第3章 1 机械波的形成和传播（Word教参）-【精讲精练】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册（教科版2019）

1　机械波的形成和传播 [学业要求与核心素养] 物理观念 科学思维 1．理解机械波的形成过程和产生条件。 2．知道横波和纵波的概念。 明确机械波传播的特点。 一、机械波的形成和传播 阅读教材，并回答： 1．在教材《活动》中，按照图3­1­3做一做。 (1)红色标记有没有随波迁移？ (2)当手停止抖动后，绳上的波会立即停止吗？ 答　(1)没有，红色标记只在竖直方向上下振动。 (2)不会，当手停止抖动后，波仍向右传播。 2．认真观察教材图3­1­4绳波的形成过程： (1)各质点的“起振”(开始振动)方向与振源的起振方向有何关系？是否同时起振？ (2)各质点的振动形式与振源的振动形式有何关系？ (3)波的传播方向与各质点的振动方向是否一回事？各质点是否随波“迁移”？ 答　(1)相同　不是　(2)相同　(3)不是　不 [概念·规律] 形成原因：以绳波为例(如图) (1)可以将绳分成许多小段，每一小段看成一个__质点__。 (2)手握绳端不动时，各个质点排列在同一直线上，各个质点所在的位置称为各自的__平衡位置__。 (3)由于绳中各质点之间存在着相互作用力，开始振动的质点就__带动__周围质点振动，并依次__带动__邻近质点振动，于是振动就在绳中由近及远地传播。 二、机械波 1．介质 (1)定义：能够以__传播__振动的物质。 (2)特点：组成介质的质点之间有__相互作用__，一个质点的振动会引起相邻质点的振动。 2．形成：__机械振动__在介质中传播，形成机械波。 3．产生条件 (1)要有__波源__。 (2)要有传播振动的__介质__。 4．机械波的实质 (1)传播振动这种运动__形式__。 (2)传递能量的一种__方式__。依靠介质中各个质点间的相互作用力而使各相邻质点依次做机械振动来传递波源的能量。 三、横波和纵波 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 横 波 质点的振动方向和波的传播方向相互__垂直__的波 波峰：横波中，凸起的__最高__处 波谷：横波中，凹下的__最低__处 纵 波 质点的振动方向和波的传播方向在同一__直线__上的波 密部：纵波中，质点分布__最密__的位置 疏部：纵波中，质点分布__最疏__的位置 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。 探究点一　波的形成、传播及特点 1．机械波的形成 2．机械波的特点 (1)振幅：各质点的振幅相同。 (2)周期(频率)：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)运动：各质点只在各自的平衡位置附近做往复振动，并不随波迁移。各质点的起振方向都与波源开始振动的方向相同。 　如图所示，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。问： (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？ [解析]　各质点在各时刻的情况，如图所示： (1)由甲图可知，t＝时，质点8未达到波峰，正在向上振动，质点12、16未振动。 (2)由乙图可知，t＝时，质点8正在向下振动，质点12向上振动，质点16未振动。 [答案]　见解析 ●核心素养·思维升华 波动过程中各质点的运动规律可用三句话来描述 (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。 概括起来就是“带动、重复、落后”。 1．关于振动与波的关系，下列说法正确的是(　　) A．有机械波必有振动 B．有机械振动必有波 C．离波源远的质点振动较慢 D．波源停止振动时，介质中的波立即停止传播 解析　机械振动在介质中向外传播就形成了机械波，所以有机械波必定有机械振动。但如果只有振动，而没有介质的传播就不会有机械波的产生。因各质点的振动都是重复波源的振动，不论距波源多远，振动的快慢都一样；在波源停止振动时，波仍将继续向外传播而不会停止。 答案　A 2．(多选)关于机械波的说法中，正确的是(　　) A．各质点都在各自的平衡位置附近振动 B．相邻质点间必有相互作用力 C．前一质点的振动带动相邻的后一质点振动，后一质点的振动必定滞后于前一质点 D．各质点随波的传播而迁移 解析　波源的振动使其周围质点依次振动，之所以能依次振动下去，就是依靠了相邻质点间的相互作用力；沿波的传播方向，后一质点的振动必滞后于前一质点的振动；质点只在平衡位置附近振动，并不随波迁移。 答案　ABC 探究点二　横波和纵波 [交流讨论] 1．观察横波演示器所模拟的横波的发生情况，如图(a)所示，记下你的观察结果。 答　略 2．观察纵波演示器所模拟的纵波的发生情况，如图(b)所示，记下你的观察结果。 答　略 3．根据以上观察，试总结横波和纵波的区别。 答　略 [归纳总结] 横波和纵波的区别 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 　下列关于横波、纵波的说法正确的是(　　) A．同一波源在同一介质中形成的机械波中可同时具有横波和纵波 B．由于横波、纵波的振动方向与波的传播方向的关系不同，因此横波、纵波不可能沿同一方向传播 C．横波、纵波在同一介质中的传播速度一定相等 D．只要存在介质，不管是固体、液体或气体，均可传播横波和纵波 [解析]　同一波源产生的波中可同时具有横波、纵波，如地震波，故选项A正确；虽然传播这两种波的介质质点振动方向与波传播方向的关系不同，但并不妨碍两者沿同一方向传播，故选项B错误；在同一介质中，横波和纵波传播速度一般不同，如地震波中纵波比横波传播得快，故选项C错误；横波可以在固体内传播，不可以在液体、气体中传播，而纵波可在固体、液体和气体中传播，故选项D错误。 [答案]　A 3．(多选)下列有关横波与纵波的说法中正确的是(　　) 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 解析　纵波与横波可以同时在同一介质中传播，如地震波中既有横波又有纵波。 答案　BD 4．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．形成纵波的质点不随波迁移 解析　横波质点的振动方向与传播方向相互垂直，纵波质点的振动方向与传播方向有时相同，有时相反，故A、B项错误；介质中的质点都是在平衡位置附近做往复运动，不会随波迁移，故C项错误，D项正确。 答案　D 1．(多选)(波的形成和传播)如图所示，沿水平方向的介质中的部分质点，每相邻两质点的距离相等，其中O为波源，设波源的振动周期为T，从波源通过平衡位置竖直向下振动开始计时，经质点1开始振动，则下列说法中正确的是(　　) A．介质中所有质点的起振方向都是竖直向下的，但图中质点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振动时通过平衡位置或最大位移处的时间总是比质点7通过相同的位置时落后 D．只要图中所有质点都已振动了，质点1与质点9的振动步调就完全一致，如果质点1发生的是第100次振动，则质点9发生的就是第98次振动 答案　ACD 2．(横波和纵波)有关纵波与横波，下列说法中正确的是(　　) A．对于纵波，质点的振动方向与波的传播方向一定相同 B．对于横波，质点振动方向与波的传播方向垂直 C．纵波的质点可以随波迁移，而横波的质点不能 D．横波只能在固体中传播，纵波只能在液体、气体中传播 答案　B 3．(多选)(振动与波的关系)关于机械波和机械振动，下列说法中正确的是(　　) A．机械振动就是机械波，机械波就是机械振动 B．有机械波，则一定有机械振动 C．机械波就是质点在介质中的运动路径 D．在波传播方向上各个质点都有相同的振动频率和振幅 答案　BD 4．(振动与波的关系)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，在介质中传播的波也立即停止 B．发声体在振动时，一定会产生声波 C．有振动一定有波，但有波不一定有振动 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 解析　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，选项B错误；要想产生波，必须有振源和介质，若没介质则不会形成波，故有波必有振动，但有振动不一定有波，选项C错误。在振动过程中质点不随波的传播而迁移，只是向外传播信息和能量，选项D正确。 答案　D [基础训练] 1．(多选)关于机械波的以下说法中，正确的是(　　) A．发生波动需要两个条件：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自由振动 解析　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。各质点只在平衡位置附近振动，并不随波向外迁移，仅把振源的振动形式和能量传播开来。波源和介质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。相邻的介质质点间存在相互作用，故介质质点也不是自由振动。 答案　AC 2．(多选)关于机械波的说法正确的是(　　) A．相邻的质点要相互做功 B．纵波的质点可以随波迁移，而横波的质点不能 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 解析　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正确；无论是横波还是纵波，波传播过程中，各质点只能在各自的平衡位置附近振动，质点不随波迁移，因此B错；波源依次带动后面的质点，每个质点都做受迫振动，每个质点的频率都与波源频率相同，并且都“仿照”波源振动，故C、D正确。 答案　ACD 3．一个小石子投向平静的湖面中心，会激起一圈圈波纹向外传播，如果此时水面上有一片树叶，下列对树叶运动情况的叙述正确的是(　　) A．树叶慢慢向湖心运动 B．树叶慢慢向湖岸漂去 C．在原处上下振动 D．沿着波纹做圆周运动 解析　由于波在传播过程中，各质点不随波迁移，只在各自的平衡位置附近做振动，故选C。 答案　C 4．(多选)一列波由波源处向周围扩展开去，下列说法正确的是(　　) A．介质中各质点由近及远地传播开去 B．介质中质点的振动形式由近及远地传播开去 C．介质中质点振动的能量由近及远地传播开去 D．介质中质点只是振动而没有迁移 解析　波动过程是振动形式和振动能量的传递过程，介质中质点并不随波迁移。 答案　BCD [能力提升] 5．(多选)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 解析　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关系为ad＝aa＞ab＞ac，A正确，B错误；而质点越靠近平衡位置速度越大，位移越大则速度越小，四个质点的速度大小关系为va＝vd＜vb＜vc，C错误，D正确。 答案　AD 6．一列波在介质中向某一方向传播，如图为此波在某一时刻的波形图，并且此时振动还只发生在M、N之间，已知此波的周期为T，Q质点速度方向在波形图中是向下的，下面说法中正确的是(　　) A．波源是M，由波源起振开始计时，P质点已经振动时间T B．波源是N，由波源起振开始计时，P质点已经振动时间 C．波源是N，由波源起振开始计时，P质点已经振动时间 D．波源是M，由波源起振开始计时，P质点已经振动时间 解析　由于此时Q质点向下振动，且Q质点右方相邻质点在Q质点下方，则波向左传播，N是波源。经过一个周期，振动从N点传播到M点，又因从波源N起振开始计时，需经T，P质点才开始振动，故P质点已振动了，选项C正确。 答案　C 7．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时质点的振动状态。 解析　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，波源出现在波峰，质点16起振。如图所示。 答案　见解析图 学科网（北京）股份有限公司 $$