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第十二章机械波1波的形成和传播记一记波的形成和传播知识体系1个条件——波的形成条件：波源和介质2种分类——横波和纵波3个实质——机械波传播的是振动形式、能量、信息辨一辨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．(×)4．机械波传播的是能量和振动形式，机械波不能在真空中传播．(√)5．横波在固体、液体、气体中都能传播，纵波只能在气体中传播．(×)6．质点沿水平方向振动，波沿水平方向传播，这样的波一定是横波．(×)想一想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．3．如图是地震后场景．当地震发生时，地震波在地球内部和地表传播，有时使人感到左右摇晃，有时使人感到上下颠簸，由此可见地震波是什么波？提示：震源往往在地下某个深度的地方，地震发生时，人感到上下颠簸是因为有纵波，感到左右摇晃是因为有横波．所以，地震波既含有纵波成分又含有横波成分．4．登上月球的宇航员可以通过声音直接交流吗？提示：不可以．因为月球上是真空的，没有传声介质，所以不能通过声音直接交流．思考感悟：练一练1.(多选)关于振动和波的关系，下列说法中正确的是()A．振动是波的成因，波是振动的传播B．振动是单个质点呈现的运动现象，波是许多质点联合起来呈现的运动现象C．波的传播速度就是质点振动的速度D．波源停止振动时，波立即停止传播解析：机械波的产生条件是有波源和介质．由于介质中的质点之间相互作用，一个质点的振动带动相邻质点的振动由近及远传播而形成波，A、B两项正确；波的传播速度是波形由波源向外伸展的速度，而质点振动的速度和方向都随时间周期性地发生变化，C项错误；波源一旦将振动传给了介质，振动就会在介质中向远处传播；当波源停止振动时，介质仍然继续传播波源振动的运动形式，不会随波源停止振动而立即停止传播，D项错误．答案：AB2．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()A．大钟的回声B．大钟在继续振动，空气中继续形成声波C．人的听觉发生“暂留”D．大钟虽停止振动，但空气仍在振动解析：停止对大钟的撞击后，大钟的振动不会立即停止，振动的能量不会立即消失，大钟做一段时间的阻尼振动，因此还会在空气中形成声波，这就是余音未绝的原因，故B项正确．答案：B3．图中所示为一简谐横波在某一时刻的波形图，已知此时质点A正向上运动，如图中箭头所示，由此可判定此横波() A．向右传播，且此时质点B正向上运动B．向右传播，且此时质点C正向下运动C．向左传播，且此时质点D正向上运动D．向左传播，且此时质点E正向下运动解析：先根据A点向上运动可判定波向左传播，后一质点总是落后于前一质点的振动，然后依同一原则可判定D点向上运动，C项正确．答案：C4．(多选)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，A项正确．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，B项错误；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，C 项错误；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，D 项正确．答案：AD要点一 机械波的形成和传播1．(多选)如图所示，沿水平方向的介质中的部分质点，每相邻两质点的距离相等，其中O 为波源，设波源的振动周期为T ，从波源通过平衡位置竖直向下振动开始计时，经T 4质点1开始振动，则下列说法中正确的是( )A ．介质中所有质点的起振方向都是竖直向下的，但图中质点9起振最晚B ．图中所画出的质点起振时间都是相同的，起振的位置和起振的方向是不同的C ．图中质点8的振动完全重复质点7的振动，只是质点8振动时通过平衡位置或最大位移处的时间总是比质点7通过相同的位置时落后T 4D ．只要图中所有质点都已振动了，质点1与质点9的振动步调就完全一致，如果质点1发生的是第100次振动，则质点9发生的就是第98次振动解析：从题图可知，质点9是图中距波源最远的点，尽管与波源起振方向相同，但起振时刻最晚，故A 项正确，B 项错误；质点7与质点8比较，质点7在质点8的前面，两质点的振动步调相差T 4，故C 项正确；质点9比质点1晚2T 开始起振，一旦质点9起振后，质点1、9的振动步调就完全一致，故D 项正确．答案：ACD2．(多选)关于机械波，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的后一质点的振动，后一质点的振动必定落后于前一质点的振动D．各质点随波的传播而迁移解析：波在传播过程中，由于介质中各质点之间的相互作用，离波源较近的质点带动离波源较远的质点振动，每一质点都以它的平衡位置为中心振动，波传播的只是振动形式和振动能量，介质中的质点并不随波迁移．答案：ABC3．振源A带动细绳上各点上下做简谐运动，t＝0时刻绳上形成的波形如图所示．规定绳上质点向上运动的方向为x轴的正方向，则P点的振动图象是()解析：由“带动法”可知此时P点从平衡位置开始向下运动，B项正确．答案：B4．在一平静的湖面上漂浮着一轻木块，向湖中投入一石块，在湖面上激起水波，关于木块的运动情况．以下说法正确的是()A．因为“随波逐流”，木块将被推至远处B．因不知道木块离波源的远近如何，所以无法确定木块的运动情况C．无论木块离波源的远近如何，它都不能被波推动，最多只能在湖面上做上下振动D．木块被推动的距离与木块的质量大小和所受水的阻力的大小等情况有关解析：波传播的是振动这种形式，各质点在各自平衡位置附近运动，并不随波迁移，故A、B、D三项错误，C项正确．答案：C5．如图所示，是某绳波形成过程的示意图．质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，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＝T4时，1到达最上方，5开始向上运动．问：(1)t＝T2时，质点8、12、16的运动状态(是否运动、运动方向)如何？(2)t＝3T4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：(1)由甲图可知，t＝T2时，质点8未达到波峰，正在向上振动，质点12、16未振动．(2)由乙图可知，t＝3T4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：见解析要点二横波和纵波6.下列关于横波的说法中，正确的是()A．横波中，质点的振动方向一定与波的传播方向垂直B．横波中，质点的振动方向也可能与波的传播方向在同一直线上C．横波中，波水平向右传播，各个质点一定上下振动D．能形成波峰、波谷的波是横波解析：横波的传播方向与质点的振动方向垂直，但水平传播的横波，质点不一定就上、下振动，A项正确，B、C两项错误；有波峰和波谷，但波的传播方向不一定与质点的振动方向垂直，即不一定就是横波，如水波，D项错误．答案：A7．下列关于纵波的说法中，正确的是()A．在纵波中，波的传播方向就是波中质点的移动方向B．纵波中质点的振动方向一定与波的传播方向在一条直线上C．纵波中质点的振动方向一定与波的传播方向垂直D．纵波也有波峰和波谷解析：纵波中质点的振动方向与波的传播方向虽然在一条直线上，但质点的振动方向与波的传播方向可能相同，也可能相反．在波动中，横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部，故B项正确．答案：B8．有关纵波与横波，下列说法中正确的是()A．对于纵波，质点的振动方向与波的传播方向一定相同B．对于横波，质点振动方向与波的传播方向垂直C．纵波的质点可以随波迁移，而横波的质点不能D．横波只能在固体中传播，纵波只能在液体、气体中传播解析：纵波质点振动方向与传播方向在一条直线上，方向并不一定相同，故A项错误；横波质点振动方向与波的传播方向垂直，B项正确；机械波的质点只是在其平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移，无论横波和纵波都是这样，故C项错误；横波只能在固体中传播，纵波可在固体、液体和气体中传播，故D项错误．答案：B基础达标1.(多选)关于机械波和机械振动，下列说法中正确的是()A．机械振动就是机械波，机械波就是机械振动B．有机械波，则一定有机械振动C．机械波就是质点在介质中的运动路径D．在波传播方向上各个质点都有相同的振动频率和振幅解析：机械振动在介质中传播，形成了机械波，A项错误；波的形成有两个条件，一是要有波源，二是要有介质，所以，有机械波一定有机械振动，B项正确；在波的形成和传播过程中，各质点不随波迁移，C项错误；离波源较远的质点依靠前面质点的带动，所以频率、振幅相同，D项正确．答案：BD2．(多选)关于机械波的说法正确的是()A．相邻的质点要相互做功B．机械波在真空中也能传播C．波源开始时怎样振动，其他质点开始时就怎样振动D．除波源外，波中各质点都做受迫振动解析：机械波是由于介质中前面的质点带动后面的质点，使波源的振动形式与波源的能量向远处传播而形成的，前、后质点间存在相互作用力，因而相互做功，故A项正确；机械波的传播必须有介质，在真空中不能传播，故B项错误；波源依次带动后面的质点，每个质点都做受迫振动，每个质点的振动频率都与波源频率相同，并且都“仿照”波源振动，故C、D两项正确．答案：ACD3．关于横波和纵波，下列说法正确的是()A．振源上下振动形成的波是横波B．振源水平振动形成的波是纵波C．波沿水平方向传播，质点上下振动，这类波是横波D．质点沿水平方向振动，波沿水平方向传播，这类波是纵波解析：根据横波和纵波的概念，质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波叫做横波，质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波叫做纵波，并不是上下振动与水平振动的问题，故A、B两项错误，C项正确；质点沿水平方向振动，波沿水平方向传播，并不能说明是沿同一直线，故D项错误．答案：C4．(多选)机械波按质点振动方向与波传播方向的关系可分为横波和纵波．关于介质中质点的振动方向和波的传播方向，下列说法正确的是()A．在横波中二者方向有时相同B．在横波中二者方向一定不同C．在纵波中二者方向有时相同D．在纵波中二者方向一定不同解析：在横波中质点振动方向和波的传播方向相互垂直，所以二者方向一定不同，故A项错误、B项正确；在纵波中二者方向在同一直线上，既可以相同，也可以相反，故C项正确、D项错误．答案：BC5．(多选)把闹钟放在密闭的玻璃罩内，在玻璃罩外仍然可以听到闹钟的铃声．但如果将玻璃罩内的空气用抽气机全部抽出去，就听不到闹钟的铃声．这说明()A．声波是纵波B．抽去玻璃罩内的空气后，闹钟不再响铃了C．气体和固体都能传播声音D．声波不能在真空中传播解析：根据题中叙述的现象，无法说明声波是纵波，A项错误；抽去玻璃罩内的空气，不会使闹钟停止响铃，B项错误；抽去玻璃罩内的空气前，在玻璃罩外仍然可以听到闹钟的铃声，说明玻璃罩和空气都能传播声音，C项正确；抽去玻璃罩内的空气后，就听不到闹钟的铃声，说明声波不能在真空中传播，D项正确．答案：CD6．关于振动和波的关系，下列说法正确的是()A．如果波源停止振动，在介质中传播的波也立即停止B．发声体在振动时，一定会产生声波C．波动的过程是介质质点由近及远的传播过程D．波动的过程是质点的振动形式及能量由近及远的传播过程解析：波源停止振动，介质中的质点仍然在振动，所以波仍继续传播，A项错误；产生波的条件必须有介质，B项错误；在振动过程中质点不随波的传播而迁移，只是向外传播信息和能量，C项错误，D项正确．答案：D7．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，则()A．P先开始振动，震源距地震仪约36 kmB．P先开始振动，震源距地震仪约25 kmC．H先开始振动，震源距地震仪约36 kmD．H先开始振动，震源距地震仪约25 km解析：横波的传播速率小于纵波的传播速率，所以P先开始振动．由x9 km/s＋5 s＝x4 km/s，可得x＝36 km，则A项正确，B、C、D三项错误．答案：A8．一列简谐横波沿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轴正方向传播B．质点C此时向y轴正方向运动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，A项错误；质点C此时刚到达最大位移处，速度为0，此后向y轴负方向运动，B项错误；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，C项正确；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，D项错误．答案：C9．一列波在介质中向某一方向传播，图为此波在某一时刻的波形图，并且此时振动还只发生在M、N之间，已知此波的周期为T，Q质点速度方向在波形图中是向下的，下面说法中正确的是()A．波源是M，由波源起振开始计时，P质点已经振动时间TB．波源是N，由波源起振开始计时，P质点已经振动时间3T 4C．波源是N，由波源起振开始计时，P质点已经振动时间T 4D．波源是M，由波源起振开始计时，P质点已经振动时间T 4解析：由于此时Q质点向下振动，且Q质点右方邻近质点在Q质点下方，则波向左传播，N是波源．经过一个周期，振动从N点传播到M点，又因从波源N起振开始计时，需经34T，P质点才开始振动，故P质点已振动了T4，C项正确．答案：C10．(多选)一振动周期为T，振幅为A，位于x＝0点的波源从平衡位置沿y轴正方向开始做简谐运动．该波源产生的一维简谐横波沿x轴正方向传播，波速为v，传播过程中无能量损失，一段时间后，该振动传播至某质点P，关于质点P振动的说法正确的是()A．振幅一定为AB．周期一定为TC．速度的最大值一定为vD．开始振动的方向沿y轴向上或向下取决于它离波源的距离解析：机械波将波源的振动形式和能量向外传递，对简谐波而言，介质中各振动质点的振幅和周期都与波源的相同，A、B两项正确；质点P的振动速度不是波的传播速度v，C项错误；质点P开始振动的方向与波源开始振动的方向相同，与它们之间的距离无关，D项错误．答案：AB能力达标11.在平静的湖面上漂着一块小木条，现向湖中央扔一石子，圆形波纹一圈圈的向外传播，当波传播到小木条处时，小木条将()A．随波纹漂向湖岸B．不动C．向波源处漂动D．在原来位置上下振动解析：介质中有机械波传播时，介质本身并不随波一起传播，介质质点只在自己的平衡位置附近振动，向外传播的只是振动形式和能量，生活中的水面上的一些漂浮物会沿波向外移动，是因为外界另外一些因素的干扰，如风的吹动等，故D项正确．答案：D12．(多选)一列简谐波在某时刻的波形如图所示，a、b、c、d 为介质中的四个质点，a在波峰，d在波谷，c在平衡位置，b的位移大小等于振幅的一半．四个质点的加速度大小分别为a a、a b、a c、a d，它们的速度大小分别为v a、v b、v c、v d，则()A．a c<a b<a a＝a dB．a c>a b>a a＝a d＝0C．v a＝v d>v b>v cD．v a＝v d<v b<v c解析：由简谐运动规律可知，质点受到的回复力的大小与位移的大小成正比，因而加速度的大小与位移的大小成正比，所以这四个质点的加速度大小关系为a c<a b<a a＝a d，A项正确；而质点越靠近平衡位置速度越大，四点的速度大小关系为v a＝v d<v b<v c，D项正确．答案：AD13．AB为一弹性绳．设法在绳上传播一个脉冲波，如图所示，当波从A向B传播时，绳上质点开始起振的速度方向是________，若波从B向A传播，绳上质点开始起振时，质点振动的速度方向是________．解析：根据波的形成过程，前质点依次带动后质点并依次落后，且都重复振源的振动，当由A向B传播，B刚开始振动时，B 左侧的相邻质点比B先振动；并且位置在B的下方，所以B应该向下振，当从B向A传播，质点刚开始振动时，速度方向向上．答案：向下向上14．已知某次地震中纵波与横波的传播速度分别为9.1 km/s和3.7 km/s.某地震观测中心记录到两种波到达的时间差为7.8 s ，若机械波在地面内是匀速传播的，且传播的速度v 、传播的距离s和传播距离s 所用的时间t 满足v ＝s t .请你通过分析计算来完成下面问题：(1)求地震中心到此地震观测中心的距离；(2)请你分析在观测中心的工作人员当时所感觉到的地面振动方向．(设震源在地震观测中心正下方，工作人员对地面振动方向的感觉用“上下振动”“左右晃动”来说明)．解析：(1)设地震中心到观测中心的距离为x ，则有x v 1－x v 2＝t ，代入数据解得x ≈48.6 km.(2)由于纵波传播得快，故地震发生时纵波最先到达观测中心，因此在那里的人们先是感到地面上下振动，当横波到达后，又增加了左右晃动的感觉．答案：(1)48.6 km(2)先是上下振动，随后又增加了左右晃动。
机械波一．知识结构二．基础回顾12.1 波的形成和传播手拿绳的一端，上下摆动一次，使绳上形成一个凸起状态，随后形成一个凹落状态，可以看到，这个凸起状态和凹落状态在绳上从一端向另一端移动．手继续上下摆动，在绳上就形成一列波．一、波的形成和传播：1、波的形成和传播：（1）波源振动带动与它相邻的指点发生振动，并依次带动离波源更远的指点振动，只是后一质点的振动比前一质点的振动迟一些。
于是，波源的振动逐渐传播出去。
（2）形成条件：波源和介质。
2、理解：（1）波的传播过程可以表述为离波源近的质点依次带动离波源远的质点振动，或表述为离波源较远的质点依次重复离波源近的质点的振动，但起振时间上依次落后，即离波源越远的质点起振越晚。
（2）波源通过质点间的弹力作用带动周围质点振动，故波的传播必须有弹性介质存在。
（3）波在振动过程中，每个质点在围绕着自己的平衡位置做往复振动，但是质点并不随波移动，故波传播的是振动形式，传递了能量和信息。
二、横波和纵波：1、波的分类：从质点的振动方向和波的传播方向之间关系来看，机械波有两种基本类型：横波和纵波。
2、横波：（1）定义：质点的振动方向与波的振动方向互相垂直的波，叫做横波，例如绳波。
（2）理解：在横波中，凸起的最高处叫做波峰，凹下的最低处叫做波谷，横波是以波峰和波谷这个形式将机械振动传播出去，这种波在传播过程时呈现凹凸相间的波形。
横波是物体的形状发生了变化而产生弹力作用所致，故纯粹的横波只能通过固体传播。
3、纵波：（1）定义：质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波，叫做纵波。
（2）理解：在纵波中，质点分布最密集的位置叫做密部，质点分布最稀疏的位置叫做疏部。
纵波在传播过程中呈现疏密相间的波形。
纵波可以在气态、液态、固态三种状态的物质中传播。
三、机械波：1、介质：波借以传播的物质，称为介质。
2、机械波：（1）形成：机械振动在介质中的传播，形成了机械波。
（2）理解：①波在传播的过程中传播的是振动这种形式，介质的质点并不随波迁移。
