【物理】2018届一轮复习人教版14-4波的形成与传播学案

【物理】2018届一轮复习人教版14-4波的形成与传播学案

专题14.4 波的形成与传播 课前预习 ● 自我检测 ‎1．关于机械波的形成，下列说法正确的是(　　)‎ 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，只是时间上落后一步 C．参与振动的质点的振动频率都相同 D．机械波是介质随波迁移 E．机械波可以传递能量和信息 ‎【答案】　BCE ‎2. 一列简谐横波沿x轴传播，某时刻的波形如图所示，已知此时质点F的运动方向向y轴负方向，则(　　) ‎ A．此波向x轴负方向传播 B．质点C此时向y轴负方向运动 C．质点C将比质点B先回到平衡位置 D．质点E的振幅为零 E．各质点的振幅相同 ‎【答案】　ACE ‎【解析】　因为机械波在传播过程中，靠近波源的质点的振动带动相邻的后边质点的振动，而后面质点要“模仿”前面质点的振动，所以本题中，已知质点F的运动方向向y轴负方向，即F质点正在“模仿”右边质点的振动，这说明波源在右边，波从右向左传播，即此波向x轴负方向传播，选项A正确；质点C此时刚到达最大位移处，速度为0，此后才向y轴负方向运动，选项B错误；质点B要先向y 轴正方向运动到达波峰位置再回到平衡位置，而质点C直接从波峰位置回到平衡位置，所以选项C正确；振幅指的是质点离开平衡位置的最大距离，虽然此时质点E的位移为零，但其振幅不为零，选项D错误，E正确．‎ ‎3．下列关于横波、纵波的说法正确的是(　　)‎ 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纵波 C．横波和纵波传播的都只是振动这种运动形式 D．沿横向传播的波叫横波，沿纵向传播的波叫纵波 E．沿横向传播的波叫纵波，沿纵向传播的波叫横波 ‎【答案】　ABC ‎【解析】　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；横波具有波峰和波谷，两种波传播的都是运动形式，A、B、C正确．‎ ‎4. 一根张紧的水平弹性绳，绳上的S点在外界驱动力的作用下沿竖直方向做简谐运动，在绳上形成稳定的横波，在S点的左、右两侧分别有A，B，C，D四点，如图所示，已知AB，BS和SC的距离相等，CD的距离为SC的2倍，下面的说法中正确的是(　　)‎ A．若B点的位移与S点的位移始终相同，则A点的位移一定与S的位移始终相同 B．若B点的位移与S点的位移始终相反，则A点的位移一定与S点的位移始终相反 C．若C点的位移与S点的位移始终相同，则D点的位移一定与C点的位移始终相同 D．若C点的位移与S点的位移始终相反，则D点的位移一定与C点的位移始终相同 E．因不知S点的起振方向，以上说法均不对 ‎【答案】　ACD ‎5. 机械波在介质中传播时，下列说法中正确的是(　　) ‎ 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后一质点的振动，后一质点的振动必定落后于前一质点 D．各质点也随波的传播而迁移 E．在横波中质点不随波迁移，在纵波中，质点随波一直向前移动 ‎【答案】　ABC 课堂讲练 ● 典例分析 ‎【要点提炼】‎ 一、波的形成和传播 ‎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．‎ 二、横波和纵波 ‎1．对比 定　义 标识性物理量 实物波形 横波 质点的振动方向和波的传播方向垂直的波 ‎①波峰：凸起的最高处 ‎②波谷：凹下的最低处 纵波 质点的振动方向和波的传播方向平行的波 ‎①密部：质点分布密集的部分 ‎②疏部：质点分布稀疏的部分 ‎2.说明 ‎(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．‎ ‎【典例1】如图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________．‎ ‎【答案】　向上 ‎【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．‎ ‎【典例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？ ‎ ‎【答案】　在原位置上下振动 ‎【总结反思】‎ ‎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．‎ ‎3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，这些点的位置确定后，其他点可顺势找出．‎ ‎【典例3】关于横波和纵波，下列说法正确的是(　　)‎ 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 ‎【答案】　ABD ‎【典例4】 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(　　)‎ 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 ‎【答案】　ADE ‎【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．‎ ‎【总结反思】‎ ‎1．横波和纵波的比较 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，质点的振动方向和波的传播方向在一条直线上 介质 只能在固体介质中传播 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.振动与波动的联系和区别 振动 波动 运动 现象 振动是单个物体所表现出的周而复始的运动现象 波动是介质中大量的质点受到扰动时，从扰动中心传播开来的周而复始的运动现象 运动的 成因 物体由于某种原因离开平衡位置，同时受到指向平衡位置的力——回复力作用 介质中的质点受到相邻质点的扰动而随着运动，并由近及远传播开去，且各部分都受到指向原位置的力的作用 联系 ‎(1)振动是波的起因，波是振动的传播 ‎(2)有波动一定有振动，有振动不一定有波动 ‎(3)牢记波动的周期等于质点振动的周期 ‎3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．‎ 课后巩固 ● 课时作业 ‎1.如图所示，为波沿着一条右端固定的绳子传播到B点的波形图，由图可判断出A点开始振动的方向是________．‎ ‎【答案】　向下 ‎【解析】　由题图可知波向右传播，传播到B点，B点刚开始振动且振动方向向下，其重复波源A的运动，所以A点开始振动的方向向下．‎ ‎2.一列横波某时刻的波形如图所示，经过0.25 s图中P点第一次到达波峰的位置，此后再经0.75 s，P点的位移和速度可能是(　　) ‎ A．位移是‎2 cm B．位移是零 C．位移是－‎‎2 cm D．速度最大，方向沿－y的方向 E．速度最大，方向沿＋y方向 ‎【答案】　BDE ‎3.一列横波某时刻的波形如图所示．质点A的受力方向是________．‎ ‎【答案】　向下 ‎【解析】　无论波向左还是向右传播，回复力始终指向平衡位置，且质点A的回复力是由相邻的质点对质点A的作用力来提供，质点A的受力方向始终向下．‎ ‎4.一列沿x轴正方向传播的简谐横波，某时刻的波形如图所示．P为介质中的—个质点，从该时刻开始的一段极短时间内，P的速度v和加速度a的大小变化情况是v变________，a变________. ‎ ‎【答案】　大　小 ‎5.如图所示是一列简谐波沿x轴正方向传播的某时刻的波形图．a是正向最大位移处，b恰好处于平衡位置，经过Δt＝时间，a，b两个质点所通过的路程的关系是sa________sb.(填“＜”，“＞”或“＝”)‎ ‎【答案】　＜‎ ‎【解析】　因各个质点均做受迫振动，重复波源的振动，故振动频率、周期、振幅相同，而a正处于正向最大位移处，速度为零，在时间内，向平衡位置运动，速度由零逐渐增大，但达不到最大速度；b正在从平衡位置向上运动，具有最大速度，在时间内，它向正方向最大位移处运动，速度逐渐减小，但平均速度比a的大．‎ ‎6.振源A带动细绳振动，某时刻形成的横波波形如图所示，在波传播到细绳上一点P时开始计时，画出P点的振动图象．‎ ‎【答案】　‎ ‎【解析】　由于波源带动了后面的质点依次振动，且后面的质点总是重复前面质点的振动状态，所以，介质中各质点开始振动时的方向都与波源开始振动时的方向相同，此时波刚好传播至P点，P点此时的振动状态即与波源A开始振动时的状态相同．由波的传播特点可知P点此时是从平衡位置向下运动的．‎ ‎7．细绳的一端在外力作用下从t＝0时刻开始做简谐运动，激发出一列简谐横波．在细绳上选取15个点，图中甲为t＝0时刻各点所处的位置，乙为t＝时刻的波形图(T为波的周期)．在丙中画出t＝时刻的波形图. ‎ ‎【答案】　见解析 ‎8.某地区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，求： ‎ ‎(1)先振动的是哪个振子？‎ ‎(2)震源距地震仪的距离是多少？‎ ‎【答案】　(1)P　(2)‎‎36 km ‎【解析】　横波速度小于纵波速度，所以P先开始振动．由＋5 s＝，可得x＝‎36 km.‎ ‎9．在敲响古刹里的大钟时，有的同学发现，停止对大钟的撞击后，大钟仍“余音未绝”，分析其原因是什么？‎ ‎【答案】　见解析 ‎【解析】　停止对大钟的撞击后，大钟的振动不会立即停止，振动的能量不会凭空消失，大钟做阻尼振动一段时间，因此还会在空气中形成声波，这就是余音未绝的原因．‎