1 机械波的形成和传播-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修1同步导学案配套PPT课件（教科版）

1　机械波的形成和传播 第三章　机械波 [学习目标]　1.知道机械波的产生条件，理解机械波的形成过程及传播特点(重难点)。2.知道横波和纵波的概念，能够区别横波和纵波。 课时作业 巩固提升 要点1　机械波的形成和传播 要点2　横波与纵波 内容索引 要点1　机械波的形成和传播 * 1．波的形成和传播 (1)抖动绳的一端，紧靠这一端的质点1向上运动时，它就会________质点2向上运动，质点2又________质点3，依次传递下去。 (2)当手向下拉动质点1回到原来位置时，它也要________质点2回来，此后质点3、质点4也将被________回到各自原来的位置。 (3)每一个质点都在________绳端的振动，后一个质点的运动状态总是________于前一个质点的运动状态。结果手抖动引起的振动就不限于绳的一端，而是沿绳向另一端传去，振动状态在绳上的________就形成了波。 梳理 必备知识 自主学习 带动 带动 带动 依次带动 重复 滞后 传播 2．机械波：机械振动在________中的传播形成了机械波。 3．产生条件：(1)要有________；(2)要有传播振动的________。 4．特点 (1)介质中有机械波传播时，介质本身并不随波一起传播，它传播的只有________这种运动形式。 (2)介质中本来静止的质点，随着波的传来而发生振动，这表示它获得了能量，可见波是传递________的一种方式。 介质 波源 介质 振动 能量 [思考与讨论] 如图所示，用手分别沿着竖直方向、水平方向抖动一端拴在树上的绳子，你看到了什么现象？它是如何形成的？ 提示：分别看到沿着竖直方向、水平方向且沿绳向前传播的绳波；它是由离手较近的绳上的质点带动离手较远的绳上的质点振动形成的。 1．机械波的产生 (1)动力学观点：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，将波源的振动形式向外传播。 (2)能量观点：介质中前后质点间存在相互作用力，因而相互做功，从而将波源的能量向外传播。 归纳 关键能力 合作探究 2．机械波的产生过程 [典例1]　(2024·四川甘孜校考期中)关于振动和波的关系，正确说法是(　　) A．物体做机械振动，一定会产生机械波 B．如果波源停止振动，在介质中传播的波动也立即停止 C．介质中有机械波传播，其中质点不一定在做机械振动 D．介质中每一个质点开始振动的方向一定和波源开始振动的方向相同 D 物体做机械振动，不一定会产生机械波；介质中有机械波传播，其中质点一定在做机械振动，故A、C错误。如果波源停止振动，在介质中传播的波动并不会立即停止，故B错误。介质中每一个质点开始振动的方向一定和波源开始振动的方向相同，故D正确。 [典例2]　(2024·河北廊坊期中)在一条软绳上选18个等间距的质点，质点1在外力作用下首先向上振动，其余质点在相互作用力的带动下依次振动，从而形成简谐波，由波的形成及图可知，下列说法中正确的是(　　) A．质点1带动质点2是利用绳上质点间的 弹力实现的，因此每个质点均做受迫振动 B．每个质点开始运动后，均在水平方向 做匀速运动，在竖直方向做简谐运动 C．绳上的每一个质点开始振动时，方向都向上，振动周期不相同 D．绳上波的传播过程也是能量的传递过程，每个质点均做等幅振动，故每个质点的机械能守恒 A 绳上的质点都在做受迫振动，所以各质点振动的周期与波源的振动周期都相同，故A正确，C错误；每个质点开始振动后，只在竖直方向做简谐运动，水平方向上不随波迁移，波的传播过程也是能量的传递过程，每个质点均做等振幅的受迫振动，合外力不为零，故每个质点的机械能并不守恒，故B、D错误。 方法总结 波动过程中介质中各质点的运动特点 波动过程中介质中各质点的振动周期都与波源的振动周期相同，其运动特点为： (1)先振动的质点带动后振动的质点。 (2)后振动的质点重复前面质点的振动。 (3)后振动的质点的振动状态落后于先振动的质点的振动状态。 概括起来就是“带动、重复、落后”。 [针对训练] 1．(2024·北京东城期中)关于机械波，下列说法中正确的是(　　) A．不考虑传播过程中的能量损失，机械波的振幅与波源振动的振幅不相等 B．在波的传播过程中，介质中质点的振动频率等于波源的振动频率 C．在波的传播过程中，介质中质点的振动速度等于波的传播速度 D．在机械波的传播过程中，离波源越远的质点振动的周期越大 B 不考虑传播过程中的能量损失，波在传播过程中，机械波的振幅与波源振动的振幅是相等的，故A错误；每个质点都在重复波源的振动，因此质点的振动频率和波源的振动频率相同，故B正确；振动速度与波的传播速度是不相同的，故C错误；在波传播过程中各质点的振动周期均与波源的周期相同，故D错误。 要点2　横波与纵波 * 1．横波：介质中质点的振动方向和波的传播方向______，这种波称为______波。在______波中，凸起的________叫波峰，凹下的_______叫波谷。 2．纵波：介质中质点的振动方向和波的传播方向平行，这种波称为______波。在______波中，质点分布________的部分叫作密部，质点分布______的部分叫作疏部。 3．横波和纵波是按照________方向和________方向关系的不同来区分的。 梳理 必备知识 自主学习 垂直 横 横 最高处 最低处 纵 纵 密集 稀疏 质点振动 波传播 [思考与讨论] 如图所示， (1)图甲是绳波，绳上的质点上下振动，其振动方向与波的传播方向是什么关系？ 提示：(1)相互垂直。　 (2)图乙是声波，音叉左右振动，从而周期性地压缩空气，空气的振动方向与波的传播方向是什么关系？ 提示：(2)在同一条直线上。 1．横波与纵波的区别 归纳 关键能力 合作探究 　　名称 项目　　 横波 纵波 概念 在波动中，质点的振动方向和波的传播方向相互垂直 在波动中，质点的振动方向和波的传播方向在同一条直线上 介质 不能在气体和液体介质中传播 在固体、液体和气体介质中均能传播 特征 在波动中交替、间隔出现波峰和波谷 在波动中交替、间隔出现密部和疏部 2.几种常见的机械波 (1)绳波是横波。 (2)声波是纵波。 (3)水波是比较复杂的机械波，不能简单地认为是横波，但有时将水波理想化为横波。 (4)地震波中既有横波，又有纵波。 [典例3]　 (多选)(2023·山东日照高二月考)关于横波和纵波，下列说法正确的是(　　) A．质点的振动方向与波的传播方向垂直的波叫横波 B．质点的振动方向与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 ABC 质点的振动方向与波的传播方向垂直的波叫横波，A正确；质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波叫纵波，B正确；横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部，C正确；地震波有横波也有纵波，空气中的声波是纵波，D错误。 [针对训练] 2．(2024·陕西西安期中)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．横波和纵波都能传递信息 D 对于纵波，质点的振动方向和波的传播方向有时相同，有时相反；对于横波质点的振动方向和波的传播方向垂直，选项A、B错误；无论是横波还是纵波，形成波的质点都不能随波一起迁移，选项C错误；横波和纵波都能传递信息，选项D正确。 课时作业 巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [A组　基础巩固练] 1．(多选)(2024·四川南充期末)关于机械振动和机械波下列叙述正确的是(　　) 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，如振源停止振动，波的传播并不会立即停止 13 BCD 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 有机械波一定有机械振动，有机械振动不一定有机械波，还需要有传播振动的介质，选项A错误，B正确；在波的传播中，振动质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波的传播发生迁移，选项C正确；在波的传播中，如振源停止振动，由于惯性，质点的振动并不立即停止，则波的传播并不会立即停止，选项D正确。 13 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2．(2024·四川雅安期中)以下对机械波的认识正确的是(　　) A．形成机械波一定要有振源和介质 B．横波向右传播时，处于波峰的质点也向右迁移 C．振源做简谐运动形成的波中，各质点的运动情况完全相同 D．机械波向右传播时，右方的质点比左方的质点早一些振动 13 A 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 形成机械波一定要有振源和介质，故A正确；质点只在平衡位置附近振动，不沿波的传播方向迁移，故B错误；振源做简谐运动形成的波中，各质点振动步调不一致，故C错误；机械波向右传播时，右方的质点比左方的质点晚一些振动，故D错误。 13 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 3．(2023·山东济南期中)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．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 D．无论木块离波源的远近如何，它都不能被推动，最多只能在湖面上做上下振动 13 D 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 波传播的是振动这种运动形式，各质点在各自平衡位置附近往复运动，不随波向前移动，故A、B、C错误，D正确。 13 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 4．如图所示是以质点P为波源的机械波沿着一条固定的轻绳刚传播到质点Q的图形，则关于质点P刚开始振动时的方向和波的性质，下列判断正确的是(　　) A．向上、横波 B．向下、横波 C．向左、纵波 D．向右、纵波 13 A 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 由于波源带动后面的质点依次振动，后面的质点总是重复前面质点的振动状态，根据波向左传播可判断质点Q的起振方向向上，故质点P的起振方向也向上，且每个质点的振动方向与波的传播方向垂直，故此波为横波，故A正确。 13 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 5．下列关于横波、纵波的说法错误的是(　　) A．凸凹相间的波叫横波，凸起的最高处叫波峰，凹下的最低处叫波谷 B．质点振动方向和波的传播方向在同一直线上的波叫横波 C．纵波的波形是疏密相间的，质点分布最密的部分叫密部，分布最疏的部分叫疏部 D．质点的振动方向和波的传播方向在同一直线上的波叫纵波 13 B 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 质点的振动方向与波的传播方向垂直的波叫作横波，在横波中，凸起的最高处叫作波峰，凹下的最低处叫作波谷，故A正确；把质点的振动方向与波的传播方向在同一直线的波叫作纵波，故B错误，D正确；质点在纵波传播时来回振动，其中质点分布最密集的部分叫作密部，质点分布最稀疏的部分叫作疏部，故C正确。 13 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 6．(多选)(2024·湖北宜昌期中)如图所示，一组学生在玩“人浪”游戏。学生手挽手排成一行，从左边第一位同学开始，周期性地“下蹲、起立”，呈现类似波浪的效果，则(　　) A．“人浪”是纵波 B．“人浪”是横波 C．当“人浪”向右传播时，学生随“人浪”向右移动 D．“人浪”传播的是“下蹲、起立”这种运动形式 13 BD 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 学生“下蹲、起立”时身体的运动方向与“人浪”传播的方向垂直，则可知“人浪”是横波，故A错误，B正确；学生只在自己所站位置“下蹲、起立”，并不会随波移动，故C错误；“人浪”传播的是“下蹲、起立”这种运动形式，故D正确。 13 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 7．(2024·四川绵阳期中)下列关于机械波的说法正确的是(　　) A．质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上的波叫作横波 B．虽然在真空中质点间没有相互作用力，但是机械波还是能在真空中传播 C．波在传播振动这种运动形式的同时，也可将信息传播出去 D．波传播的过程就是介质中的质点随波迁移的过程 13 C 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上的波叫作纵波，质点的振动方向与波的传播方向垂直的波叫作横波，A项错误；正是因为真空中质点间没有相互作用力，一个质点的振动不会带动周围质点的振动，从而不能形成机械波，B项错误；波在介质中传播，不仅传播振动形式，而且能将能量和信息传播出去，C项正确；介质中的质点只是在各自的平衡位置附近做周期性振动，并不随波迁移，D项错误。 13 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 8．(2024·云南保山期末)水平放置的弹性长绳上有一系列均匀分布的质点1、2、3、…使质点1沿竖直方向做简谐运动，振动将沿绳向右传播，从质点1经过平衡位置向上运动时开始计时，当振动传播到质点13时，质点1恰好完成一次全振动，此时质点10的加速度(　　) A．为零 B．为最大值 C．方向向上 D．水平向右 13 B 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 根据题意，质点1恰好完成一个全振动，形成的简谐波刚好形成一个完整的正弦波形，此时质点10恰好处于最大位移处，合力最大提供回复力，产生的加速度最大且向下指向平衡位置处，故选项B正确，选项A、C、D错误。 13 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [B组　综合强化练] 9．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 km B．P先开始振动，震源距地震仪约25 km C．H先开始振动，震源距地震仪约36 km D．H先开始振动，震源距地震仪约25 km 13 A 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 横波速度小于纵波速度，所以P先开始振动。由＋5 s＝，可得x＝36 km，则选项A正确，B、C、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 10．(2024·北京西城区期末)如图甲所示，用手握住长绳的一端，t＝0时刻在手的带动下O点开始上下振动，选向上为正方向，其振动图像如图乙所示，则以下四幅图中能正确反映t1时刻绳上形成的波形的是(　　) 13 D 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 经过t1时间，振源振动一个周期，形成的波形为一个完整的波形；因振源起振的方向为向下，可知在t1时刻波传到的位置处的质点振动方向向下，可知此时的波形如图D，故D正确。 13 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 11．(多选)下图是沿水平方向的介质中的部分质点，每相邻质点间的距离相等，其中O为波源，设波源的振动周期为T，自波源通过平衡位置竖直向下振动开始计时，经过T，质点1开始振动，则下列关于各质点的振动和介质中的波的说法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A．介质中所有的质点的起振方向都竖直向下，且图中质点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起振、通过平衡位置或最大位移处的时间总是比质点7落后 D．只要图中所有的质点都已振动了，质点1与质点9的振动步调就完全一致 答案：ACD 13 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 从题图可知，质点9是图中距波源最远的点，起振方向向下，但起振时刻最晚，故选项A正确，选项B错误；质点7与质点8相比较，质点7是质点8的前质点，质点7先振动，质点8后振动，故选项C正确；质点9比质点1晚2T开始振动，一旦质点9起振后，1、9振动步调就完全一致，故选项D正确。 13 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 12．(2024·河北保定期中)绳波形成过程的示意图如图所示，质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，带动各个质点依次振动，把振动形式从绳的左端传到右端，各质点间距相等。当t＝时，质点9刚要开始运动，下列说法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 答案：B 14 A．t＝时，质点6向下运动 B．t＝到t＝时间内，质点5的速度逐渐减小 C．t＝时，质点2的速度大于质点3 D．从t＝到t＝时间内，质点3的加速度先减小后增大 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 t＝时，质点6向上运动，故A错误；t＝波传到质点5，t＝到t＝时间内，质点5从平衡位置往波峰振动，所以质点5的速度逐渐减小，故B正确；t＝时，质点2和质点3都在往波峰振动，但质点3具有滞后性，所以质点2的速度小于质点3，故C错误；从t＝到t＝时间内，质点3先往波峰运动再往平衡位置运动，所以质点3的加速度先增大后减小，故D错误。 13．如图甲所示为波源的振动图像，图乙为均匀介质中同一条直线上等间距的质点在t＝1 s时的振动状态，其中质点4刚开始振动。请在图丙中画出t＝5 s时的波的形状及各质点的振动状态。 答案：图见解析 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 由题图甲知波源振动周期T＝4 s，根据波传播的规律知，t＝5 s时，波源在波峰，质点16起振。如图所示。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 [C组　培优选做练] 14.(2024·浙江绍兴期末)沙漠蝎子可以探测出附近虫子的运动，它是利用甲虫运动所产生的沿沙漠表面传播的波来探测的，传播的波有两种类型：横波以速度v1＝50 m/s传播，纵波以v2＝150 m/s传播。已知该甲虫在某个时刻突然运动，蝎子就可以利用从它最接近甲虫的一条腿上面感知到两种波先后到达的时间差Δt，从而感知到它和甲虫之间的距离，如果蝎子到甲虫的距离是37.5 cm， 下列说法正确的是(　　) 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 A．虫子脚下的沙子随着波的传播运动到蝎子脚下 B．两种波传播到蝎子的时间差为0.003 75 s C．无论是纵波还是横波，传播方向均与振动方向垂直 D．波的传播过程中既传播了振动，也传播了信号和能量 答案：D 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 虫子脚下的沙子在平衡位置上下振动，不会随着波的传播而移动，故A错误；两种波传播到蝎子的时间差为Δt＝－＝ s－ s＝5×10-3 s，故B错误；横波的传播方向与振动方向垂直，纵波的传播方向与振动方向平行，故C错误；波的传播过程中既传播了振动，也传播了信号和能量，故D正确。 $$