
了解縱波和橫波的區(qū)別以及波峰、波谷、密部和疏部等概念
隨著一滴滴晶瑩剔透的水珠落向平靜的水面,水面上出現(xiàn)了一圈圈波紋,逐漸向遠(yuǎn)處擴(kuò)散開來。波是怎樣形成與傳播的?本節(jié)我們將學(xué)習(xí)波的形成、分類及描述波的物理量
如圖,取一條較長(zhǎng)的軟繩,一端系在墻上,另一端用手握住,分別在下列情況下會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象:向上抖動(dòng)一次;向下抖動(dòng)一次;上下抖動(dòng)一次;持續(xù)上下抖動(dòng);
現(xiàn)象:向上抖動(dòng)一次,可以看到繩上形成一個(gè)凸起部分,這個(gè)凸起部分向另一端傳去;向下抖動(dòng)一次,可以看到繩上形成一個(gè)凹下部分,這個(gè)凹下部分也向另一端傳去;連續(xù)向上、向下抖動(dòng)長(zhǎng)繩,可以看到一列波產(chǎn)生和傳播的情形。
1.機(jī)械波:機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播形成的波
3.介質(zhì):傳播機(jī)械振動(dòng)的媒介。例如:繩子、絲帶
4.形成機(jī)械波的兩個(gè)條件:
繩子各部分看成許多質(zhì)點(diǎn)組成,各部分之間存在著相互作用的彈力
沿波的傳播方向上后一個(gè)質(zhì)點(diǎn)比前一個(gè)質(zhì)點(diǎn)落后一段時(shí)間,質(zhì)點(diǎn)依次被帶動(dòng)
1.繩上各點(diǎn)有沒有隨波遷移?波傳播的是什么?
2.繩上各點(diǎn)是同時(shí)起振的嗎?繩上各點(diǎn)振動(dòng)步調(diào)一致嗎?起振方向相同嗎?
3.繩上各點(diǎn)振動(dòng)頻率相同嗎?
質(zhì)點(diǎn)只在平衡位置附近振動(dòng),不隨波遷移。
離振源近的質(zhì)點(diǎn)先起振,前帶后,后跟前,繩上各點(diǎn)振動(dòng)步調(diào)不一致,各質(zhì)點(diǎn)的起振方向與振源起振方向相同。
各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)都是受迫振動(dòng),頻率均等于振源頻率。
機(jī)械波是傳遞振動(dòng)形式和能量的一種方式。
波在傳遞振動(dòng)的同時(shí),也將波源的能量傳遞出去。
1.橫波:質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直的波.
①特征:凸凹相間,具有交替出現(xiàn)的波峰和波谷.
2.縱波:質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在同一條直線上的波 .
②可在固體、液體和氣體中傳播.
①特征:疏密相間,有交替出現(xiàn)的密部和疏部.
發(fā)聲體振動(dòng)時(shí)在空氣中產(chǎn)生的聲波是縱波。例如振動(dòng)的音叉,它的叉股向一側(cè)振動(dòng)時(shí),壓縮鄰近的空氣,使這部分空氣變密,叉股向另一側(cè)振動(dòng)時(shí),又使這部分空氣變得稀疏。這種疏密相間的狀態(tài)向外傳播就形成聲波。聲波傳入人耳,使鼓膜振動(dòng),就引起聲音的感覺。聲波不僅能在空氣中傳播,也能在液體、固體中傳播。
有的波,既包含橫波,又包含縱波,如地震波。在震中附近,橫波引起地面水平晃動(dòng),縱波引起地面上下顛簸。
因?yàn)榭v波在地球內(nèi)部的傳播速度大于橫波,所以地震時(shí),人們一般先感覺到上下顛簸,然后才感覺到有很強(qiáng)的水平晃動(dòng)。橫波是地震造成破壞的主要原因。
下圖是根據(jù)一張繩上橫波的照片畫出的圖,記錄了繩上各質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的具體位置。如果建立直角坐標(biāo)系,把該時(shí)刻繩上各質(zhì)點(diǎn)的具體位置反映在坐標(biāo)系中,就可以得到這一時(shí)刻繩子上波的圖像。
1.用橫坐標(biāo)表示在波傳播方向上各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置.
2.用縱坐標(biāo)表示某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移.
3.在xy坐標(biāo)平面上畫出某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移.
4.波的圖像的畫法:將某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移矢量的末端用光滑的曲線連接起來。
5.圖像的特點(diǎn):如果波的圖像是正弦曲線,這樣的波叫作正弦波,也叫簡(jiǎn)諧波。
6.波峰:在波的傳播方向上達(dá)到正向最大位移的質(zhì)點(diǎn)。
7.波谷:在波的傳播方向上達(dá)到反向最大位移的質(zhì)點(diǎn)。
表示一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在各個(gè)時(shí)刻對(duì)平衡位置的位移
表示某一時(shí)刻各個(gè)質(zhì)點(diǎn)對(duì)平衡位置的位移
表示各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的平衡位置
振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)對(duì)平衡位置的位移
各個(gè)質(zhì)點(diǎn)對(duì)平衡位置的位移
隨時(shí)間延伸,原有部分不變
整個(gè)波形沿波的傳播方向隨時(shí)間平移
同一均勻介質(zhì)中,波形作勻速直線運(yùn)動(dòng),各質(zhì)點(diǎn)作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)
1.波長(zhǎng):在波的傳播方向上,振動(dòng)相位總是相同的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離,叫作波長(zhǎng)。
(2)單位:m
2.橫波中相鄰兩個(gè)波峰(或波谷)之間的距離等于波長(zhǎng)
3.縱波中相鄰兩個(gè)密部(或疏部)之間的距離等于波長(zhǎng)
一列波在不同介質(zhì)中傳播時(shí),其頻率(或周期)、波長(zhǎng)及波速哪個(gè)會(huì)改變?哪個(gè)不會(huì)改變?
波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)傳播時(shí),頻率(或周期)不變,波長(zhǎng)與波速會(huì)改變。
機(jī)械波在介質(zhì)中的傳播速度由介質(zhì)的性質(zhì)決定。
如圖是t時(shí)刻波的圖像,波以一定的速度v在介質(zhì)中傳播。
經(jīng)過Δt的時(shí)間,波的圖像沿波的傳播方向運(yùn)動(dòng)了Δx=vΔt 的距離
如果Δt=T,波的圖像會(huì)如何?
例1. (多選)下列關(guān)于橫波、縱波的說法正確的是( )A.橫波中,凸起的最高處叫波峰,凹下的最低處叫波谷B.質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向在同一直線上的波叫縱波C.橫波和縱波傳播的是振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)形式,質(zhì)點(diǎn)并不隨波遷移D.沿橫向傳播的波叫橫波,沿縱向傳播的波叫縱波E.沿橫向傳播的波叫縱波,沿縱向傳播的波叫橫波
解析:質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直的波叫橫波,質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在同一直線上的波叫縱波;橫波具有波峰和波谷,兩種波傳播的是振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)形式,質(zhì)點(diǎn)并不隨波遷移,A、B、C正確。
例2.(多選)如圖是一列簡(jiǎn)諧橫波某時(shí)刻波的圖像,Q、P、N 是波的傳播方向上的三個(gè)質(zhì)點(diǎn),此時(shí)刻三個(gè)質(zhì)點(diǎn)到各自平衡位置的距離相等,并且質(zhì)點(diǎn)P 正加速運(yùn)動(dòng),則( )A.此時(shí)刻,質(zhì)點(diǎn)Q 正加速運(yùn)動(dòng)B.此時(shí)刻,質(zhì)點(diǎn)N 正加速運(yùn)動(dòng)C.再過半個(gè)周期,質(zhì)點(diǎn)Q 正加速運(yùn)動(dòng)D.再過半個(gè)周期,質(zhì)點(diǎn)N 正加速運(yùn)動(dòng)
解析:因?yàn)轭}圖所示時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)P正在加速運(yùn)動(dòng),即向下運(yùn)動(dòng)靠近平衡位置,根據(jù)“上下坡”法判斷可知波向左傳播,此時(shí)Q向上運(yùn)動(dòng),處于減速狀態(tài);N向上運(yùn)動(dòng),處于加速狀態(tài),A錯(cuò)誤,B正確;再過半個(gè)周期,Q向下運(yùn)動(dòng),處于減速狀態(tài),N向下運(yùn)動(dòng),處于加速狀態(tài),C錯(cuò)誤,D正確。
一、波的形成與傳播:波源+介質(zhì)
二、波的分類:橫波和縱波
三、波的描述:波的圖像、波的特征
1.(多選)關(guān)于橫波和縱波,下列說法正確的是( )A.對(duì)于縱波,質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向有時(shí)相同,有時(shí)相反B.對(duì)于橫波,質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向與波的傳播方向一定垂直C.形成縱波的質(zhì)點(diǎn)隨波一起遷移D.空氣介質(zhì)只能傳播縱波
解析:質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直的波是橫波,質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在同一條直線上的波是縱波;縱波質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向與波的傳播方向有時(shí)相同,有時(shí)相反,A、B項(xiàng)正確;無論橫波還是縱波,質(zhì)點(diǎn)都不隨波遷移,C項(xiàng)錯(cuò)誤;橫波不能在空氣中傳播,空氣只能傳播縱波,D項(xiàng)正確。
2.(多選)關(guān)于機(jī)械波的形成和傳播,下列說法正確的是( )A.物體做機(jī)械振動(dòng),一定產(chǎn)生機(jī)械波B.后振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)總是跟著先振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)重復(fù)振動(dòng),只是時(shí)間落后C.同一機(jī)械波參與振動(dòng)的所有質(zhì)點(diǎn)有相同的頻率D.機(jī)械波傳播過程中各質(zhì)點(diǎn)隨波遷移,波的傳播也是振動(dòng)能量的傳遞
解析:只有物體做機(jī)械振動(dòng),而其周圍沒有傳播這種振動(dòng)的介質(zhì),不可能形成機(jī)械波,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;任何一個(gè)振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)都是由波源帶動(dòng)的,并將振動(dòng)傳播開來,所以后一質(zhì)點(diǎn)總是落后前一質(zhì)點(diǎn),故選項(xiàng)B、C正確;形成機(jī)械波的各個(gè)質(zhì)點(diǎn),只在平衡位置附近往復(fù)運(yùn)動(dòng),并沒有隨波遷移,離振源遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的能量是通過各質(zhì)點(diǎn)的傳遞從振源獲得的,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
3.(多選)關(guān)于振動(dòng)和波的關(guān)系,下列說法正確的是( )A.振動(dòng)是形成波的原因,波動(dòng)是振動(dòng)的傳播B.振動(dòng)是單個(gè)質(zhì)點(diǎn)呈現(xiàn)的現(xiàn)象,波動(dòng)是許多質(zhì)點(diǎn)聯(lián)合起來呈現(xiàn)的現(xiàn)象C.波的傳播速度就是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的速度D.有波動(dòng)一定有振動(dòng),有振動(dòng)一定有波動(dòng)
解析:由于介質(zhì)中的各部分存在相互作用,所以某一點(diǎn)的振動(dòng)會(huì)引起相鄰部分質(zhì)點(diǎn)發(fā)生振動(dòng),這樣振動(dòng)就由近及遠(yuǎn)傳播開去而形成波,故選項(xiàng)A、B正確;波的傳播速度和質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的速度沒有關(guān)系,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;有波動(dòng)一定有振動(dòng),但有振動(dòng)不一定有波動(dòng),故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
4.下列關(guān)于橫波、縱波的說法正確的是( )A.同一波源在同一介質(zhì)中形成的機(jī)械波中可同時(shí)具有橫波和縱波B.由于橫波、縱波的振動(dòng)方向與波的傳播方向的關(guān)系不同,因此橫波、縱波 不可能沿同一方向傳播C.橫波、縱波在同一介質(zhì)中的傳播速度一定相等D.只要存在介質(zhì),不管是固體、液體或氣體,均可傳播橫波和縱波
解析:同一波源產(chǎn)生的波中可同時(shí)具有橫波、縱波,如地震波,選項(xiàng)A正確;雖然傳播這兩種波的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波傳播方向的關(guān)系不同,但并不妨礙兩者沿同一方向傳播,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;在同一介質(zhì)中,橫波和縱波傳播速度一般不同,如地震波中縱波比橫波傳播得快,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;橫波可以在固體內(nèi)傳播,不可以在液體、氣體中傳播,縱波可在固體、液體和氣體中傳播,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
5.(多選)關(guān)于波的傳播,下列說法正確的是( )A.相鄰質(zhì)點(diǎn)間必有相互作用力B.各質(zhì)點(diǎn)都在各自的平衡位置附近做受迫振動(dòng),但振動(dòng)頻率不等于振源頻率C.前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)帶動(dòng)相鄰的后一質(zhì)點(diǎn)振動(dòng),后一質(zhì)點(diǎn)必定落后于前一質(zhì)點(diǎn)D.各質(zhì)點(diǎn)隨波的傳播而遷移
解析:在波的傳播過程中,質(zhì)點(diǎn)之間依靠相互作用依次振動(dòng),故選項(xiàng)A正確;介質(zhì)中的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)都在振源的帶動(dòng)下做受迫振動(dòng),所以頻率都是一樣的,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;由于是前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)帶動(dòng)了相鄰后一質(zhì)點(diǎn)振動(dòng),所以后一質(zhì)點(diǎn)必定落后于前一質(zhì)點(diǎn),故選項(xiàng)C正確;各質(zhì)點(diǎn)都在各自的平衡位置附近振動(dòng),并不隨波遷移,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
6.(多選)關(guān)于波長(zhǎng),下列說法正確的是 ( )A.在一個(gè)周期內(nèi)振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的距離等于波長(zhǎng)B.在一個(gè)周期內(nèi)某個(gè)質(zhì)點(diǎn)所走過的路程等于波長(zhǎng)C.在波的傳播方向上位移始終相同的相鄰兩質(zhì)點(diǎn)間的距離等于波長(zhǎng)D.在波的傳播方向上振動(dòng)速度始終相同的相鄰兩質(zhì)點(diǎn)間的距離等于波長(zhǎng)
解析:在波動(dòng)中,對(duì)平衡位置的位移總是相同的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離等于波長(zhǎng),在一個(gè)周期內(nèi),振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播距離等于一個(gè)波長(zhǎng),故選項(xiàng)A、C正確;在波傳播過程中,質(zhì)點(diǎn)只是上下振動(dòng),并不隨波遷移,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;在波的傳播方向上振動(dòng)速度始終相同的相鄰兩質(zhì)點(diǎn)間的距離等于波長(zhǎng),故選項(xiàng)D正確。
7.一列簡(jiǎn)諧波在x軸上傳播,在某時(shí)刻波形如圖所示,已知此時(shí)質(zhì)點(diǎn)E的運(yùn)動(dòng)方向向下,則( )A.此波沿x軸正方向傳播B.質(zhì)點(diǎn)C此時(shí)向下運(yùn)動(dòng)C.質(zhì)點(diǎn)A將比質(zhì)點(diǎn)B先回到平衡位置D.質(zhì)點(diǎn)D的振幅為零
解析:由題意可知波沿x軸負(fù)方向傳播,質(zhì)點(diǎn)C向下運(yùn)動(dòng),質(zhì)點(diǎn)B將比質(zhì)點(diǎn)A先回到平衡位置,質(zhì)點(diǎn)D的位移為零,但振幅不為零。
8.(多選)關(guān)于波長(zhǎng)的下列說法正確的是( )A.機(jī)械振動(dòng)在一個(gè)周期內(nèi)傳播的距離等于一個(gè)波長(zhǎng)B.在波形上位移相同的相鄰兩質(zhì)點(diǎn)之間的距離等于一個(gè)波長(zhǎng)C.在波形上速度最大且相同的相鄰兩質(zhì)點(diǎn)間的距離等于一個(gè)波長(zhǎng)D.在波形上振動(dòng)情況總是相同的兩點(diǎn)間的距離等于一個(gè)波長(zhǎng)
解析:機(jī)械振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)在一個(gè)周期內(nèi)向遠(yuǎn)處傳播一個(gè)完整的波形,故選項(xiàng)A正確;由波形可見,在一個(gè)完整波形上,位移相同的相鄰質(zhì)點(diǎn)之間的距離不一定等于一個(gè)波長(zhǎng),故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;速度最大且相同的質(zhì)點(diǎn),在波形上是在平衡位置上,如果相鄰,那么正好是一個(gè)完整波形的兩個(gè)端點(diǎn),所以選項(xiàng)C正確;振動(dòng)情況總是相同的兩點(diǎn)間的距離是波長(zhǎng)λ的整數(shù)倍,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
9.(多選)一列簡(jiǎn)諧波在某一時(shí)刻的波形如圖所示。下列說法正確的是( )A.質(zhì)點(diǎn)A、C、E、G、I在振動(dòng)過程中位移總是相同B.質(zhì)點(diǎn)B、F在振動(dòng)過程中位移總是相等C.質(zhì)點(diǎn)D、H的平衡位置間的距離是一個(gè)波長(zhǎng)D.質(zhì)點(diǎn)A、I在振動(dòng)過程中位移總是相同,它們的平衡位置間的距離是一個(gè)波長(zhǎng)
解析:從圖像中可以看出質(zhì)點(diǎn)A、C、E、G、I在該時(shí)刻的位移都是零,由于波的傳播方向是向右的,容易判斷出質(zhì)點(diǎn)A、E、I的速度方向是向下的,而質(zhì)點(diǎn)C、G的速度方向是向上的,因而這五個(gè)點(diǎn)的位移不總是相同,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;質(zhì)點(diǎn)B、F是處在相鄰波峰的兩個(gè)點(diǎn),它們的振動(dòng)步調(diào)完全相同,在振動(dòng)過程中位移總是相等,故B項(xiàng)正確;質(zhì)點(diǎn)D、H是處在相鄰波谷的兩個(gè)點(diǎn),它們的平衡位置之間的距離等于一個(gè)波長(zhǎng),故C項(xiàng)正確;質(zhì)點(diǎn)A、I在振動(dòng)過程中位移總是相同,振動(dòng)步調(diào)也完全相同,但由于它們不是相鄰的振動(dòng)步調(diào)完全相同的兩個(gè)點(diǎn),所以它們的平衡位置之間的距離不是一個(gè)波長(zhǎng)(應(yīng)為兩個(gè)波長(zhǎng)),故D項(xiàng)錯(cuò)誤。
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