3.1 机械波的形成和传播 讲义 -2024-2025学年高二上学期物理沪科版（2020）选择性必修第一册

第三章 机械波 课程标准 1.2.4 通过观察，认识波的特征。能区别横波和纵波。能用图像描述横波。理解波速、波长和频率的关系。 1.2.5 知道波的反射和折射现象。通过实验，了解波的干涉与衍射现象。 1.2.6 通过实验，认识多普勒效应。能解释多普勒效应产生的原因。能列举多普勒效应的应用实例。 第一节 机械波的形成和传播 课时聚焦 一、机械波 · 物理学中把____________在_________中的传播称为机械波。 · 介质：能够传播机械波的物质（如空气和水）。 · 波传播了振动的__________和__________，而介质本身并没有随波_________。 二、机械波的形成和传播 1．形成条件：一要有做机械振动的物体——__________，二要有能够传播机械振动的_________。 2．传播特点：① 振动由___________逐步向远处传播；② 各质点________（同时/相继）发生振动，后一质点将重复前一质点的振动；③ 质点起振方向均________；④ 各质点只在各自的________位置附近做机械振动，而不随波迁移。 【例 1】 下列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 三、横波和纵波 比较 横波 纵波 概念 质点的振动方向与波的传播方向_______的波称为横波 质点的振动方向与波的传播方向在_______________的波称为纵波 波形 凹凸相间 疏密相间 特征 在波的传播中交替、间隔出现______和________ 在波的传播中交替、间隔出现______和________ 横波中，凸起部分的_________称为波峰，下凹部分的的________成为波谷。 纵波中，质点分布________的位置称为密部，质点分布的__________位置称为疏部。 声波是________波，_________波既有横波又有纵波。 四、质点振动方向 ⇄ 波的传播方向B C v Bʹ Cʹ · 微平移法：将波形图沿传播方向进行微小平移，再由某一位置的两波形曲线上的点来判定。（例如：右图中波向右传播，根据微平移法，可以判断 B 点向上动到 B′，C点向下动到 C′） 【例 2】 水平绳的一端在外界作用下上下做简谐运动，形成了如图所示沿绳子传播的横波。则： （1）在图（a）中，根据波传播的方向标出质点 A、B、C、D、E 此刻的速度方向，并指出哪些质点的速度将越来越大。 （2）在图（b）中，质点 P 的速度方向向下，在图中标出表示波传播方向的箭头。 D E C B A v P （a） （b） 【例 3】 如图，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，则该时刻质点 B 的振动方向_________，质点C的振动方向________，波源 A 开始振动时的方向_________。（均选填“向上”或“向下”） 同步精练 一、选择题 1． 下列说法正确的是（ ） A．在真空中，单凭耳朵就能听到歌唱家美妙的声音 B．只要有机械波发出，一定能找到产生机械波的波源 C．某空间找不到机械波，在这一空间一定找不到波源 D．“一石激起千层浪”，把小石子扔进平静的湖面，能激起无穷无尽的连续水波 2． 关于机械波的传播，下列说法正确的是（ ） A．介质中质点刚开始振动的方向一定相同 B．波的传播过程就是介质中质点的迁移过程 C．质点刚开始振动的时刻总是落后于后面的质点 D．介质中质点刚开始振动的方向，有的相同，有的不同 3． 在平静的湖面上漂着一小木条，现向湖中央扔一石子，圆形波纹一圈圈地向外传播，当波传到木条处时，小木条将（ ） A．随波纹飘向湖岸 B．波纹传到小木条处，小木条仍不动 C．向波源处漂动 D．在原来位置做上下振动 4． 关于横波和纵波，下列说法正确的是（ ） A．波源上下振动形成的波是横波 B．波源水平振动形成的波是纵波 C．波沿水平方向传播，质点上下振动，这类波是横波 D．质点沿水平方向振动，波沿水平方向传播，这类波是纵波 5． 地震引发的海啸能造成重大的人员伤亡。海啸实际上是一种波浪运动，也可称为地震海啸。下列说法正确的是（ ） A．波源停止振动时，海啸和地震波的传播立即停止 B．地震波和海啸都是由机械振动引起的机械波 C．地震波和海啸都只有纵波 D．地震波和海啸具有能量，随着传播将越来越强 6． 在敲响古刹里的大钟时，有的同学发现，停止对大钟的撞击后，大钟仍“余音袅袅”，分析其原因是（ ） A．大钟的回声 B．大钟在继续振动，空气中继续形成声波 C．人的听觉产生“暂留”的缘故 D．大钟虽停止振动，但空气仍在振动 7． 沿细绳传播的一列机械波，若波源突然停止振动，则（ ） A．绳上各质点同时停止振动，波立即消失 B．绳上各质点不会停止振动，波将继续向前传播 C．离波源较近的各质点先停止振动，较远的各质点稍后停止振动 D．离波源较远的各质点先停止振动，较近的各质点稍后停止振动 8． 以质点 P 为波源的机械波沿着一条一端固定的轻绳传播到质点 Q 的波形如图所示，则质点 P 刚开始振动时的方向为（ ） A．向上 B．向下 C．向左 D．向右 A B C F v E D 9． 一向右传播的横波在某时刻的波形如图所示，在 A、B、C、D、E、F 六个质点中，此时质点的振动方向与加速度方向相一致的是（ ） A．质点 A、质点 B B．质点 A、质点 C C．质点 D、质点 E D．质点 E、质点 F 10． 【多选】如图甲，小孩握住轻绳左端以 T 为周期持续上下抖动绳子，在绳上产生一段绳波。绳上每隔 0.2 m 标记一个点，记为 1、2、3、…、20，点 1 在手的作用下在竖直方向带动 2、3、4、…、20 各个点依次上下振动，0、时刻各质点位置如图乙、丙所示。下列说法正确的是（ ） A．一段时间后，小孩停止上下抖动，绳子上的波马上消失 B．时刻点 4 带动点 5 向下起振 C．由图丙时刻再经过 点 9 运动到平衡位置向上振动 D．此绳波向右传播，能量和运动形式自左向右传播，所以点 5 随波谷向右传播 11． 【多选】如图，一列简谐横波在介质中向右传播，O 点为波源，在某时刻波刚好传到图中的 B 点，则下列说法正确的是（ ） A．此时刻 P 点向上运动，B 点速度为零 B．波从 O 点传到 A 点所需的时间与从 A 点传到 B 点所需的时间相同 C．此时刻 Q 点具有最大速度 D．A、B 两点的速度总是相同的 二、填空题 12． 一阵风吹过麦地，形成一片麦浪滚滚的景象，这滚滚的麦浪_________机械波；大型团体操中，人群按照口令，轮流起立蹲下形成的“人浪”_________（均选填“是”或“不是”）机械波。 13． 如图所示为水波传播的先后两个时刻的情景，试比较两图中水波的传播情况与水面上树叶的位置，可以得出的结论是： __________________________________________________________。 14． 已知某时刻一列横波的波形如图所示，波的传播方向向左。此时 P、Q、O、M、N 五个质点的振动方向分别为向________、向________、向________、向________、向________；P、Q、M、N 四个质点的加速度方向分别为向________、向________、向________、向________（均选填“上”或“下”）。P Q O N v M 15． 取一条较长的软绳，用手握住一端（O 点）连续上下抖动，在绳上形成一列简谐横波。已知 O 点完成一次全振动所用的时间为 T，某一时刻的波形如图所示，绳上 a、b 两点均处于平衡位置，则 a、b 两点振动方向___________（选填“相同”“相反”或“无法确定”），再经____________时间（填写一个周期内的时间），b 点将运动到波峰位置。 三、综合题 16． 有一列向右传播的横波，某时刻的波形如图所示，画出再经过 T 时的波形（T 为波源做简谐运动的周期），并用箭头在图上标出质点 11、12、13、18、19 此时的振动方向。 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 3 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 3 1 17． 如图，把足够长的细绳水平放置并使其 B 端固定，在 A 端产生一个开始时向下运动的振动，当 A 端的振动第二次到达下方最低点时，波恰传到 B 点，在图中画出此时绳上的波形。 A B 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第三章 机械波 课程标准 1.2.4 通过观察，认识波的特征。能区别横波和纵波。能用图像描述横波。理解波速、波长和频率的关系。 1.2.5 知道波的反射和折射现象。通过实验，了解波的干涉与衍射现象。 1.2.6 通过实验，认识多普勒效应。能解释多普勒效应产生的原因。能列举多普勒效应的应用实例。 第一节 机械波的形成和传播 课时聚焦 一、机械波 Comment by fj: 机械振动，介质 运动形式，能量，迁移 · 物理学中把____________在_________中的传播称为机械波。 · 介质：能够传播机械波的物质（如空气和水）。 · 波传播了振动的__________和__________，而介质本身并没有随波_________。 二、机械波的形成和传播 Comment by fj: 1．波源，介质 2．①波源 ②相继 ③相同 ④平衡位置 第 2 点书本上没有原话 此时应用课件展示波的形成过程，并完成书本P46页自主活动画波形图，可以介绍两种思路：质点的五点法和波形的平移法，推荐后一种 1．形成条件：一要有做机械振动的物体——__________，二要有能够传播机械振动的_________。 2．传播特点：① 振动由___________逐步向远处传播；② 各质点________（同时/相继）发生振动，后一质点将重复前一质点的振动；③ 质点起振方向均________；④ 各质点只在各自的________位置附近做机械振动，而不随波迁移。 【例 1】 下列对机械波的认识正确的是（ ） Comment by fj: A 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 三、横波和纵波 Comment by fj: 垂直，波峰，波谷 同一直线上，密部，疏部 比较 横波 纵波 概念 质点的振动方向与波的传播方向_______的波称为横波 质点的振动方向与波的传播方向在_______________的波称为纵波 波形 凹凸相间 疏密相间 特征 在波的传播中交替、间隔出现______和________ 在波的传播中交替、间隔出现______和________ 横波中，凸起部分的_________称为波峰，下凹部分的的________成为波谷。 Comment by fj: 最高点，最低点，最密，最疏，纵，地震 纵波中，质点分布________的位置称为密部，质点分布的__________位置称为疏部。 声波是________波，_________波既有横波又有纵波。 四、质点振动方向 ⇄ 波的传播方向B C v Bʹ Cʹ · 微平移法：将波形图沿传播方向进行微小平移，再由某一位置的两波形曲线上的点来判定。（例如：右图中波向右传播，根据微平移法，可以判断 B 点向上动到 B′，C点向下动到 C′） 【例 2】 水平绳的一端在外界作用下上下做简谐运动，形成了如图所示沿绳子传播的横波。则： Comment by fanjing: （1）A、B、C、D、E 各点的振动速度方向如图（a）所示，A、B 和 E 三点的速度将越来越大 （2）如图（b）所示 书本课后习题 （1）在图（a）中，根据波传播的方向标出质点 A、B、C、D、E 此刻的速度方向，并指出哪些质点的速度将越来越大。 （2）在图（b）中，质点 P 的速度方向向下，在图中标出表示波传播方向的箭头。 D E C B A v P （a） （b） 【例 3】 如图，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，则该时刻质点 B 的振动方向_________，质点C的振动方向________，波源 A 开始振动时的方向_________。（均选填“向上”或“向下”） Comment by fj: 向上，向上，向上 第（3）格问起振方向容易错 同步精练 一、选择题 1． 下列说法正确的是（ ） A．在真空中，单凭耳朵就能听到歌唱家美妙的声音 B．只要有机械波发出，一定能找到产生机械波的波源 C．某空间找不到机械波，在这一空间一定找不到波源 D．“一石激起千层浪”，把小石子扔进平静的湖面，能激起无穷无尽的连续水波 2． 关于机械波的传播，下列说法正确的是（ ） Comment by fj: A A．介质中质点刚开始振动的方向一定相同 B．波的传播过程就是介质中质点的迁移过程 C．质点刚开始振动的时刻总是落后于后面的质点 D．介质中质点刚开始振动的方向，有的相同，有的不同 3． 在平静的湖面上漂着一小木条，现向湖中央扔一石子，圆形波纹一圈圈地向外传播，当波传到木条处时，小木条将（ ） Comment by fj: D A．随波纹飘向湖岸 B．波纹传到小木条处，小木条仍不动 C．向波源处漂动 D．在原来位置做上下振动 4． 关于横波和纵波，下列说法正确的是（ ） A．波源上下振动形成的波是横波 B．波源水平振动形成的波是纵波 C．波沿水平方向传播，质点上下振动，这类波是横波 D．质点沿水平方向振动，波沿水平方向传播，这类波是纵波 5． 地震引发的海啸能造成重大的人员伤亡。海啸实际上是一种波浪运动，也可称为地震海啸。下列说法正确的是（ ） Comment by fj: B A．波源停止振动时，海啸和地震波的传播立即停止 B．地震波和海啸都是由机械振动引起的机械波 C．地震波和海啸都只有纵波 D．地震波和海啸具有能量，随着传播将越来越强 6． 在敲响古刹里的大钟时，有的同学发现，停止对大钟的撞击后，大钟仍“余音袅袅”，分析其原因是（ ） Comment by fj: B A．大钟的回声 B．大钟在继续振动，空气中继续形成声波 C．人的听觉产生“暂留”的缘故 D．大钟虽停止振动，但空气仍在振动 7． 沿细绳传播的一列机械波，若波源突然停止振动，则（ ） Comment by fj: C A．绳上各质点同时停止振动，波立即消失 B．绳上各质点不会停止振动，波将继续向前传播 C．离波源较近的各质点先停止振动，较远的各质点稍后停止振动 D．离波源较远的各质点先停止振动，较近的各质点稍后停止振动 8． 以质点 P 为波源的机械波沿着一条一端固定的轻绳传播到质点 Q 的波形如图所示，则质点 P 刚开始振动时的方向为（ ） Comment by fj: A A．向上 B．向下 C．向左 D．向右 A B C F v E D 9． 一向右传播的横波在某时刻的波形如图所示，在 A、B、C、D、E、F 六个质点中，此时质点的振动方向与加速度方向相一致的是（ ） A．质点 A、质点 B B．质点 A、质点 C C．质点 D、质点 E D．质点 E、质点 F 10． 【多选】如图甲，小孩握住轻绳左端以 T 为周期持续上下抖动绳子，在绳上产生一段绳波。绳上每隔 0.2 m 标记一个点，记为 1、2、3、…、20，点 1 在手的作用下在竖直方向带动 2、3、4、…、20 各个点依次上下振动，0、时刻各质点位置如图乙、丙所示。下列说法正确的是（ ） A．一段时间后，小孩停止上下抖动，绳子上的波马上消失 B．时刻点 4 带动点 5 向下起振 C．由图丙时刻再经过 点 9 运动到平衡位置向上振动 D．此绳波向右传播，能量和运动形式自左向右传播，所以点 5 随波谷向右传播 11． 【多选】如图，一列简谐横波在介质中向右传播，O 点为波源，在某时刻波刚好传到图中的 B 点，则下列说法正确的是（ ） A．此时刻 P 点向上运动，B 点速度为零 B．波从 O 点传到 A 点所需的时间与从 A 点传到 B 点所需的时间相同 C．此时刻 Q 点具有最大速度 D．A、B 两点的速度总是相同的 二、填空题 12． 一阵风吹过麦地，形成一片麦浪滚滚的景象，这滚滚的麦浪_________机械波；大型团体操中，人群按照口令，轮流起立蹲下形成的“人浪”_________（均选填“是”或“不是”）机械波。 Comment by fj: 不是，不是 13． 如图所示为水波传播的先后两个时刻的情景，试比较两图中水波的传播情况与水面上树叶的位置，可以得出的结论是： Comment by fj: 机械波在传播过程中介质中的质点并不随波移动 __________________________________________________________。 14． 已知某时刻一列横波的波形如图所示，波的传播方向向左。此时 P、Q、O、M、N 五个质点的振动方向分别为向________、向________、向________、向________、向________；P、Q、M、N 四个质点的加速度方向分别为向________、向________、向________、向________（均选填“上”或“下”）。 Comment by fj: 下，上，上，上，下；上，上，下，下P Q O N v M 15． 取一条较长的软绳，用手握住一端（O 点）连续上下抖动，在绳上形成一列简谐横波。已知 O 点完成一次全振动所用的时间为 T，某一时刻的波形如图所示，绳上 a、b 两点均处于平衡位置，则 a、b 两点振动方向___________（选填“相同”“相反”或“无法确定”），再经____________时间（填写一个周期内的时间），b 点将运动到波峰位置。 Comment by fj: 相反， 三、综合题 16． 有一列向右传播的横波，某时刻的波形如图所示，画出再经过 T 时的波形（T 为波源做简谐运动的周期），并用箭头在图上标出质点 11、12、13、18、19 此时的振动方向。 Comment by fj: 如图 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 3 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 3 1 17． 如图，把足够长的细绳水平放置并使其 B 端固定，在 A 端产生一个开始时向下运动的振动，当 A 端的振动第二次到达下方最低点时，波恰传到 B 点，在图中画出此时绳上的波形。 Comment by fj: 做得很差 A B 学科网（北京）股份有限公司 $$