhì)中已經(jīng)振動起來的質(zhì)點還在振動，所以波將繼續(xù)傳播，選項D錯誤機械波的產(chǎn)生1下列對機械波的認識正確的是()A形成機械波一定要有振源和介質(zhì)B振源做簡諧運動形成的波中，各質(zhì)點的運動情況完全相同C橫波向右傳播時，處于波峰的質(zhì)點也向右遷移D機械波向右傳播時，右方的質(zhì)點比左方的質(zhì)點早一些振動答案A解析振源和介質(zhì)是形成機械波的兩個必不可少的條件，故A正確簡諧運動在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)中各質(zhì)點都做簡諧運動，沿波的傳播方向，后面的質(zhì)點比前面的質(zhì)點總要晚一些開始振動，但質(zhì)點本身并不隨波的傳播而發(fā)生遷移，而且各質(zhì)點的振動步調(diào)不一致，故B、C、D均錯2關(guān)于橫波和縱波，下列說法正確的是()A振源上下振動形成的波是橫波B振源水平振動形成的波是縱波C波沿水平方向傳播，質(zhì)點上下振動，這類波是橫波D質(zhì)點沿水平方向振動，波沿水平方向傳播，這類波是縱波答案C解析根據(jù)橫波和縱波的概念，質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向相互垂直的波叫做橫波，質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在同一直線上的波叫做縱波，并不是上下振動與水平振動的問題，所以A、B選項錯誤，C選項正確；質(zhì)點沿水平方向振動，波沿水平方向傳播，并不能說明是沿同一直線，故D選項錯誤3關(guān)于振動和波的關(guān)系，下列說法正確的是()A有機械波必有振動B有機械振動必有波C離波源遠的質(zhì)點振動較慢D波源停止振動時，介質(zhì)中的波立即停止傳播答案A解析機械振動在介質(zhì)中向外傳播就形成了機械波，所以有機械波必定有機械振動但如果只有振動，沒有介質(zhì)的傳播就不會有機械波的產(chǎn)生因各質(zhì)點的振動都是重復(fù)波源的振動，不論距波源遠近，振動的快慢都一樣；在波源停止振動時，波仍將繼續(xù)向外傳播而不會停止一、選擇題1關(guān)于機械波，下列說法不正確的是()A各質(zhì)點都在各自的平衡位置附近振動B相鄰質(zhì)點間必有相互作用力C前一質(zhì)點的振動帶動相鄰的后一質(zhì)點振動，后一質(zhì)點的振動必定落后于前一質(zhì)點的振動D各質(zhì)點隨波的傳播而遷移答案D解析振源的振動使其周圍質(zhì)點依次振動，之所以能依次振動下去，就是依靠了相鄰質(zhì)點間的相互作用力；沿波的傳播方向，后一質(zhì)點的振動必滯后于前一質(zhì)點的振動；質(zhì)點只在平衡位置附近振動，并不隨波遷移2有關(guān)縱波與橫波，下列說法中正確的是()A對于縱波，質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向一定相同B對于橫波，質(zhì)點振動方向與波的傳播方向垂直C縱波的質(zhì)點可以隨波遷移，而橫波的質(zhì)點不能D橫波只能在固體中傳播，縱波只能在液體、氣體中傳播答案B3科學(xué)探測表明，月球表面無大氣層，也沒有水，更沒有任何生命存在的痕跡在月球上，兩名宇航員面對面講話也無法聽到，這是因為()A月球太冷，聲音傳播太慢B月球上沒有空氣，聲音無法傳播C宇航員不適應(yīng)月球，聲音太輕D月球上太嘈雜，聲音聽不清楚答案B解析月球表面無大氣層，沒有傳播聲音的介質(zhì)，所以講話無法聽到4波在傳播過程中，下列說法正確的是()A介質(zhì)中的質(zhì)點隨波的傳播而遷移B波源的振動能量隨波傳遞C振動質(zhì)點的頻率隨著波的傳播而減小D波源的能量靠振動質(zhì)點的遷移來傳播答案B解析各振動質(zhì)點的頻率都與波源的振動頻率相同5一小石子落入平靜的湖面中央，圓形波紋一圈圈向外傳播，有一片樹葉落在水面上，則樹葉()A逐漸漂向湖心B逐漸漂向湖畔C上下振動D沿樹葉所在的圓圈做圓周運動答案C6圖1是某繩波形成過程示意圖，1、2、3、4為繩上的一系列等間距的質(zhì)點，繩處于水平方向質(zhì)點1在外力作用下沿豎直方向做簡諧運動，帶動2、3、4各個質(zhì)點依次上下振動，把振動從繩的左端傳到右端t0時質(zhì)點1開始豎直向上運動，質(zhì)點振動周期為T.經(jīng)過四分之一周期，質(zhì)點5開始運動，此時質(zhì)點1已發(fā)生的位移為x.下列判斷正確的是()圖1At時質(zhì)點5的運動方向向下Bt時質(zhì)點7的加速度方向向上Ct時質(zhì)點5運動的路程為3xDtT時質(zhì)點9向下運動答案D7下列關(guān)于波的應(yīng)用正確的是()A要使放在河中的紙船逐漸靠近河岸，可向比紙船更遠處投擲石子形成水波B兩個在水中潛泳并且靠得較近的運動員能聽到對方發(fā)出的聲音是聲波在液體中傳播的應(yīng)用C光纜是利用機械波傳遞信息D宇航員在宇宙飛船里，擊打船壁只能引起機械振動，不能形成聲波答案B解析機械波傳播時，介質(zhì)質(zhì)點在各自平衡位置附近振動，質(zhì)點本身并不隨波遷移，A錯；光纜是利用光波傳遞信息的，故C錯；宇航員在宇宙飛船里，擊打船壁能引起機械振動，同時也能形成聲波，D錯，故選B.8某地區(qū)地震波中的橫波和縱波傳播速率分別約為4km/s和9 km/s.一種簡易地震儀由豎直彈簧振子P和水平彈簧振子H組成(如圖2所示)在一次地震中，震源在地震儀下方，觀察到兩振子相差5s開始振動，則()圖2AP先開始振動，震源距地震儀約36kmBP先開始振動，震源距地震儀約25kmCH先開始振動，震源距地震儀約36kmDH先開始振動，震源距地震儀約25km答案A解析橫波的傳播速率小于縱波的傳播速率，所以P先開始振動由5s，可得s36km，則A正確，B、C、D錯誤9沿繩傳播的一列機械波，當波源突然停止振動時，有()A繩上各質(zhì)點同時停止振動，橫波立即消失B繩上各質(zhì)點同時停止振動，縱波立即消失C離波源較近的質(zhì)點先停止振動，較遠的質(zhì)點稍后停止振動D離波源較遠的質(zhì)點先停止振動，較近的質(zhì)點稍后停止振動答案C解析機械波向前傳播時，各個質(zhì)點都在振動，一旦波源停止振動，離波源較近的質(zhì)點先停止振動，離波源較遠的質(zhì)點后停止振動10如圖3所示是一列沿著繩向右傳播的繩波波形，此時波剛傳到B點，由圖可判斷波源A點剛開始的振動方向是()圖3A向左B向右C向下D向上答案D解析由于波剛剛傳到B點，所以B點此時的振動方向就是波源的起振方向，由題圖根據(jù)波的傳播與質(zhì)點振動的關(guān)系可以知道，B質(zhì)點此時正向上振動，所以波源A質(zhì)點剛開始的振動方向向上，選項D正確11如圖4所示為波源開始振動后經(jīng)過一個周期的情景圖，設(shè)介質(zhì)中質(zhì)點的振動周期為T，下列說法中正確的是()圖4A若M點為波源，則M點開始振動時方向向下B若M點為波源，則P點已經(jīng)振動了TC若N點為波源，則P點已經(jīng)振動了TD若N點為波源，則該時刻P點動能最大答案C解析若M點為波源，由題圖可知，圖像是經(jīng)過一個周期的波形，此時M點的振動方向向上，即為開始振動時的方向或者波傳到了N點時N點的振動方向，即波源開始振動時方向向上；波傳到P點要經(jīng)過T，故P點已振動了T.若N點為波源，N開始振動時方向向下，波傳到P點要經(jīng)過，故P點已振動了T；而此時P點在最大位移處，速度為零，動能最小故正確選項為C.二、非選擇題12如圖5甲所示為波源的振動圖像，圖乙為均勻介質(zhì)中同一條直線上等間距的質(zhì)點在t1 s時的振動狀態(tài)，其中質(zhì)點4剛開始振動請在圖丙中畫出t5s時質(zhì)點的振動狀態(tài)圖5答案見解析圖解析由題圖甲知波源振動周期T4s，根據(jù)波傳播的規(guī)律知t5s時，波源出現(xiàn)在波峰，質(zhì)點16起振如圖所示