第1节 波的形成（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册（人教版2019 江苏北京版）

第三章 机械波 波的形成 (强基课—逐点理清物理观念) 第 1 节 课标要求 学习目标 通过观察，认识波的特征。能区别横波和纵波。 1.理解波的形成过程，会判断质点的振动方向。 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。 1 逐点清(一) 波的形成及特点 2 逐点清(二) 横波和纵波 3 逐点清(三) 机械波 4 课时跟踪检测 CONTENTS 目录 逐点清(一) 波的形成及特点 1．波：______的传播称为波动，简称波。 2．波的形成(以绳波为例) (1)一条绳子可以分成一个个小段，这些小段可以看作一个个______的质点，这些质点之间存在着________的作用。 多维度理解 振动 相连 弹性力 (2)当手握绳端上下振动时，绳端_____相邻的质点，使它也上下振动，这个质点又带动更远一些的质点……绳子上的质点都跟着振动起来，只是后面的质点总比前面的质点____一些开始振动，绳端这种_______________就沿绳子传出去了，整体上形成了凹凸相间的波形。 带动 迟 上下振动的状态 波动过程中各质点的运动特点 波动过程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——“带动”。 (2)后振动的质点重复前面质点的振动——“重复”。 (3)后振动的质点的振动状态滞后于先振动的质点的振动状态——“滞后”。 1．对于沿绳传播的波，判断下列说法是否正确。 (1)绳上各质点的振动是有先后顺序的。 ( ) (2)绳上各质点振动的周期是相同的。 ( ) (3)绳上各质点振动的平衡位置不断转换即形成波。 ( ) 全方位练明 √ √ × 2．艺术体操中的“带操”表演中，运动员手持细棒抖动彩带的一端，彩带像波浪般翻卷，这是波在彩带上传播的结果。如图所示为“带操”表演中某时刻的照片，已知细棒在竖直方向抖动，P为彩带上的一个质点，若认为该波是向右传播的机械波，则下列说法正确的是(　 ) A．图示时刻，质点P正在向右运动 B．质点P的振动频率小于细棒抖动的频率 C．图示时刻，质点P正在向下运动 D．图示时刻，质点P正在向上运动 √ 解析：质点不随波迁移，故A错误； 质点的振动频率与波源频率相等，故B错误； 由于波向右传播，根据先振动的质点带动后振动的质点可得，质点P正在向上运动，故C错误，D正确。 3．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，由波的形成及图示可知，下列说法中正确的是(　 ) A．每个质点均在其平衡位置附近自由振动 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，振动周期都相同 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 √ 解析：质点1带动质点2是利用绳子上质点间的弹力实现的，因此每个质点均做受迫振动，A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，B错误； 绳子上每一个质点的起振方向都相同，振动周期都等于波源振动周期，C正确； 波的传播过程也是能量的传递过程，所受合力不为零，虽然每个质点均做等幅振动，但是每个质点的机械能并不守恒，D错误。 逐点清(二) 横波和纵波 1．横波：介质中质点的振动方向与波的传播方向_________，这种波称为___波。在___波中，凸起的______叫作波峰，凹下的_______叫作波谷。 多维度理解 相互垂直 横 横 最高处 最低处 2．纵波：介质中质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上，这种波称为____波。在____波中，质点分布______的位置叫作密部，质点分布______的位置叫作疏部。 3．分类依据：横波和纵波是按照_________方向与_______方向的关系来区别的。 纵 纵 最密 最疏 质点振动 波传播 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 横波和纵波的对比 1．(2024·北京丰台区高二检测)有关纵波与横波，下列说法正确的是(　 ) A．振源上下振动形成的波是横波 B．振源水平振动形成的波是纵波 C．波沿水平方向传播，质点在水平面内振动，这类波一定是纵波 D．质点沿水平方向振动，波沿水平方向传播，并且质点的振动方向与波的传播方向平行，这类波是纵波 全方位练明 √ 解析：振源不论是沿水平方向振动，还是沿竖直方向振动，只要振动方向与波的传播方向垂直，则为横波；若振动方向与波的传播方向在同一条直线上，则为纵波。则A、B、C错误，D正确。 2．(2024·江苏淮安调研)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 √ 解析：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。 逐点清(三) 机械波 1．介质 (1)定义：波借以_____的物质。 (2)特点：组成介质的质点之间有__________，一个质点的振动会引起_________的振动。 2．机械波 机械振动在_____中传播，形成了机械波。机械波的传播离不开介质，没有介质就无法形成机械波。 多维度理解 传播 相互作用 相邻质点 介质 3．机械波的特点 (1)介质中有机械波传播时，介质本身并不随波一起传播，它传播的只是______这种运动形式。 (2)波是传递_____的一种方式。 (3)波可以传递______。 振动 能量 信息 4．几种常见的波 (1)绳波是横波； (2)空气中产生的声波是纵波； (3)地震波中既有横波，又有纵波； (4)水波既不是横波，也不是纵波，是一种比较复杂的机械波。 1．机械波中各质点的运动特点 (1)介质中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。 (2)离波源越远，质点振动越滞后，但每一个质点的起振方向与波源起振方向相同。 (3)机械波向前传播的是振动这种运动形式，各质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波迁移。 2．振动和波动的联系 (1)振动是波动的原因，波动是振动的结果；有波动必然有振动，有振动不一定有波动。 (2)波动中各质点振动的性质、频率和振幅与波源相同。 3．“带动法”判断质点的振动方向 (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。 1．判断下列说法是否正确。 (1)物体做机械振动，一定产生机械波。 ( ) (2)机械波的传播方向就是介质中质点的振动方向。 ( ) (3)除振源外，机械波中各质点都做受迫振动。 ( ) (4)机械波是介质随波迁移，也是振动能量的传递。 ( ) 全方位练明 × × √ × 2．一列横波沿绳子向右传播，某时刻绳子形成如图所示的形状，对此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点，下列说法正确的是(　 ) A．质点B向右运动 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 √ 解析：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，并跟随着离波源近的质点振动，题图所示时刻，D跟随C向上运动，F跟随E向下运动，同理可知A向下运动，由此可知选项B、C错误； 介质中的质点不随波迁移，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A错误，D正确。 3．如图是以质点P为波源的机械波在绳上传到质点Q时的波形。 (1)请判断此机械波的类型。 (2)判断图示时刻Q质点的振动方向。 (3)P点从平衡位置刚开始振动时，是朝着哪个方向运动的？ (4)此波是否为P质点移动到Q质点形成的？ 解析：(1)各质点的振动方向与波的传播方向相互垂直，是横波。 (2)P点为波源，Q点在右侧质点的带动下将向上振动。 (3)由(2)可知，当波恰好传到Q点时，Q点起振方向向上，故波源P点从平衡位置开始振动时的方向也向上。 (4)机械波只是传播振动形式，介质中各质点并不随波迁移。 答案：(1)横波　(2)向上　(3)向上　(4)不是 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 A级——基础达标 1．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，当波传到小木条处时，小木条将(　 ) A．随波纹漂向湖岸 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 √ 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：向湖中央扔一石子，圆形水波一圈圈地向外传播，当波传到小木条处时，小木条在原来位置附近上下振动，不随波纹漂向湖岸，也不向波源处漂动，故选项D正确。 1 2 3 4 5 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2．(2024·北京顺义模拟)关于振动和波的关系，下列说法正确的是(　 ) 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，不一定有质点在做机械振动 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 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：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，一定有质点在做机械振动，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。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3．对于横波和纵波，下列说法中正确的是(　 ) A．质点在水平面内振动的波一定是横波 B．质点振动方向与波传播方向都在水平面内的波一定是横波 C．某时刻横波中波峰和波谷处的质点位移都是最大 D．横波中波峰处质点位移最大，波谷处质点位移最小 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：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，所以质点在水平面内振动的波不一定是横波，质点振动方向与波传播方向都在水平面内的波不一定是横波，故A、B错误。 横波中波峰和波谷处振动情况总是相反，横波中波峰和波谷处的质点位移都是最大，故C正确，D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 4．(2024·苏州高二调研)已知一列机械波在一水平绳上匀速传播，则以下说法中正确的是(　 ) A．绳子上任意一点做受迫振动的周期相同 B．绳子上任意一点在四分之一周期内通过的路程为一个振幅 C．绳子上的任意两点振动情况是异步的 D．绳子上质点随波发生迁移 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：机械波在绳子上传播时，各个质点做受迫振动的周期相同，故A正确； 绳上的质点处于平衡位置或波峰、波谷时在四分之一周期内的路程为一个振幅，处于其他位置时在四分之一周期内的路程可能大于或小于一个振幅，故B错误； 绳子上任意两点振动情况可能同步，也可能异步，故C错误； 绳子上质点并不随波发生迁移，故D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 5．(2024·北京西城质检)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(　 ) 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：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时刻波传播到的位置处的质点振动方向向下，可知此时的波形如图D。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 6．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 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 7．(2024·镇江高二检测)用手上下抖动绳的一端，产生一列向右传播的横波。某时刻波形如图所示，其中a、b、c是绳上的三个质点，则(　 ) A．a向上振动 B．c向下振动 C．a 速率最大 D．b速率最大 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：由于波向右传播，根据先振动的质点带动后振动的质点，可知质点a、b向下振动，质点c向上振动，并且质点a恰好通过平衡位置，速率最大。故选C。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 8．如图为波沿着一条右端固定的绳子传播到B点的波形示意图，由图可判断出A开始振动的方向是(　 ) A．向左 B．向右 C．向上 D．向下 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：从题图中可知B点将开始向上振动，波的传播过程中各质点的振动是在波源的带动下依次进行的，每个质点开始的振动方向一定和波源的起振方向相同，所以A开始振动的方向向上，C正确，A、B、D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 9．如图所示，手持较长软绳端点O以周期T在竖直方向上做简谐运动，带动绳上的其他质点振动形成简谐波，该波沿水平方向传播。绳上有另一质点P，t＝0时，O点位于最高点，P点位于最低点，则(　 ) 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 每一个质点的起振方向都跟波源的起振方向相同，故C错误，D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 10．一列横波沿x轴正方向传播，某时刻的波形如图所示，质点a、b均处于平衡位置。则下列说法正确的是(　 ) A．该时刻质点a正向下运动 B．该时刻质点b正向上运动 C．该时刻质点a、b的速度相同 D．质点a、b的振动周期相同 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：由“带动法”知该时刻质点a正向上运动，质点b正向下运动，A、B错误； 该时刻质点a、b的速度大小相等，但方向相反，C错误； 质点a、b的振动周期都等于波源的振动周期，因此质点a、b的振动周期相同，D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 B级——综合应用 11．(2024·昆山高二月考)振源A带动细绳上下振动，某时刻在绳上形成的横波波形如图所示，规定绳上各质点在AP所在直线上方时位移x为正方向，从波传播到细绳上的P点开始计时，下列四幅x-t图像中能表示P点振动图像的是(　 ) 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：波向右传播，开始计时时P点在平衡位置且将向下振动，故A正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 12．《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” D．大钟虽停止振动，但空气仍在振动 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：停止对大钟的撞击后，大钟做阻尼振动，仍在空气中形成声波；随着能量的减弱，钟声逐渐消失，故B正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 13．(2024·江苏徐州质检)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(　 ) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 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 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：虫子脚下的沙子在平衡位置附近上下振动，不会随着波的传播而移动，故A错误； 2 3 4 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。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 14．如图是某绳波形成过程的示意图，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，经过四分之一周期，质点5开始运动。下列判断正确的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：根据质点起振方向与波源起振方向相同，确定质点的振动方向。质点5起振方向与质点1相同，为竖直向上，故A错误； 2 3 4 t＝T时，质点16在平衡位置上方，已经运动了，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 15．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．在震源的正上方，地震波的横波会引起地面物体上下跳动，纵波会引起地面上物体水平晃动 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 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 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 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：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，在震源的正上方，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； 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 由共振的知识可知，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 解析：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。 A．t＝时，P点位于波峰位置 B．t＝时，P点的速度方向水平向右 C．P点的起振方向与O点的起振方向相反 D．P点的起振方向与O点的起振方向相同 解析：t＝时，P点从最低点经历个周期后回到平衡位置，故A错误； t＝时，P点的速度方向向上，向平衡位置移动，故B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； A．t＝时，质点5的运动方向向下 B．t＝时，质点8的加速度方向向上 C．t＝时，质点12的运动方向向上 D．t＝T时，质点16开始运动 t＝T时，质点9开始振动，质点8位于平衡位置上方，加速度竖直向下，故B错误； t＝时，质点13开始振动，质点12位于平衡位置上方，正在向上运动，故C正确； 横波与纵波到达乙地的时间差为t＝ s－ s≈13.6 s，C正确； $$