第1节 机械波的产生和传播-【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（粤教版）

第一节　机械波的产生和传播 第三章　机械波 [学习目标]　1.理解波的形成过程,会判断质点的振动方向(难点)。2.知道横波和纵波的概念,能够区别横波和纵波。3.知道机械波的产生条件和传播特点(重点)。 课时作业 巩固提升 要点1　机械波的产生与传播 要点2　质点的振动方向和起振方向的判定 要点3　横波和纵波 内容索引 要点1　机械波的产生与传播 一 4 梳理 必备知识 自主学习 1.机械波:机械振动在 中的传播。 2.机械波产生的条件 (1)波源:产生机械波的 。 (2)介质:传播机械振动的媒介。 媒介 振动源 3.机械波的传播 (1)原因:波源带动相邻质点做 振动,该质点振动后会同样带动其相邻质点做受迫振动。 (2)特点:①机械波传播的是振动的 。 ②波是传递 的一种方式。 ③每个质点只是在 附近做上下振动,并未形成沿机械波传播方向的宏观移动。 受迫 运动形式 能量 平衡位置 [思考与讨论] 如图所示,这是某绳波形成过程的示意图。质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动,带动2、3、4…各个质点依次上下振动,把振动从绳的左端传到右端。已知t=0时,质点1开始向上运动,t=时,1到达最上方,5开始向上运动。 交流讨论:(1)t=时,质点8、12、16的运动状态(是否运动、运动方向)如何? (2)t=时,质点8、12、16的运动状态如何? 提示:各质点在各时刻的情况,如图甲、乙所示。 (1)由图甲可知,t=时,质点8未达到波峰,正在向上振动,质点12、16未振动。 (2)由图乙可知,t=时,质点8正在向下振动,质点12向上振动,质点16未振动。 1.机械波的形成 (1) “带动”:先振动的质点带动后振动的质点。 (2) “重复”:后振动的质点重复前面质点的振动。 归纳 关键能力 合作探究 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:各质点都在做受迫振动,所以各质点振动的周期(频率)均与波源的振动周期(频率)相同。 (3)步调:离波源越远,质点振动越滞后。 (4)立场:各质点只在各自的平衡位置振动,并不随波迁移,且起振方向与振源的起振方向相同。 [例1]　(多选)如图是沿水平方向的介质中的部分质点,每相邻两质点间的距离相等,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开始振动,并同时开始计时,经过,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(　　) 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,但如果质点1发生的是第100次振动,则质点9发生的是第98次振动 [答案]　ACD 所有质点起振方向均与波源相同(竖直向下),从题图可知,质点9是图中距波源最远的点,故起振最晚,A正确,B错误;质点7与质点8相比较,质点7靠近波源,质点7先振动,质点8后振动,通过平衡位置或最大位移处的时间总是比质点7落后,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,D正确。 方法总结 1.机械波的形成过程及特点可以概括为“带动、重复、落后”,即前一质点“带动”后一质点振动,后一质点“重复”前一质点的振动形式,并且后一质点的振动“落后”于前一质点。 2.就整个物体来说,呈现的现象是波动,而就构成物体的单个质点来说,所呈现的现象是振动。 [针对训练]　1.沿绳传播的机械波,当波源突然停止振动时(设绳无限长,且波传播过程无能量损失)(　　) A.绳上各质点同时停止振动,波同时消失 B.离波源较近的质点先停止振动,直到所有质点全部停止振动 C.离波源较远的质点先停止振动,直到所有质点全部停止振动 D.前一质点的振动带动相邻后一质点振动,这种振动将由近及远向前传播,不会停止 D 当波源振动时,通过介质将波源的振动形式传递出去的同时,将能量也传递出去。当波源停止振动后,传出去的能量不会消失,当没有其他阻力时,这种波的形式和能量继续存在并将继续传递下去,故A、B、C错误,D正确。 2.如图是某绳波形成过程示意图,1、2、3、4、…为绳上的一系列等间距的质点,绳处于水平方向。质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动,带动2、3、4、…各个质点依次上下振动,把振动从绳的左端传到右端。t=0时质点1开始竖直向上运动,质点振动周期为T,经过四分之一周期,质点5开始运动,此时质点1已发生的位移大小为x0。下列判断正确的是(　　) A.t=时质点5的运动方向向下 B.t=时质点7的加速度方向向上 C.t=时质点5运动的路程为3x0 D.t=T时质点9向下运动 答案:D 经过,质点1从平衡位置运动到波峰,位移大小为x0,则振幅A=x0,后一个质点重复前一个质点的振动,质点1开始振动时是从平衡位置开始向上振动,故质点5开始振动时也是由平衡位置开始向上振动,A错误;因为质点1到质点7的距离是质点1到质点5的距离的1.5倍,所以波从质点1传到质点7所需时间为T,故在t=时质点7已振动T,即质点7在从平衡位置向上运动过程中,根据公式a=-知此时质点7的加速度方向向下,B错误;在t=时刻,质点5已振动,故其通过的路程为2x0,C错误;波从质点1传播到质点9所需时间为T,在t=T时质点9已振动T,故此时质点9正通过平衡位置向下振动,D正确。 二 要点2　质点的振动方向和起振方向的判定 21 “带动法”判定质点的振动方向 (1)原理:先振动的质点带动邻近的后振动的质点。 (2)方法:在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点P',P'为先振动的质点,若P'在P上方,则P向上运动,若P'在P下方,则P向下运动,如图所示。 [例2]　(多选)如图所示,一列绳波沿着绳由左向右传播,A是波源,t时刻,波刚传到B点。下列说法正确的是(　　) A.质点C在t时刻的振动方向向下 B.质点D的起振方向与A相同 C.质点B在t时刻的振动方向向上 D.波源A开始振动时振动方向向上 BCD 根据质点的振动方向和波的传播方向关系知,质点C在t时刻的振动方向向上,故A错误;t 时刻,波刚传到B点,则B点起振方向向上,由波的传播特点知,所有质点起振方向均相同,即A、C、D、B的起振方向均向上,故B、C、D正确。 [针对训练]　3.如图所示是一列向右传播的机械波,请标出这列波中a、 b、c、d、…、h等质点这一时刻的速度方向,并说明每个点的起振方向。 答案:图见解析　向上 由波的传播特点可知,介质中先振动的质点将带动它后面的质点振动,后面质点的振动是前面质点振动的重复,比较沿波传播方向上相邻的两质点,可知后面质点的振动总是滞后于前面的质点。题图中质点c和g此时在最大位移处,速度为零,无速度方向可言。若以此时最大位移处的c点为参考点,由波的传播方向和传播的特点可知,d点相对于c点为后面的质点,d点的振动滞后于c点,要追随c运动到负的最大位移处,所以速度方向向下,e、f依次跟上,速度方向都向下;b的振动超前,已从负的最大位移处向平衡位置运动,所以速度方向向上;a超前b,已回到平衡位置,速度方向也向上;同理以g点为参考点,可知h点速度方向向上,如图所示。每个点重复的都是波源的振动,每个点起振的方向都是相同的,根据带动法可判断最后一个点的振动 方向向上,则所有质点的起振方向均向上。 方法总结 起振方向的判断方法 每个质点都重复波源的起振,故只要判断出一个质点的起振即可以判断每个点的起振,一般我们判断最后一个点振动方向。根据带动法,逆着波的传播方向,根据前边的质点的位置即可判断最后一个点的起振方向,也就判断出了每个点的起振方向。 三 要点3　横波和纵波 28 1.横波:介质质点的振动方向与波的传播方向 的机械波。 2.纵波:传播方向和质点的振动方向在 的机械波。 梳理 必备知识 自主学习 垂直 同一直线上 [思考与讨论] 当地震发生时,地震波在地球内部和地表传播,有时使人感到左右摇晃,有时使人感到上下颠簸,进而造成一定的破坏。 交流讨论:由以上现象可以推知,地震波振动方向与传播方向有何关系? 提示:地震波既含有纵波成分又含有横波成分。人感到上下颠簸是因为有纵波(地震波振动方向与传播方向在同一条直线上),感到左右摇晃是因为有横波(地震波振动方向与传播方向垂直)。 横波和纵波的对比 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 只能在固体介质中传播 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 [例3]　关于横波和纵波,下列说法正确的是(　　) A.对于横波,质点的振动方向与波的传播方向不一定垂直 B.振源上下振动形成的波为横波 C.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 D.形成纵波的质点随波一起迁移 C 横波的特征就是质点的振动方向与波的传播方向垂直,A项错误;并非上下振动形成的波就是横波,如上下振动且上下传播的波是纵波,B项错误;纵波中质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上,方向有时相同,有时相反,C项正确;无论是横波还是纵波,传播的是振动的形式,而质点只在自己的平衡位置附近振动,并不随波迁移,D项错误。 [针对训练]　4.(多选)下列有关横波与纵波的说法正确的是(　　) A.沿水平方向传播的波为横波 B.纵波可以在固态、液态、气态介质中传播 C.纵波与横波不可以同时在同一介质中传播 D.凡是振动方向与波传播方向在同一条直线上的波都是纵波 BD 质点振动方向与波传播方向相互垂直的波叫横波,A错误;纵波可在固体、液体和气体介质中传播,B正确;横波和纵波可在同一种介质中传播,如地震波,C错误;质点振动方向与波传播方向在同一条直线上的波叫纵波,D正确。 5.(多选)横波和纵波的区别是(　　) A.横波中质点的振动方向与波的传播方向垂直,纵波中质点的振动方向与波的传播方向相同或相反 B.纵波不能在空气中传播 C.横波形成波峰和波谷,纵波形成疏部和密部 D.横波中质点的振动方向与波的传播方向在同一条直线上,纵波中质点的振动方向与波的传播方向垂直 AC 物理学中把质点的振动方向与波的传播方向垂直的波称为横波,把质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波称为纵波,对于纵波,质点的振动方向与波的传播方向可能相同,也可能相反,A正确,D错误;声波是纵波,能在空气中传播,B错误;横波形成波峰和波谷,纵波形成疏部和密部,C正确。 四 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)关于机械波的形成,下列说法正确的是(　　) 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.参与振动的质点均有相同的频率 D.机械波是介质随波的迁移,也是振动能量的传递 BC 机械波的形成必须具备的两个条件:振源和介质,若物体做机械振动,而其周围没有传播这种振动的介质,远处介质的质点不可能振动起来形成机械波,故选项A错误;任何一个振动的质点都是一个波源,带动它周围的质点振动,将振动传播开来,所以后一质点总是落后于前一质点,但振动频率相同,故选项B、C正确;形成机械波的各振动质点只在平衡位置附近往复运动,并没有随波迁移,离波源远的质点振动的能量是通过各质点的传递从波源获得的,故选项D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2.关于振动和波的关系,下列说法正确的是(　　) A.如果波源停止振动,在介质中传播的波会立即停止传播 B.发声体在振动时,一定会产生声波 C.波动的过程是介质中的质点由近及远的传播过程 D.波动的过程是质点的振动形式及能量由近及远的传播过程 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 D 波源停止振动,介质中的质点仍然在振动,所以波仍继续传播,选项A错误;产生机械波的条件之一是必须有介质,所以发声体振动时不一定会产生声波,选项B错误;在振动过程中介质中的质点不随波的传播而迁移,只是向外传播振动形式和能量,选项C错误,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 3.关于纵波,下列说法正确的是(　　) A.纵波的传播方向就是波中质点的移动方向 B.纵波中质点的振动方向一定与波的传播方向在同一条直线上 C.纵波中质点的振动方向一定与波的传播方向垂直 D.纵波也有波峰和波谷 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 B 纵波中质点的振动方向与波的传播方向在同一条直线上,质点并不随波迁移。在波动中,横波有波峰和波谷,纵波有密部和疏部。故选项B正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 4.《枫桥夜泊》中有名句:“姑苏城外寒山寺,夜半钟声到客船。”其中,当钟声传到客船时,对大钟的撞击早已停止了,但仍感觉“余音未绝”,分析其原因可能是(　　) A.大钟的回声 B.大钟在继续振动,空气中继续形成声波 C.人的听觉发生“暂留”的缘故 D.大钟虽停止振动,但空气仍在振动 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 D 停止对大钟的撞击后,声波中各质点做阻尼振动,仍在空气中形成声波;随着能量的减弱,钟声逐渐消失,故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 5.(多选)一列横波沿绳子向右传播,某时刻绳子形成如图所示的形状。关于此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点,下列说法正确的是(　　) A.它们的振幅相同 B.质点D和质点F的速度方向相同 C.质点A和质点C的速度方向相同 D.从此时算起,质点B比质点C先回到平衡位置 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 AD 波中各质点均做受迫振动,不考虑能量损耗,各质点振幅相同,选项A正确;波传播时,离波源远的质点的振动落后于离波源近的质点的振动,并跟随着近的质点振动,D跟随C向上运动,F跟随E向下运动,同理,A向下运动,C向上运动,选项B、C错误;由于此时B和C都向上运动,所以B比C先到达最大位移处,并先回到平衡位置,选项D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 6.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,它都不能被波推动,最多只能在湖面上做上下振动 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 D 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振动,不随波向前移动,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 7.一根足够长轻质细绳置于光滑水平地面上,左端固定,用手握住细绳右端的A点,垂直于绳在地面上只完成一次全振动,绳形成如图所示波形。从手刚完成一次全振动的时刻开始计时,下列图像中能正确反映绳上B点振动的图像是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 D 波向左传播,从手刚完成一次全振动的时刻开始计时,此时质点B从平衡位置向下振动,手只完成一次全振动,则B的振动图像如图D所示。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [B组　综合强化练] 8.(多选)如图所示,水平放置的弹性长绳上有一系列均匀分布的质点1、 2、3…现使质点1沿竖直方向做简谐运动,振动将沿绳向右传播,质点1的起始振动方向向上,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9的运动情况是(　　) A.加速度方向竖直向上 B.加速度方向竖直向下 C.速度方向竖直向上 D.速度方向竖直向下 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 BD 由题可知,质点1的起振方向向上,介质中各质点起振方向均向上,波向右传播,画出1~13质点间的波形如图所示,由图可以看出,质点9正在向下运动,速度方向向下,位移减小,加速度也正在减小,且方向竖直向下,故B、D正确,A、C错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 9.如图甲所示,S为振源,P质点距S的距离为r,t=0时刻S由平衡位置开始振动,产生沿直线向右传播的简谐横波,图乙为P质点从t1时刻开始振动的振动图像,则下列说法正确的是(　　) A.t=0时刻振源S的振动方向 沿y轴正方向 B.t2时刻P质点振动速度最大,方向沿y轴负方向 C.t2时刻振源S处于平衡位置向y轴正方向振动 D.若波源停止振动,则P质点也马上停止振动 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A 当机械波在t1时刻刚传到P质点时,P质点的起振方向沿y轴正方向,说明这列波的起振方向沿y轴正方向,则t=0时,振源的振动方向沿y轴正方向,选项A正确;根据题图乙可知,t2时刻P质点处于平衡位置向y轴正方向振动,即此时P质点具有正向的最大速度,选项B错误;根据题图乙无法确定t2时刻振源S的振动方向,选项C错误;如果波源停止振动,则P质点需要经过t1时间才会停止振动,选项D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 10.(多选)关于机械波的说法正确的是(　　) A.相邻的质点相互做功 B.机械波在真空中也能传播 C.波源开始时怎样振动,其他质点开始时就怎样振动 D.除波源外,波中各质点都做受迫振动 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 ACD 机械波是由于介质中前面的质点带动后面的质点使波源的振动形式与波源的能量向远处传播而形成的,前、后质点间存在相互作用力,因而相互做功,故A项正确;机械波的传播必须有介质,在真空中不能传播,故B项错误;波源依次带动后面的质点,每个质点都受迫振动,每个质点的振动频率都与波源的振动频率相同,并且都“仿照”波源振动,故C、D两项正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 11.如图所示,为一列横波在某时刻的波形图,a、b、c、d为介质中的四个质点,a在波峰,d在波谷,c在平衡位置,b的位移大小等于振幅的一半。四个质点的加速度大小分别为aa、ab、ac、ad,速度大小分别为va、vb、vc、vd,则(　　) A.ac<ab<aa<ad B.ac>ab>aa=ad=0 C.va=vd>vb>vc D.va=vd<vb<vc 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 D 质点所受回复力的大小与位移的大小成正比,因而加速度的大小与位移的大小成正比,所以这四个质点的加速度大小关系为aa=ad>ab>ac,故A、B错误;质点越靠近平衡位置速度越大,位移越大则速度越小,所以四个质点的速度大小关系为va=vd<vb<vc,故C错误,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [C组　培优选做练] 12.地壳深处的岩层活动产生强烈震动可引发地震。地震波的纵波传播速度较快,约为6 km/s;横波传播速度较慢,约为4 km/s。甲地发生6.0级地震,震源深度10 km。地震发生后距震源163 km的乙地震感强烈,则以下说法正确的是(　　) A.震源的正上方,地震波的纵波会引起地面物体左右晃动,横波会引起地面上物体上下跳动 B.地震波的横波在介质中传播时,介质中的质点会沿波的传播方向运动,从而导致房屋倒塌 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C.乙地的防震减灾机构有约13.6秒的时间提前预警更具破坏性的横波何时到达 D.建筑物的固有周期与地震波的振动周期越接近,建筑物受到的损伤就越小 答案:C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 振动方向与传播方向在同一条直线上的波叫作纵波,振动方向与传播方向相互垂直的波叫作横波,所以,震源的正上方,地震波的纵波会引起地面物体上下跳动,横波会引起地面上物体水平晃动,A错误;地震波的横波在介质中传播时,介质中的质点会沿垂直于波的传播方向运动,从而导致房屋倒塌,B错误;横波与纵波到达乙地的时间差为t= s- s≈13.6 s,C正确;由共振的知识知,建筑物的固有周期与地震波的振动周期越接近,建筑物的振幅越大,受到的损伤就越大,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 $$