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1、2022-2023版高中物理 第2章 機(jī)械波 2.1 機(jī)械波的產(chǎn)生學(xué)案 滬科版選修3-4 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.理解機(jī)械波的形成過程和產(chǎn)生條件.2.知道機(jī)械波的種類——橫波和縱波的概念.3.明確機(jī)械波傳播的特點(diǎn)． 1．機(jī)械波的形成 波源振動(dòng)帶動(dòng)與它相鄰的質(zhì)點(diǎn)發(fā)生振動(dòng)，并依次帶動(dòng)離波源更遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，只是后一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)比前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)遲一些．于是波源的振動(dòng)逐漸傳播出去． 2．機(jī)械波的產(chǎn)生條件： (1)要有振源； (2)要有傳播振動(dòng)的介質(zhì)． 3．機(jī)械波可分為橫波和縱波兩類，如下表所示． 定義 標(biāo)識(shí)性物理量 實(shí)物波形 橫 波 質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向互相垂直的波 ①

2、波峰：凸起的最高處 ②波谷：凹下的最低處 縱 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 ①密部：質(zhì)點(diǎn)分布密集的位置 ②疏部：質(zhì)點(diǎn)分布稀疏的位置 4.機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播，形成機(jī)械波．機(jī)械波傳播振動(dòng)形式的同時(shí)，也向外傳遞能量和信息． 一、機(jī)械波的形成 [導(dǎo)學(xué)探究] 你看過藝術(shù)體操的“帶操”表演嗎？如圖1所示，運(yùn)動(dòng)員手持細(xì)棒抖動(dòng)彩帶的一端，彩帶隨波翻卷，這是波在彩帶上傳播的結(jié)果，你知道波是如何形成的嗎？ 圖1 答案　彩帶一端振動(dòng)帶動(dòng)彩帶上相鄰部分振動(dòng)，依次逐漸引起整個(gè)彩帶振動(dòng)． [知識(shí)深化] 1．波形成的原因：以繩波為例(如圖2所示)

3、 圖2 (1)可以將繩分成許多小部分，每一小部分看做質(zhì)點(diǎn)． (2)在無外來擾動(dòng)之前，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)排列在同一直線上，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)所在的位置稱為各自的平衡位置． (3)由于外來的擾動(dòng)，會(huì)引起繩中的某一質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，首先振動(dòng)的這個(gè)質(zhì)點(diǎn)稱為波源． (4)由于繩中各質(zhì)點(diǎn)之間存在著相互作用力，作為波源的質(zhì)點(diǎn)就帶動(dòng)周圍質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，并依次帶動(dòng)鄰近質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，于是振動(dòng)就在繩中由近及遠(yuǎn)地傳播． 2．產(chǎn)生條件：(1)要有振源；(2)要有傳播振動(dòng)的介質(zhì)． 例1　如圖3所示，是某繩波形成過程的示意圖．質(zhì)點(diǎn)1在外力作用下沿垂直直線方向做簡諧運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)2、3、4……各個(gè)質(zhì)點(diǎn)依次上下振動(dòng)，把振動(dòng)從繩的左端傳到右端．已知t＝0時(shí)

4、，質(zhì)點(diǎn)1開始向上運(yùn)動(dòng)，t＝時(shí)，質(zhì)點(diǎn)1到達(dá)最上方，質(zhì)點(diǎn)5開始向上運(yùn)動(dòng)．問： 圖3 (1)t＝時(shí)，質(zhì)點(diǎn)8、12、16的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(是否運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)方向)如何？ (2)t＝時(shí)，質(zhì)點(diǎn)8、12、16的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何？ (3)t＝T時(shí)，質(zhì)點(diǎn)8、12、16的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何？ 答案　見解析 解析　各質(zhì)點(diǎn)在各時(shí)刻的情況．如圖所示． (1)由甲圖可知，t＝時(shí)，質(zhì)點(diǎn)8未達(dá)到波峰，正在向上振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)12、16未振動(dòng)． (2)由乙圖可知，t＝時(shí)，質(zhì)點(diǎn)8正在向下振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)12正在向上振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)16未振動(dòng)． (3)由圖丙可知，t＝T時(shí)，質(zhì)點(diǎn)8、12正在向下振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)16正在向上振動(dòng)． 二、橫波和

5、縱波 [導(dǎo)學(xué)探究]　2011年3月，日本東北部海域發(fā)生里氏9.0級(jí)強(qiáng)地震，其引發(fā)的海嘯加上核泄漏事故給日本帶來巨大的損失．通過視頻咱們可以觀察到地震發(fā)生時(shí)，地面會(huì)產(chǎn)生前后或左右的晃動(dòng)，也會(huì)產(chǎn)生豎直方向的振動(dòng)，你知道這是為什么嗎？ 答案　地震波有縱波和橫波，不同的波引起地面的振動(dòng)不同． [知識(shí)深化] 1．橫波 定義：把介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向跟波的傳播方向垂直的波叫做橫波，如繩波． (1)在橫波中，凸起的最高處叫做波峰，凹下去的最低處叫做波谷，橫波是以波峰和波谷這個(gè)形式將機(jī)械振動(dòng)傳播出去的，這種波在傳播時(shí)呈現(xiàn)出凸凹相間的波形． (2)橫波是物體的形狀發(fā)生了變化而產(chǎn)生彈力作用所致，故純粹的

6、橫波只能通過固體傳播． 2．縱波 定義：把介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向跟波的傳播方向在同一直線上的波叫做縱波． (1)在縱波中，質(zhì)點(diǎn)分布密集的地方叫做密部，質(zhì)點(diǎn)分布稀疏的地方叫做疏部．縱波在傳播時(shí)呈現(xiàn)出疏密相間的波形． (2)在縱波的情況下，物體的各部分經(jīng)常受到壓縮和拉長，也就是說經(jīng)常在改變自己的體積．在體積改變時(shí)，固體內(nèi)固然要產(chǎn)生彈力，液體和氣體也要產(chǎn)生彈力，所以縱波在這三種狀態(tài)的介質(zhì)中都能傳播． 例2　(多選)下列關(guān)于橫波和縱波的說法正確的是(　　) A．凸凹相間的波叫橫波，凸起的最高處叫波峰，凹下的最低處叫波谷 B．質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向和波的傳播方向在同一直線上的波叫橫波 C．縱波的波形是

7、疏密相間的，質(zhì)點(diǎn)分布密集的部分叫密部，分布稀疏的地方叫疏部 D．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 答案　ACD 解析　橫波具有波峰和波谷，A正確；振動(dòng)的方向與傳播的方向垂直的波為橫波，振動(dòng)的方向與傳播的方向在同一直線上的波為縱波，B錯(cuò)誤，D正確；縱波有疏部和密部且波形是疏密相間的，C正確． 三、波傳遞的是能量和信息 [導(dǎo)學(xué)探究]　一同學(xué)不小心把一只排球打入湖中，為使球能漂回岸邊，這位同學(xué)采用不斷將石頭拋向湖中的方法，這位同學(xué)能否通過這種方法把排球沖上岸？這說明波傳播的是什么？ 答案　不能．石頭激起的水波向四周傳播，浮在水面上的排球隨水上下起伏，不能到達(dá)湖岸．這說明

8、波傳播時(shí)介質(zhì)不隨波遷移，傳播的只是振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)形式． [知識(shí)深化]　波傳播的特點(diǎn) 1．波傳播的是振動(dòng)形式，而介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)并不隨波遷移； 2．波在傳遞運(yùn)動(dòng)形式的同時(shí)，也傳遞能量和信息． 例3　(多選)關(guān)于機(jī)械波的說法正確的是(　　) A．相鄰的質(zhì)點(diǎn)要相互做功 B．縱波的質(zhì)點(diǎn)可以隨波遷移，而橫波的質(zhì)點(diǎn)不能 C．振源開始時(shí)怎樣振動(dòng)，其他質(zhì)點(diǎn)開始時(shí)就怎樣振動(dòng) D．除振源外波中各質(zhì)點(diǎn)都做受迫振動(dòng) 答案　ACD 解析　機(jī)械波是由于介質(zhì)中前面的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)后面的質(zhì)點(diǎn)，使振源的振動(dòng)形式與振源的能量向遠(yuǎn)處傳播而形成的，前后質(zhì)點(diǎn)間存在相互作用力，因而相互做功，故A正確；波傳播過程中，各質(zhì)點(diǎn)只能在各自

9、的平衡位置附近振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)不隨波遷移，縱波也是機(jī)械波，因此B錯(cuò)；每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都是由振源依次帶動(dòng)后面的質(zhì)點(diǎn)，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都做受迫振動(dòng)，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的頻率都與振源頻率相同，并且都“仿照”振源振動(dòng)，故C、D正確． 四、振動(dòng)和波動(dòng)的區(qū)別 例4　(多選)關(guān)于振動(dòng)和波的關(guān)系，下列說法中正確的是(　　) A．振動(dòng)是波的成因，波是振動(dòng)的傳播 B．振動(dòng)是單個(gè)質(zhì)點(diǎn)呈現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，波是許多質(zhì)點(diǎn)聯(lián)合起來呈現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象 C．波的傳播速度就是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的速度 D．波源停止振動(dòng)時(shí)，波立即停止傳播 答案　AB 解析　機(jī)械波的產(chǎn)生條件是有波源和介質(zhì)，由于介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)依次帶動(dòng)、由近及遠(yuǎn)地傳播而形成波，所以選項(xiàng)A、B正確；波的傳播

10、速度是波形由波源向外伸展的速度，而質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的速度和方向都隨時(shí)間周期性地發(fā)生變化，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；介質(zhì)中一旦形成了波，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)就會(huì)將振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)形式由近及遠(yuǎn)的向外傳播，當(dāng)波源停止振 動(dòng)時(shí)，介質(zhì)中已經(jīng)振動(dòng)起來的質(zhì)點(diǎn)還在振動(dòng)，所以波將繼續(xù)傳播，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 機(jī)械波的產(chǎn)生 1．下列對(duì)機(jī)械波的認(rèn)識(shí)正確的是(　　) A．形成機(jī)械波一定要有振源和介質(zhì) B．振源做簡諧運(yùn)動(dòng)形成的波中，各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況完全相同 C．橫波向右傳播時(shí)，處于波峰的質(zhì)點(diǎn)也向右遷移 D．機(jī)械波向右傳播時(shí)，右方的質(zhì)點(diǎn)比左方的質(zhì)點(diǎn)早一些振動(dòng) 答案　A 解析　振源和介質(zhì)是形成機(jī)械波的兩個(gè)必不可少的條件，故A正確．簡諧運(yùn)

11、動(dòng)在介質(zhì)中傳播時(shí)，介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)都做簡諧運(yùn)動(dòng)，沿波的傳播方向，后面的質(zhì)點(diǎn)比前面的質(zhì)點(diǎn)總要晚一些開始振動(dòng)，但質(zhì)點(diǎn)本身并不隨波的傳播而發(fā)生遷移，而且各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)步調(diào)不一致，故B、C、D均錯(cuò)． 2．關(guān)于橫波和縱波，下列說法正確的是(　　) A．振源上下振動(dòng)形成的波是橫波 B．振源水平振動(dòng)形成的波是縱波 C．波沿水平方向傳播，質(zhì)點(diǎn)上下振動(dòng)，這類波是橫波 D．質(zhì)點(diǎn)沿水平方向振動(dòng)，波沿水平方向傳播，這類波是縱波 答案　C 解析　根據(jù)橫波和縱波的概念，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相互垂直的波叫做橫波，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做縱波，并不是上下振動(dòng)與水平振動(dòng)的問題，所以A、B

12、選項(xiàng)錯(cuò)誤，C選項(xiàng)正確；質(zhì)點(diǎn)沿水平方向振動(dòng)，波沿水平方向傳播，并不能說明是沿同一直線，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤． 3．關(guān)于振動(dòng)和波的關(guān)系，下列說法正確的是(　　) A．有機(jī)械波必有振動(dòng) B．有機(jī)械振動(dòng)必有波 C．離波源遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)較慢 D．波源停止振動(dòng)時(shí)，介質(zhì)中的波立即停止傳播 答案　A 解析　機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中向外傳播就形成了機(jī)械波，所以有機(jī)械波必定有機(jī)械振動(dòng)．但如果只有振動(dòng)，沒有介質(zhì)的傳播就不會(huì)有機(jī)械波的產(chǎn)生．因各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)都是重復(fù)波源的振動(dòng)，不論距波源遠(yuǎn)近，振動(dòng)的快慢都一樣；在波源停止振動(dòng)時(shí)，波仍將繼續(xù)向外傳播而不會(huì)停止． 一、選擇題 1．關(guān)于機(jī)械波，下列說法不正確的是(　　)

13、A．各質(zhì)點(diǎn)都在各自的平衡位置附近振動(dòng) B．相鄰質(zhì)點(diǎn)間必有相互作用力 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)的振動(dòng)必定落后于前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng) D．各質(zhì)點(diǎn)隨波的傳播而遷移 答案　D 解析　振源的振動(dòng)使其周圍質(zhì)點(diǎn)依次振動(dòng)，之所以能依次振動(dòng)下去，就是依靠了相鄰質(zhì)點(diǎn)間的相互作用力；沿波的傳播方向，后一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)必滯后于前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)；質(zhì)點(diǎn)只在平衡位置附近振動(dòng)，并不隨波遷移． 2．有關(guān)縱波與橫波，下列說法中正確的是(　　) A．對(duì)于縱波，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向一定相同 B．對(duì)于橫波，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直 C．縱波的質(zhì)點(diǎn)可以隨波遷移，而橫波的質(zhì)點(diǎn)不能 D．橫波只

14、能在固體中傳播，縱波只能在液體、氣體中傳播 答案　B 3．科學(xué)探測(cè)表明，月球表面無大氣層，也沒有水，更沒有任何生命存在的痕跡．在月球上，兩名宇航員面對(duì)面講話也無法聽到，這是因?yàn)?　　) A．月球太冷，聲音傳播太慢 B．月球上沒有空氣，聲音無法傳播 C．宇航員不適應(yīng)月球，聲音太輕 D．月球上太嘈雜，聲音聽不清楚 答案　B 解析　月球表面無大氣層，沒有傳播聲音的介質(zhì)，所以講話無法聽到． 4．波在傳播過程中，下列說法正確的是(　　) A．介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)隨波的傳播而遷移 B．波源的振動(dòng)能量隨波傳遞 C．振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的頻率隨著波的傳播而減小 D．波源的能量靠振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的遷移來傳播

15、 答案　B 解析　各振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的頻率都與波源的振動(dòng)頻率相同． 5．一小石子落入平靜的湖面中央，圓形波紋一圈圈向外傳播，有一片樹葉落在水面上，則樹葉(　　) A．逐漸漂向湖心 B．逐漸漂向湖畔 C．上下振動(dòng) D．沿樹葉所在的圓圈做圓周運(yùn)動(dòng) 答案　C 6．圖1是某繩波形成過程示意圖，1、2、3、4……為繩上的一系列等間距的質(zhì)點(diǎn)，繩處于水平方向．質(zhì)點(diǎn)1在外力作用下沿豎直方向做簡諧運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)2、3、4……各個(gè)質(zhì)點(diǎn)依次上下振動(dòng)，把振動(dòng)從繩的左端傳到右端．t＝0時(shí)質(zhì)點(diǎn)1開始豎直向上運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)周期為T.經(jīng)過四分之一周期，質(zhì)點(diǎn)5開始運(yùn)動(dòng)，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)1已發(fā)生的位移為x.下列判斷正確的是(　　)

16、 圖1 A．t＝時(shí)質(zhì)點(diǎn)5的運(yùn)動(dòng)方向向下 B．t＝時(shí)質(zhì)點(diǎn)7的加速度方向向上 C．t＝時(shí)質(zhì)點(diǎn)5運(yùn)動(dòng)的路程為3x D．t＝T時(shí)質(zhì)點(diǎn)9向下運(yùn)動(dòng) 答案　D 7．下列關(guān)于波的應(yīng)用正確的是(　　) A．要使放在河中的紙船逐漸靠近河岸，可向比紙船更遠(yuǎn)處投擲石子形成水波 B．兩個(gè)在水中潛泳并且靠得較近的運(yùn)動(dòng)員能聽到對(duì)方發(fā)出的聲音是聲波在液體中傳播的應(yīng)用 C．光纜是利用機(jī)械波傳遞信息 D．宇航員在宇宙飛船里，擊打船壁只能引起機(jī)械振動(dòng)，不能形成聲波 答案　B 解析　機(jī)械波傳播時(shí)，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在各自平衡位置附近振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)本身并不隨波遷移，A錯(cuò)；光纜是利用光波傳遞信息的，故C錯(cuò)；宇航員在宇宙飛船

17、里，擊打船壁能引起機(jī)械振動(dòng)，同時(shí)也能形成聲波，D錯(cuò)，故選B. 8．某地區(qū)地震波中的橫波和縱波傳播速率分別約為4km/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2所示)．在一次地震中，震源在地震儀下方，觀察到兩振子相差5s開始振動(dòng)，則(　　) 圖2 A．P先開始振動(dòng)，震源距地震儀約36km B．P先開始振動(dòng)，震源距地震儀約25km C．H先開始振動(dòng)，震源距地震儀約36km D．H先開始振動(dòng)，震源距地震儀約25km 答案　A 解析　橫波的傳播速率小于縱波的傳播速率，所以P先開始振動(dòng)．由＋5s＝，可得s＝36km，則A正確，B、C、D錯(cuò)誤． 9．

18、沿繩傳播的一列機(jī)械波，當(dāng)波源突然停止振動(dòng)時(shí)，有(　　) A．繩上各質(zhì)點(diǎn)同時(shí)停止振動(dòng)，橫波立即消失 B．繩上各質(zhì)點(diǎn)同時(shí)停止振動(dòng)，縱波立即消失 C．離波源較近的質(zhì)點(diǎn)先停止振動(dòng)，較遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)稍后停止振動(dòng) D．離波源較遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)先停止振動(dòng)，較近的質(zhì)點(diǎn)稍后停止振動(dòng) 答案　C 解析　機(jī)械波向前傳播時(shí)，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)都在振動(dòng)，一旦波源停止振動(dòng)，離波源較近的質(zhì)點(diǎn)先停止振動(dòng)，離波源較遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)后停止振動(dòng)． 10．如圖3所示是一列沿著繩向右傳播的繩波波形，此時(shí)波剛傳到B點(diǎn)，由圖可判斷波源A點(diǎn)剛開始的振動(dòng)方向是(　　) 圖3 A．向左 B．向右 C．向下 D．向上 答案　D 解析　由于波剛剛傳到B點(diǎn)

19、，所以B點(diǎn)此時(shí)的振動(dòng)方向就是波源的起振方向，由題圖根據(jù)波的傳播與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的關(guān)系可以知道，B質(zhì)點(diǎn)此時(shí)正向上振動(dòng)，所以波源A質(zhì)點(diǎn)剛開始的振動(dòng)方向向上，選項(xiàng)D正確． 11．如圖4所示為波源開始振動(dòng)后經(jīng)過一個(gè)周期的情景圖，設(shè)介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期為T，下列說法中正確的是(　　) 圖4 A．若M點(diǎn)為波源，則M點(diǎn)開始振動(dòng)時(shí)方向向下 B．若M點(diǎn)為波源，則P點(diǎn)已經(jīng)振動(dòng)了T C．若N點(diǎn)為波源，則P點(diǎn)已經(jīng)振動(dòng)了T D．若N點(diǎn)為波源，則該時(shí)刻P點(diǎn)動(dòng)能最大 答案　C 解析　若M點(diǎn)為波源，由題圖可知，圖像是經(jīng)過一個(gè)周期的波形，此時(shí)M點(diǎn)的振動(dòng)方向向上，即為開始振動(dòng)時(shí)的方向或者波傳到了N點(diǎn)時(shí)N點(diǎn)的振動(dòng)方向，即波源開始振動(dòng)時(shí)方向向上；波傳到P點(diǎn)要經(jīng)過T，故P點(diǎn)已振動(dòng)了T.若N點(diǎn)為波源，N開始振動(dòng)時(shí)方向向下，波傳到P點(diǎn)要經(jīng)過，故P點(diǎn)已振動(dòng)了T；而此時(shí)P點(diǎn)在最大位移處，速度為零，動(dòng)能最?。收_選項(xiàng)為C. 二、非選擇題 12．如圖5甲所示為波源的振動(dòng)圖像，圖乙為均勻介質(zhì)中同一條直線上等間距的質(zhì)點(diǎn)在t＝1 s時(shí)的振動(dòng)狀態(tài)，其中質(zhì)點(diǎn)4剛開始振動(dòng)．請(qǐng)?jiān)趫D丙中畫出t＝5s時(shí)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)狀態(tài)． 圖5 答案　見解析圖 解析　由題圖甲知波源振動(dòng)周期T＝4s，根據(jù)波傳播的規(guī)律知t＝5s時(shí)，波源出現(xiàn)在波峰，質(zhì)點(diǎn)16起振．如圖所示．