机械波知识点与练习.doc

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第一节 波的形成和传播

学习目标：

1.理解波的形成和传播．

2.知道横波和纵波，理解波峰和波谷、密部和疏部．

3.知道机械波，理解机械波传播形式．

重点难点：

1.认识波的形成和波的传播特点．

2．准确理解质点振动和波的传播的关系．

易错问题：

不能正确理解质点的振动与波的传播关系及区别．

基础知识梳理

一、波的形成和传播

1．波的形成过程

（1）波各部分看成由许多_____组成，各部分之间存在着相互作用的______．

（2）沿波的传播方向，后一个质点开始振动总比前一个质点迟一些，这样质点就依次被____．

2．振动的______逐渐传播开去形成波．

二、横波和纵波

1．横波：

质点的振动方向跟波的传播方向相互____的波，叫做横波．

（1）波峰：

在横波中，凸起的最高处叫做波峰．

（2）波谷：

在横波中，凹下的最低处叫做波谷．

2．纵波：

质点的振动方向跟波的传播方向______________的波，叫做纵波．

（1）密部：

在纵波中，____________________叫做密部．

（2）疏部：

在纵波中，____________________叫做疏部．

三、机械波

1．介质：

能传播波的物质叫做介质．

2．机械波：

________在介质中传播形成了机械波．

3．产生机械波的条件：

同时存在____和____．

说明：

有振动不一定存在波，但有波一定存在振动．

4．机械波传播的只是振动的运动形式，介质中的各质点并不随波迁移．

5．波是传递_______的一种方式，而且可以传递_______．

核心要点突破

一、机械波的形成与特点

1．机械波的形成

（1）实质：

介质质点间存在相互作用力，介质中前面的质点带动后面的质点振动．

（2）质点间的作用：

相邻的质点相互做功，同时将振动形式与波源能量向外传播．

（3）介质质点的振动：

从波源开始，每一个质点都由前面的质点带动做受迫振动．

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）各质点只在各自的平衡位置振动，并不随波逐流．

（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．

二、对横波和纵波的理解

　横波只能在固体中传播，而纵波可以在固、液、气三种状态的物质中传播．

1．横波是物体的形状发生了变化而产生弹力作用所致，由于只有固体才有固定的形状，也只有发生形变时才产生弹力，所以只有在弹性固体里才能产生横波．

2．产生纵波时，物体的各部分经常在压缩和拉长，也就是说经常在改变自己的体积，在体积改变时，固体内固然要产生弹力，液体和气体也要产生弹力，所以纵波在这三种状态的介质中都能传播．

3．纵波和横波可同时存在于同一种介质中，如地震波，既有横波，又有纵波，横波和纵波同时在地壳中传播．

特别提醒

1．绳波和声波分别是典型的横波和纵波，水波是比较复杂的机械波，不是横波．

2．在纵波中各质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上，而不是方向相同．　

三、振动与波动的关系

振　动

波　动

运动现象

振动是单个质点所表现出的周而复始的运动现象

波动是质点群联合起来表现出的周而复始的运动现象

运动成因

质点由于某种原因离开平衡位置，同时受到指向平衡位置的力——回复力的作用

介质中质点受到相邻质点的驱动而随着运动，并将振动形式由近及远传播出去，各质点间存在相互作用的弹力

振　动

波　动

能量变化

振动系统的动能与势能相互转化，动能最大时势能最小，势能最大时动能为零，总的机械能守恒

振源将机械能传递给它相邻的质点，这个质点再将能量传递给下一个质点，当波源停止振动时，各个质点的振动也会相继停下来

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）波动的周期等于质点振动的周期

类型一

波的形成和传播

例1关于机械波的形成，下列说法中正确的是（　　）

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，只是时间落后一步

C．参与振动的质点都有相同的频率

D．机械波是介质随波迁移，也是振动能量的传递

变式1

1．（2010年西安高二检测）关于机械振动和机械波下列叙述不正确的是（　　）

A．有机械振动必有机械波

B．有机械波必有机械振动

C．在波的传播中，振动质点并不随波的传播发生迁移

D．在波的传播中，如果振源停止振动，波的传播并不会立即停止

类型二横波和纵波的区别

例题2关于横波和纵波，下列说法正确的是（　　）

A．质点的振动方向和波的传播方向垂直的波叫横波

B．质点振动方向跟波的传播方向在同一直线上的波叫纵波

C．横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部

D．地震波是横波，声波是纵波

变式2

2．下列有关横波和纵波的说法，正确的是（　　）

A．振源上下振动所形成的波是横波

B．振源水平振动所形成的波是纵波

C．波沿水平方向传播，质点沿竖直方向振动，这类波是横波

D．横波的质点不随波迁移，但纵波的质点将随波迁移

类型三振动与波动的关系

例题3

（2009年高考全国卷Ⅱ）下列关于简谐运动和简谐波的说法，正确的是（　　）

A．介质中质点振动的周期一定和相应的波的周期相等

B．介质中质点振动的速度一定和相应的波的波速相等

C．波的传播方向一定和介质中质点振动的方向一致

D．横波的波峰与波谷在振动方向上的距离一定是质点振幅的两倍

变式3

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

第二节横波的图像

一、波的图象

1.用横坐标表示在波传播方向上各质点的平衡位置

2.用纵坐标表示某时刻各质点偏离平衡位置的位移

波的图象有时也称波形图．简称波形

（1）如果波的图象是正弦曲线，这样的波叫做正弦波，也叫简谐波

（2）介质中有正弦波传播时，介质的质点在做简谐振动

（3）简谐波是一种最基本、最简单的波.

二、波的图象的物理意义

1、波的图象的物理意义：

反映介质中各个质点某一时刻偏离平衡位置的位移

由波的图象的画法可以知道：

对横波而言图象反映了某时刻介质中各个质点在空间的实际分布情况。

2、振动图象的物理意义：

反映某个质点不同时刻偏离平衡位置的位移

由振动图象的画法可以知道：

图象上的点并不表示做简谐运动的质点在空间的实际位置。

三、波的图象的应用

（一）

题型之一：

波的传播方向、质点的振动方向以及波形图三者知其二，而求其一。

题型之二：

求波在任意时刻的波形图

练习一：

如图所示为一列向右传播的简谐波在某时刻的波形图

试求出波形图上A、B、C、D四个质点的振动方向

练习二：

如图所示为一列简谐波在某时刻的波形图，已知图形上某点的振动方向如图所示。

试求这列波的传播方向

如果这个质点的振动方向向上，则波的传播方向又如何？

如果已知这个质点做减速运动，则波的传播方向又如何？

练习三：

如图所示为一列向右传播的简谐波在某时刻的波形图,试画出再经过T/4、3T/4和5T/4时的波形图

练习四

如图所示为一列简谐波在某时刻的波形图，已知图形上某点的振动方向如图所示。

试画出再经过T/4、3T/4和5T/4时的波形图

第三节波长频率波速

定义：

在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离，叫做波长

说明：

1.振动情况完全相同的两个质点位移总相等（大小、方向）

2.每经过一个波长的距离，出现一个振动情况完全相同的质点，因此波长描述了波传播过程中的空间上的周期性（重复性）。

3.相距λ的整数倍的两个质点振动步调总是一致

4.相距λ/2的奇数倍的两个质点振动步调总是相反

5.在横波中，两个相邻的波峰（或波谷）之间的距离等于波长；在纵波中，两个相邻的密部（或疏部）之间的距离等于波长．

例题1

抖动绳子的一端，产生如图所示的横波，则绳上的横波的波长为 （　　）

A．120cm　　　 B．80cm　　　

C．40cm　　　 D．20cm

二、周期和频率

（1）波的频率（或周期）就是波源的频率（或周期），也就是各质点的频率（或周期）．

（2）波的频率（或周期）由波源所决定，与介质无关．

（3）波的频率（或周期）是描述波的“时间周期性”的物理量．

机械波在介质中传播具有空间和时间上的周期性．当波源完成一次全振动时，波就完成一次周期性变化，所以波源振动周期与波传播的周期相同，也即是波的频率与波源振动频率相等．故波的频率由波源决定，与介质无关.

三、波速

波速是表示振动在介质中传播快慢的物理量，它等于单位时间内振动向外传播的距离，即v＝.

（2）波速的典型表示：

由于在一个周期内波传播的距离等于波长，所以波在均匀介质中匀速传播，那么v＝＝λf，此公式不但适合机械波，其他的波仍适用．

（3）波速的决定因素：

对于波长λ、频率f、波速v这三个物理量，当波由一种介质进入另一种介质时，只有频率不变，因为它由波源决定；波速由介质决定；波长就由波源、介质共同决定．

例题2

男女生二重唱中，女高音和男中音的频率、波长和波速分别为f1、λ1、v1和f2、λ2、v2，它们之间的关系是（　　）

A．f1>f2，λ1>λ2，v1>v2　　

B．f1

C．f1>f2，λ1<λ2，v1＝v2

D．以上说法都不正确

造成波动问题多解的主要因素有：

1．周期性

（1）时间周期性：

时间间隔Δt与周期T的关系不明确．

（2）空间周期性：

波传播距离Δt与波长λ的关系不明确．

2．双向性

（1）传播方向双向性：

波的传播方向不确定．

（2）振动方向双向性：

质点振动方向不确定

由于波动问题的多解性，在解题时一定要考虑其所有的可能性：

①质点达到最大位移处，则有正向和负向最大位移两种可能．

②质点由平衡位置开始振动，则有起振方向向上、向下（或向左、向右）的两种可能．

③只告诉波速不指明波的传播方向，应考虑沿两个方向传播的可能．

④只给出两时刻的波形，则有多次重复出现的可能等．

解决此类问题时，往往采用从特殊到一般的思维方法，即找到一个周期内满足条件的特例，在此基础上，如知时间关系，则加nT；如知空间关系，则加nλ.

例题3

对机械波关于公式v＝λf的下列说法中正确的是（　　）

A．v＝λf适用于一切波

B．由v＝λf知，f增大，则波速v也增大

C．v、λ、f三个量中，对同一列波来说，在不同介质中传播时保持不变的只有f

D．由v＝λf知，波长是4m的声音为波长是2m的声音传播速度的2倍

例题4

如图所示，一列沿水平绳传播的简谐横波，频率为8Hz.振动方向沿竖直方向，当绳上的质点P到达其平衡位置且向下运动时，由此可知波速和传播方向可能是

•（　　）

A．8m/s，向右传播

B．12.5m/s，向左传播

C．12.5m/s，向右传播

D．8m/s，向左传播

例题5

一列简谐波在某一时刻的波形如下图所示，经过一段时间，波形变成如图中虚线所示，已知波速大小为1cm/s.则这段时间可能是（　　）

A．1s　　　B．2s　　　C．3s　　　D．4s

例题6

一列横波在x轴上传播，a