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第一節　機械波的產生和傳播
學 習 目 標 思 維 導 圖
1.理解機械波的形成過程和產生條件． 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．
知識點一　機械波的產生和傳播
【情境導學】
如圖所示，手拿繩的一端，上下振動一次，使繩上形成一個凸起狀態，隨后形成一個凹落狀態，可以看到，這個凸起狀態和凹落狀態在繩上從一端向另一端移動．如果在繩子上某處系一手帕做標記，觀察手帕的運動有什么特點？手帕隨著凸起狀態和凹落狀態在繩上從一端向另一端移動嗎？
【知識梳理】
1．認識機械波
(1)機械波：機械振動在媒介中的________叫作機械波．
(2)波源：要產生機械波，必須有一個________，我們稱之為波源．
(3)介質：只有波源并不能產生機械波，還必須要有傳播機械振動的________．繩子、絲帶等用來傳播振動的________被稱為介質．
2．機械波的傳播
(1)機械波既傳播振動的________，同時也將波源的能量傳播出去．
(2)在波傳播的過程中，每個質點只是在平衡位置________做上下振動，并未形成沿機械波傳播方向的宏觀移動．
狀元隨筆　(1)各點開始起振的方向與振源相同．
(2)傳播過程中各質點的振動都是受迫振動，周期與振源相同．
【重難突破】
1．機械波的形成與傳播
2．波的特點
(1)振幅：像繩波這種一維(只在某個方向上傳播)機械波，若不計能量損失，各質點的振幅相同．
(2)周期(頻率)：各質點都在做受迫振動，所以各質點振動的周期(頻率)均與波源的振動周期(頻率)相同．
(3)步調：離波源越遠，質點振動越滯后．
(4)運動：各質點只在各自的平衡位置附近做往復振動，并不隨波遷移．各質點的起振方向都與波源開始振動的方向相同．
(5)實質：機械波既傳播振動的運動形式，又可以傳遞能量和信息．
例1 在一條軟繩上選18個等間距的質點，質點1在外力作用下首先向上做簡諧運動，其余質點在相互作用力的帶動下依次振動，從而形成簡諧波．由波的形成及圖可知，下列說法中正確的是(　　)
A．質點1帶動質點2是利用繩上質點間的彈力實現的，每個質點均做簡諧運動
B．每個質點開始運動后，均在水平方向做勻速運動，在豎直方向做簡諧運動
C．繩上的不同質點開始振動時的方向是不同的
D.波沿繩方向勻速傳播，故每個質點的動能保持不變
總結提能
機械波的形成和傳播特點
(1)機械波的形成過程及特點可以概括為“帶動、重復、落后”，即前一質點“帶動”后一質點振動，后一質點“重復”前一質點的振動形式，并且后一質點的振動“落后”于前一質點．
(2)就整個傳播振動的介質來說，呈現的現象是波動，而就構成傳播振動的介質的單個質點來說，所呈現的現象是振動．
(3)要畫另一時刻的波形圖，應先確定特殊點的位置，即此時刻在平衡位置或最大位移處的點，這些點的位置確定后，其他點可順勢找出．
【變式訓練1】　(多選)關于機械波，下列說法正確的是(　　)
A．各質點都在各自的平衡位置附近振動
B．相鄰質點間有相互作用力
C．前一質點的振動帶動相鄰的后一質點振動，后一質點的振動必定落后于前一質點
D．各質點隨波的傳播而遷移
知識點二　橫波和縱波
【知識梳理】
橫波和縱波
【重難突破】
1．橫波和縱波的比較
(1)質點的振動方向與波的傳播方向的關系不同：橫波中，質點的振動方向與波的傳播方向垂直；縱波中，質點的振動方向與波的傳播方向在同一條直線上．
(2)傳播介質不同：橫波只能在固體介質中傳播；縱波在固體、液體和氣體中均能傳播．
(3)特征不同：橫波中交替、間隔出現波峰和波谷；縱波中交替、間隔出現密部和疏部．
2．幾種常見的機械波
(1)繩波是橫波．
(2)聲波通常是縱波．
(3)水波是比較復雜的機械波，不能簡單地認為是橫波，但有時將水波理想化為橫波．
例2 關于橫波和縱波，下列說法正確的是(　　)
A．對于橫波和縱波，質點的振動方向和波的傳播方向有時相同，有時相反
B．對于縱波，質點的振動方向與波的傳播方向一定相同
C．波沿水平方向傳播，質點在豎直方向上下振動，這類波是橫波
D．形成縱波的質點，隨波一起遷移
【變式訓練2】　區分橫波和縱波是根據(　　)
A．是否沿水平方向傳播
B．質點的振動方向和波傳播的遠近
C．質點的振動方向和波的傳播方向之間的關系
D．質點振動的快慢
隨堂自主檢測
1．關于機械波的傳播，下列說法正確的是(　　)
A．機械波可在真空中傳播
B．機械波從一種介質傳入另一種介質，頻率不變
C．機械波的傳播方向與介質的振動方向一定沿同一直線
D．機械波的傳播方向與介質的振動方向一定垂直
2．(多選)下列有關橫波與縱波的說法正確的是(　　)
A．沿水平方向傳播的波為橫波
B．縱波可以在固態、液態、氣態介質中傳播
C．縱波和橫波不可以同時在同一介質中傳播
D．橫波只能在固體中傳播
3．在敲響古剎里的大鐘時，有的同學發現，停止對大鐘的撞擊后，大鐘仍“余音未絕”，其原因是(　　)
A．大鐘的回聲
B．大鐘在繼續振動，空氣中繼續形成聲波
C．人的聽覺發生“暫留”的緣故
D．大鐘雖停止振動，但空氣仍在振動
4．(多選)一列簡諧橫波沿繩子向右傳播，某時刻繩子形成如圖所示的形狀．對此時繩上A、B、C、D、E、F六個質點的說法正確的是(　　)
A．它們的振幅相同
B．質點D和質點F的速度方向相同
C．質點A和質點C的速度方向相同
D．從此時算起，質點B比質點C先回到平衡位置
溫馨提示：請完成課時素養評價15
第一節　機械波的產生和傳播
知識點一
情境導學
提示：手帕標記做上下振動，并沒有隨凸起狀態和凹落狀態在繩上從一端向另一端移動．
知識梳理
1．(1)傳播　(2)振動源　(3)媒介　媒介
2．(1)運動形式　(2)附近
重難突破
[例1]　解析：前一質點帶動后一質點，后一質點重復前一質點的振動，每個質點都做受迫振動，質點1帶動質點2是利用繩上質點間的彈力實現的，每個質點均做簡諧運動，由圖可知繩上的每一個質點開始振動時，方向都向上，A正確，C錯誤；每個質點開始運動后，只在豎直方向做簡諧運動，水平方向不隨波遷移，B錯誤；每個質點在平衡位置附近振動，速度變化，則動能變化，D錯誤．
答案：A
【變式訓練1】　解析：按“帶動、重復、落后”的原則可判知B、C正確；由波的實質可知，波傳播的只是振動這種運動形式，各介質質點并不隨波定向遷移，A正確，D錯誤．
答案：ABC
知識點二
知識梳理
垂直　同一直線
重難突破
[例2]　解析：橫波質點的振動方向與波的傳播方向相互垂直，縱波質點的振動方向與波的傳播方向有時相同有時相反，故A、B錯誤，C正確；介質中的質點都是在平衡位置附近做往復運動，不會隨波遷移，故D錯誤．
答案：C
【變式訓練2】　解析：橫波與縱波的區別是根據波的傳播方向與質點的振動方向之間的關系判斷的．如果兩者的方向在同一直線上，則該波就是縱波；如果兩者的方向相互垂直，則該波就是橫波，C正確．
答案：C
隨堂自主檢測
1．解析：機械波不能在真空中傳播，A錯誤；機械波從一種介質傳入另一種介質，頻率不變，B正確；縱波的傳播方向與介質的振動方向沿同一直線，橫波的傳播方向與介質的振動方向垂直，C、D錯誤．
答案：B
2．解析：質點的振動方向與波的傳播方向垂直的波叫橫波，A錯誤；縱波可在任何介質中傳播，B正確；橫波和縱波可在同一種介質中傳播，如地震波，C錯誤；橫波只能在固體中傳播，D正確．
答案：BD
3．解析：停止對大鐘的撞擊后，大鐘的振動不會立即停止，振動的能量不會立即消失，大鐘做一段時間的阻尼振動，因此還會在空氣中形成聲波，這就是余音未絕的原因，B正確．
答案：B
4．解析：波中各質點均做受迫振動，不考慮能量損耗，各質點的振幅相同，A正確；波傳播時，離波源遠的質點的振動落后于離波源近的質點的振動，并跟隨著近的質點振動，D跟隨C向上運動，F跟隨E向下運動，同理，A向下運動，C向上運動，B、C錯誤；由于此時B和C都向上運動，所以B比C先到達最大位移處，并先回到平衡位置，D正確．
答案：AD
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第一節　機械波的產生和傳播
學 習 目 標 思 維 導 圖
1.理解機械波的形成過程和產生條件．
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．
知識點一　機械波的產生和傳播
【情境導學】
如圖所示，手拿繩的一端，上下振動一次，使繩上形成一個凸起狀態，隨后形成一個凹落狀態，可以看到，這個凸起狀態和凹落狀態在繩上從一端向另一端移動．如果在繩子上某處系一手帕做標記，觀察手帕的運動有什么特點？手帕隨著凸起狀態和凹落狀態在繩上從一端向另一端移動嗎？
提示：手帕標記做上下振動，并沒有隨凸起狀態和凹落狀態在繩上從一端向另一端移動．
【知識梳理】
1．認識機械波
(1)機械波：機械振動在媒介中的________叫作機械波．
(2)波源：要產生機械波，必須有一個________，我們稱之為波源．
(3)介質：只有波源并不能產生機械波，還必須要有傳播機械振動的________．繩子、絲帶等用來傳播振動的________被稱為介質．
傳播
振動源
媒介
媒介
2．機械波的傳播
(1)機械波既傳播振動的________，同時也將波源的能量傳播出去．
(2)在波傳播的過程中，每個質點只是在平衡位置________做上下振動，并未形成沿機械波傳播方向的宏觀移動．
狀元隨筆　(1)各點開始起振的方向與振源相同．
(2)傳播過程中各質點的振動都是受迫振動，周期與振源相同．
運動形式
附近
【重難突破】
1．機械波的形成與傳播
2．波的特點
(1)振幅：像繩波這種一維(只在某個方向上傳播)機械波，若不計能量損失，各質點的振幅相同．
(2)周期(頻率)：各質點都在做受迫振動，所以各質點振動的周期(頻率)均與波源的振動周期(頻率)相同．
(3)步調：離波源越遠，質點振動越滯后．
(4)運動：各質點只在各自的平衡位置附近做往復振動，并不隨波遷移．各質點的起振方向都與波源開始振動的方向相同．
(5)實質：機械波既傳播振動的運動形式，又可以傳遞能量和信息．
例1 在一條軟繩上選18個等間距的質點，質點1在外力作用下首先向上做簡諧運動，其余質點在相互作用力的帶動下依次振動，從而形成簡諧波．由波的形成及圖可知，
下列說法中正確的是(　　)
A．質點1帶動質點2是利用繩上質點間的彈力實現的，每個質點均做簡諧運動
B．每個質點開始運動后，均在水平方向做勻速運動，在豎直方向做簡諧運動
C．繩上的不同質點開始振動時的方向是不同的
D.波沿繩方向勻速傳播，故每個質點的動能保持不變
答案：A
解析：前一質點帶動后一質點，后一質點重復前一質點的振動，每個質點都做受迫振動，質點1帶動質點2是利用繩上質點間的彈力實現的，每個質點均做簡諧運動，由圖可知繩上的每一個質點開始振動時，方向都向上，A正確，C錯誤；每個質點開始運動后，只在豎直方向做簡諧運動，水平方向不隨波遷移，B錯誤；每個質點在平衡位置附近振動，速度變化，則動能變化，D錯誤．
總結提能
機械波的形成和傳播特點
(1)機械波的形成過程及特點可以概括為“帶動、重復、落后”，即前一質點“帶動”后一質點振動，后一質點“重復”前一質點的振動形式，并且后一質點的振動“落后”于前一質點．
(2)就整個傳播振動的介質來說，呈現的現象是波動，而就構成傳播振動的介質的單個質點來說，所呈現的現象是振動．
(3)要畫另一時刻的波形圖，應先確定特殊點的位置，即此時刻在平衡位置或最大位移處的點，這些點的位置確定后，其他點可順勢找出．
【變式訓練1】　(多選)關于機械波，下列說法正確的是(　　)
A．各質點都在各自的平衡位置附近振動
B．相鄰質點間有相互作用力
C．前一質點的振動帶動相鄰的后一質點振動，后一質點的振動必定落后于前一質點
D．各質點隨波的傳播而遷移
答案：ABC
解析：按“帶動、重復、落后”的原則可判知B、C正確；由波的實質可知，波傳播的只是振動這種運動形式，各介質質點并不隨波定向遷移，A正確，D錯誤．
知識點二　橫波和縱波
【知識梳理】
橫波和縱波
垂直
同一直線
【重難突破】
1．橫波和縱波的比較
(1)質點的振動方向與波的傳播方向的關系不同：橫波中，質點的振動方向與波的傳播方向垂直；縱波中，質點的振動方向與波的傳播方向在同一條直線上．
(2)傳播介質不同：橫波只能在固體介質中傳播；縱波在固體、液體和氣體中均能傳播．
(3)特征不同：橫波中交替、間隔出現波峰和波谷；縱波中交替、間隔出現密部和疏部．
2．幾種常見的機械波
(1)繩波是橫波．
(2)聲波通常是縱波．
(3)水波是比較復雜的機械波，不能簡單地認為是橫波，但有時將水波理想化為橫波．
例2 關于橫波和縱波，下列說法正確的是(　　)
A．對于橫波和縱波，質點的振動方向和波的傳播方向有時相同，有時相反
B．對于縱波，質點的振動方向與波的傳播方向一定相同
C．波沿水平方向傳播，質點在豎直方向上下振動，這類波是橫波
D．形成縱波的質點，隨波一起遷移
答案：C
解析：橫波質點的振動方向與波的傳播方向相互垂直，縱波質點的振動方向與波的傳播方向有時相同有時相反，故A、B錯誤，C正確；介質中的質點都是在平衡位置附近做往復運動，不會隨波遷移，故D錯誤．
【變式訓練2】　區分橫波和縱波是根據(　　)
A．是否沿水平方向傳播
B．質點的振動方向和波傳播的遠近
C．質點的振動方向和波的傳播方向之間的關系
D．質點振動的快慢
答案：C
解析：橫波與縱波的區別是根據波的傳播方向與質點的振動方向之間的關系判斷的．如果兩者的方向在同一直線上，則該波就是縱波；如果兩者的方向相互垂直，則該波就是橫波，C正確．
1．關于機械波的傳播，下列說法正確的是(　　)
A．機械波可在真空中傳播
B．機械波從一種介質傳入另一種介質，頻率不變
C．機械波的傳播方向與介質的振動方向一定沿同一直線
D．機械波的傳播方向與介質的振動方向一定垂直
答案：B
解析：機械波不能在真空中傳播，A錯誤；機械波從一種介質傳入另一種介質，頻率不變，B正確；縱波的傳播方向與介質的振動方向沿同一直線，橫波的傳播方向與介質的振動方向垂直，C、D錯誤．
2．(多選)下列有關橫波與縱波的說法正確的是(　　)
A．沿水平方向傳播的波為橫波
B．縱波可以在固態、液態、氣態介質中傳播
C．縱波和橫波不可以同時在同一介質中傳播
D．橫波只能在固體中傳播
答案：BD
解析：質點的振動方向與波的傳播方向垂直的波叫橫波，A錯誤；縱波可在任何介質中傳播，B正確；橫波和縱波可在同一種介質中傳播，如地震波，C錯誤；橫波只能在固體中傳播，D正確．
3．在敲響古剎里的大鐘時，有的同學發現，停止對大鐘的撞擊后，大鐘仍“余音未絕”，其原因是(　　)
A．大鐘的回聲
B．大鐘在繼續振動，空氣中繼續形成聲波
C．人的聽覺發生“暫留”的緣故
D．大鐘雖停止振動，但空氣仍在振動
答案：B
解析：停止對大鐘的撞擊后，大鐘的振動不會立即停止，振動的能量不會立即消失，大鐘做一段時間的阻尼振動，因此還會在空氣中形成聲波，這就是余音未絕的原因，B正確．
4．(多選)一列簡諧橫波沿繩子向右傳播，某時刻繩子形成如圖所示的形狀．對此時繩上A、B、C、D、E、F六個質點的說法正確的是(　　)
A．它們的振幅相同
B．質點D和質點F的速度方向相同
C．質點A和質點C的速度方向相同
D．從此時算起，質點B比質點C先回到平衡位置
答案：AD
解析：波中各質點均做受迫振動，不考慮能量損耗，各質點的振幅相同，A正確；波傳播時，離波源遠的質點的振動落后于離波源近的質點的振動，并跟隨著近的質點振動，D跟隨C向上運動，F跟隨E向下運動，同理，A向下運動，C向上運動，B、C錯誤；由于此時B和C都向上運動，所以B比C先到達最大位移處，并先回到平衡位置，D正確．
1．(多選)關于機械波的形成，下列說法正確的是(　　)
A．物體做機械振動，一定產生機械波
B．后振動的質點總是跟著先振動的質點重復振動，只是時間落后一步
C．參與振動的質點均有相同的頻率
D．機械波是介質隨波的遷移，也是振動能量的傳遞
答案：BC
解析：機械波的形成必須具備的兩個條件是振源和介質，若物體做機械振動，而其周圍沒有傳播這種振動的介質，遠處介質的質點不可能振動起來形成機械波，A錯誤；任何一個振動的質點都是一個波源，帶動它周圍的質點振動，將振動傳播開來，所以后一質點總是落后于前一質點，但振動頻率相同，B、C正確；形成機械波的各振動質點只在平衡位置附近往復運動，并沒有隨波遷移，離波源遠的質點振動的能量是通過各質點的傳遞從波源獲得的，D錯誤．
2.振源A帶動細繩上各點上下做簡諧運動，t＝0時刻繩上形成的波形如圖所示．規定繩上質點向上運動的方向為x軸的正方向，則P點的振動圖像是(　　)
答案：B
解析：由“帶動法”可知此時P點從平衡位置開始向下運動，B正確．
3．關于介質中質點的振動方向和波的傳播方向，下列說法中正確的是(　　)
A．在橫波中二者方向有時相同
B．在橫波中二者方向一定相同
C．在縱波中二者方向有時相同
D．在縱波中二者方向一定不同
答案：C
解析：在橫波中質點振動方向和波的傳播方向相互垂直，所以二者方向一定不同，A、B錯誤；在縱波中二者方向在同一直線上，既可以相同，也可以相反，C正確，D錯誤．
4.(多選)一列橫波某時刻的波形如圖所示，則關于質點A的回復力，下列說法正確的是(　　)
A．如果波向右傳播，則質點A受到向上的作用力
B．如果波向右傳播，則質點A受到向下的作用力
C．如果波向左傳播，則質點A受到向上的作用力
D．如果波向左傳播，則質點A受到向下的作用力
答案：BD
解析：無論波向左傳播還是向右傳播，回復力始終指向平衡位置，質點A的回復力方向向下，B、D正確．
5.如圖所示，為波沿著一條固定的繩子向右剛傳播到B點的波形，由圖可判斷出A點剛開始的振動方向是(　　)
A．向下　　 B．向上
C．向左　　 D．向右
答案：B
解析：圖示時刻B振動方向向上，則A點剛開始的振動方向向上， B正確，A錯誤；繩子上向右傳播的橫波，質點的振動方向與傳播方向垂直，不可能沿水平方向，C、D均錯誤．
答案：ACD
7．(多選)把鬧鐘放在密閉的玻璃罩內，在玻璃罩外仍然可以聽到鬧鐘的鈴聲．但如果將玻璃罩內的空氣用抽氣機抽出去，就聽不到鬧鐘的鈴聲．這說明(　　)
A．聲波是縱波
B．抽去玻璃罩內的空氣后，鬧鐘不再振鈴了
C．氣體和固體都能傳播聲音
D．聲波不能在真空中傳播
答案：CD
解析：根據題中敘述的現象，無法說明聲波是縱波，A錯誤；抽去玻璃罩內的空氣，不會使鬧鐘停止振鈴，B錯誤；抽去玻璃罩內的空氣前，在玻璃罩外仍然可以聽到鬧鐘的鈴聲，說明玻璃罩和空氣都能傳播聲音，C正確；抽去玻璃罩內的空氣后，就聽不到鬧鐘的鈴聲，說明聲波不能在真空中傳播，D正確．
8.(多選)如圖所示是做簡諧運動繩子的一段，繩中有沿繩向右傳播的一列機械波，則對于該時刻，下列說法中正確的是(　　)
A．圖中第3點的速度方向向下
B．除第1點外，加速度最大的點是第5點
C．只有第3、7點的振動頻率不同，其他點的振動頻率都相同
D．各個點振動的周期都與波源振動的周期一樣
答案：ABD
解析：由于繩波是橫波且向右傳播，介質中左邊的質點帶動右邊的質點振動，故2、3、4質點向下振動，6、7質點向上振動，如題圖時刻3、7兩質點在平衡位置，速度最大，1、5兩質點在最大位移處，加速度最大，A、B正確；各質點的振動周期(或頻率)由波源決定，并且是相等的，C錯誤，D正確．
9.一列簡諧機械橫波某時刻的波形圖如圖所示，波源的平衡位置坐標為x＝0.當波源質點處于其平衡位置上方且向上運動時，介質中平衡位置坐標x＝2 m的質點所處位置及運動情況是(　　)
A．在其平衡位置下方且向上運動
B．在其平衡位置下方且向下運動
C．在其平衡位置上方且向上運動
D．在其平衡位置上方且向下運動
答案：B
解析：由波的圖像可知，x＝0與x＝2 m的質點差半個周期，故振動步調總相反，即位移總是大小相等，方向相反，速度也是大小相等，方向相反．所以當波源質點處于其平衡位置上方且向上運動時，介質中平衡位置坐標x＝2 m的質點在其平衡位置下方且向下運動，B正確．
答案：AD
11．(12分)某地區地震波中的橫波和縱波傳播速率分別約為4 km/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(如圖所示)．在一次地震中，震源在地震儀下方，觀察到兩振子相差5 s開始振動，則：
(1)觀測中心首先觀察到的是上下振動還是左右振動？
答案：上下振動
解析：由于縱波傳播得快，故地震發生時縱波先到達觀察中心，即先覺察到的是上下振動．
(2)震源到該地震觀測中心的距離為多少？
答案：36 km
12．(12分)如圖所示是振源O振動形成的機械波沿水平繩傳播到質點P時，在繩上形成的波形圖．試問：
(1)振源O剛開始向什么方向振動？你是如何判斷的？
(2)在繩上傳播的波是橫波還是縱波？為什么？
答案：向下振動，據“同側法”可知，P點振動方向向下，由于各質點的起振方向均與波源相同，可知振源O剛開始向下振動．
答案：橫波，因為繩上各質點的振動方向與波的傳播方向垂直．

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