第1节 波的形成和描述

1．机械振动在介质中的传播形成机械波，机械波分 为横波和纵波两种，横波上有波峰和波谷，纵波

上有疏部和密部。

2．机械波传播的是振动形式和能量，质点本身只在

平衡位置附近做与波源相同形式的振动，并不随波迁移。

3．描述波的特征量有波长、周期、频率、波速，其

关系为v＝或 v＝λf。

T

4．波的图像能形象描述某一时刻各质点相对平衡位

置的位移，并可直接读出波长和振幅。

对应学生用书

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波的形成与传播 [自读教材·抓基础] 1．波的形成：机械振动在介质中传播，形成机械波。 2．波的传播：

(1)要有波源，即能够引起其他质点振动的质点。 (2)要有传播振动的介质。

[跟随名师·解疑难]

1．机械波的形成

λ

2．机械波的特点

(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，但各质点的起振方向与波源相同。 (4)立场：各质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波迁移。

(5)实质：机械波向前传播机械振动这种运动形式的同时，也传递能量和信息。 3．机械振动与机械波的比较

研究 对象 产生 区 别 能量 变化 原因 机械振动 单个质点以平衡位置为中心所做的往复运动 质点受到回复力的作用 机械波 介质中大量质点依次发生振动而形成的“集体运动” 介质中相邻质点的带动作用 振源将机械能传递给它的相邻质点，振动过程中动能和势能不断地相互转化，总机械能守桓 这个质点再将能量传递给下一质点，每个质点在不断地吸收和放出能量，从而把波源的能量传播出去，是一个能量的传递过程 (1)振动是波动的成因，波动是振动在介质中的传播。 (2)波动的周期等于质点振动的周期。 联 系 (3)有振动不一定有波动，因为波的形成还需要有传播振动的介质。但有波动一定有振动。 (4)波源停振后，介质中的波动并不立即停止，而是继续向远处传播，直到振动能量完全损失。 [学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手) 关于机械波的以下说法中，不正确的是( ) ．A．波动发生需要两个条件：波源和介质 B．波动过程是介质质点由近及远移动的过程 C．波动过程是能量由近及远传递的过程 D．波源与介质质点的振动都是受迫振动

解析：选B 波源(即振源)振动时，依靠介质中的相互作用力带动周围各部分质点振动起来，形成机械波。作为介质的各质点，只在平衡位置附近做振动，并不随波向外迁移，仅把振源的振动形式和能量传递出去。波源和介质中的质点之间的相互作用力阻碍波源的振动。是一种阻力，所以波源的振动不可能是自由振动。相邻的介质中的质点之间存在相互作用，故介质中的质点做受迫运动，不是自由振动。

波的分类 1.机械波可分为横波和纵波两类 定义 标识性物理量 实物波形 ①波峰：横波中凸起的最横波 质点的振动方向与波的传播方向垂直的波 高处 ②波谷：横波中凹下的最低处 质点的振动方向与波的纵波 传播方向在同一直线上的波 2．声波是纵波，它不仅能在空气中传播，也能在固体、液体中传播。 [学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)

关于横波和纵波，下列说法正确的是( )

A．对于横波和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．对于纵波质点的振动方向与波的传播方向一定相同 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

解析：选D 形成横波的质点振动的方向只能与传播方向垂直，形成纵波的质点的振动方向总是与波传播方向平行，有时相同，有时相反，故A、B都错误；无论是横波还是纵波，质点都是在平衡位置附近做往复运动，不会随波定向移动，故C错误；因为空气介质只能通过压缩而产生相互作用力，故空气中的机械波只能是纵波，故D正确。

波的描述 [自读教材·抓基础] 1．波的图像

波的图像描述的是某一时刻各个质点的位移。如果介质中各个质点做简谐运动，它所形成的波就叫简谐波，它的波形曲线是正弦(或余弦)曲线。

2．波的特征 (1)周期(T)

①定义：波上各质点完成一次全振动经历的时间。

②决定因素：波在介质中传播时，各质点的振动周期相同，都等于波源的振动周期。 (2)频率(f)

定义：介质中的质点每秒完成全振动的次数。 (3)波长(λ)

①定义：沿着波的传播方向，两个相邻的、相对平衡位置的位移和振动方向总是相同的

①密部：纵波中质点分布最密的位置 ②疏部：纵波中质点分布最疏的位置 质点间的距离，用λ表示。

②特征：在横波中，两个相邻波峰(或波谷)之间的距离等于波长。在纵波中，两个相邻密部(或疏部)之间的距离等于波长。

③时空关系：在一个周期内，振动在介质中传播的距离等于一个波长。 (4)波速(v)

①定义：波在介质中的传播速度，即振动在介质中的传播速度。

λΔx②公式：v＝、v＝λf或v＝，以上公式适用于波在均匀介质中传播。

TΔt③决定因素：机械波在介质中的传播速度由介质本身的性质决定，不同频率同种类的机械波在相同介质中的传播速度相同。

[跟随名师·解疑难]

1．波动图像的信息

(1)从图像上可直接读出波长和振幅。 (2)可确定任一质点在该时刻的位移。

(3)因加速度方向和位移方向相反，可确定任一质点在该时刻的加速度方向。 (4)若已知波的传播方向，可确定各质点在该时刻的振动方向，并判断位移、加速度、速度、动量、动能的变化。

2．判断质点振动方向与波传播方向的方法

(1)若已知波的传播方向，可确定各质点在该时刻的振动方向，常用方法有： ①上下坡法

不妨可以将波形图视为连绵起伏的山峰和山谷，由波谷到波峰的部分称上坡路，由波峰到波谷的部分为下坡路。沿波的传播方向看，“上坡”的点向下运动，“下坡”的点向上运动，简称“上坡下，下坡上”。如图2-1-1。

图2-1-1

②同侧法

若在波动图像上标出质点的振动方向，并在同一点上标出波的传播方向，这两个表示方向的箭头位于波动图像的同一侧，如图2-1-2。

图2-1-2

③微平移法

原理：波向前传播，波形也向前平移。

方法：作出经微小时间 Δt(Δt＜)后的波形，就知道了各质点经过Δt时间到达的位

4置，此刻质点振动方向也就知道了。如图2-1-3。

T

图2-1-3

④带动法

原理：先振动的质点带动邻近的后振动的质点。

方法：在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点P′，若P′在P上方，则P向上运动，若P′在P下方，则P向下运动。如图2-1-4。

图2-1-4

(2)由质点振动方向确定波的传播方向仍是上述几种方法，只需将判定的程序倒过来，“反其道而行之”即可。

[特别提醒]

(1)在某一时刻各质点的位移不同，但各质点的振幅是相同的。 (2)每一质点的振动规律相同，只是后一质点比前一质点振动得晚。 [学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)

一简谐横波沿x轴正方向传播，某时刻其波形如图2-1-5所示。下列说法正确的是( )

图2-1-5

A．由波形图可知该波的波长和波速 B．由波形图可知该波的周期 C．经1/4周期后质点P运动到Q点 D．经1/4周期后质点P的速度变为零

解析：选D 由图像的基本知识可知，该波的波长λ＝4 cm，但无法确定周期和波速，故A、B错误；质点只能在平衡位置附近振动，而不会随波传播，故C错误；因波沿x轴正