第3章 第1节 波的形成-【重难点手册】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册（人教版2019）

3 第三章 机械波 第1节 波的形成 重点和难点 课标要求 重点：1，通过演示实验，理解机械波形成的两个基本条 1.知道什么是机械波，理解机械波的形成过程 件：介质和波源 和形成条件 2通过比较横波与纵波的特点，知道哪些是横波 2.知道横波和纵波的定义，理解波的形状中波 哪些是纵波 峰和波谷，密部和疏部的物理意义 难点：弄清单个质点与多个质点的运动关系，单个质点 3.理解简谐波的传播过程，知道机械波传播的 做简谐运动，多个质点运动形成波 是波源的振动形式、能量和信息。 真口-01必备知识梳理， 基础梳理 知识点1波的形成 1.波的定义 冒敲黑板 波的形成过程的总结 振动的传播称为波动，简称波. L,前面质点的运动带动 2.波的形成 后面质点的运动 波的形成过程实际上是离波源较近的前面的质点的振动带 2.后面质点的运动重复 并滞后于前面质点的运动 动离波源较远的后面的质点的振动，后面质点的振动重复着前面 质点的振动，且后面质点的振动总是滞后于前面质点的振动，在 同一时刻，介质中各个质点离开平衡位置的位移是不同的，这样 就形成了凹凸相间的波形，如图所示。 =0 123456789101112131415161718 5678910112131415161718 89101112131415161718 1112131415161718 0 131 重避手细高中物理选择性必修第一册划 10 1415161718 1213 1718 3.波的形成条件 (1)有波源 首先产生振动的物体。 (2)有介质—波借以传播的物质。 4.波动的实质 (1)波不仅是振动能量的传播，也是振动形式的传播，即波还 是信息的载体 (2)沿波的传播方向，介质中各质点都在各自的平衡位置附 近来回振动，质点本身并不随波迁移. 5.振动和波动的比较 振动 波动 2划重点 运动振动是单个质点表现出的 波动是质点群联合起来表现出的周而复 绳上的波，介质是绳：弹 现象周而复始的运动现象 始的运动现象 簧上的波，介质是弹黄：水波 质点由于某种原因离开平 介质中质点受到相邻质点的扰动而随着 在水面上传播，介质是水：声 运动衡位置，同时受到指向平 波在空气中传播，介质是空 成因衡位置的力— 运动，并由近及远传播开去.各质点间存 回复力的 在相互作用力 气：声波在因体中传播，介质 作用 是固体 振动是系统的动能与势能 波在传播过程中，波源将机械能传递给相 能量 的相互转换，如果是简谐 邻质点，并沿波的传播方向依次传递下 变化 去，如果波源停止振动，不再向外传递能 运动，机械能守恒 量，各个质点的振动也会相继停下来 相互振动是波的起因，波是振动的传播：就单个质点来看，所呈现的是振 联系动，就质点群的整体来看，所呈现的是波动：都是周而复始的运动现象 例①(2024·云南玉溪一中月考)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，就一定会激发机械波 B.如果振源停止振动，它所引起的波动也立即停止 C.质点的振动方向总是垂直于波的传播方向 D.介质中每个质点开始振动的方向一定与振源开始振动的 方向相同 132 第三章 机械波么 解析形成机械波的条件：一是有机械振动：二是有传播振动 的介质.有机械振动不一定有机械波，还要有传播振动的介质，A 错误.振源停止振动时，它引起的波在介质中仍继续向前传播，B 错误.机械波有横波和纵波两类，对于横波，质点的振动方向总与 波的传播方向垂直；对于纵波，质点振动方向与波的传播方向在 同一直线上.C错误.波在传播中介质的各，点相互带动，所以介质 中每个质点开始振动的方向一定与振源开始振动的方向相同，D 正确 [答案D 知识点2横波和纵波 波可分为横波和纵波两类（如下表所示）。 卫划重点 横波 纵波 横波是物体的形状发生 了变化而产生弹力作用所致， 质点的振动方向与波的传播方质点的振动方向与波的传播方 定义 因为只有固体才有固定的形 向互相垂直的波 向在同一直线上的波 状，也只有固体发生形变时才 标志性 ①波峰：凸起的最高处 ①密部：质点分布最密的位置 产生弹力，所以横波只有在固 物理量 ②波谷：凹下的最低处 ②疏部：质点分布最疏的位置 体中才能传播. 波峰 密部 密部 波形 疏部 被斧 知识点3机械波 1.机械波：机械振动在介质中传播，形成了机械波 记方法园 2.机械波的特点 “带动法”分析质点的 (1)各质点都做受迫振动，其振动的频率（或周期）都与波源 振动方向 的频率（或周期）相同，各质点的起振方向都与波源相同，但不同 在波的传播中，靠近波源 步，离波源越远的质点起振越滞后 的质点带动后面的质点运动， (2)机械波传播的是波源的运动形式和波源提供的能量，介 离波源远的质点跟随离波源 质中各质点并不随波迁移，而是在自己的平衡位置附近振动.在 近的质点运动. 横波中，波动方向与振动方向垂直.在均匀介质中，波动是匀速运 方法：若判断质，点P此时 动，振动是变速运动。 的运动方向，可以在质点P靠 (3)横波传播过程，介质中各质点靠弹力相互作用，前一质点 近波源一侧附近的波形图上 带动后一质点振动，后一质点跟着前一质点，故可看到一质点的 找一点P',若P在P上方，则 位置而确定后一质点的运动方向.此外，若不计能量损失，在均匀 P向上运动（如图甲所示）：若 介质中各质点振动的振幅应相同， P在P下方，则P向下运动 (4)机械波在传播时也传递了信息. (如图乙所示). 133 国避手册高中物理选择性必修第一册) 例②(2024·湖北荆州中学月考)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 P向上运动 P向下运动 横波 甲 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 机械波的形成过程实际 在真空中传播 上是离波源较近的前面质点 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 的振动带动着离波源较远的 D.波传播的过程就是介质中的质点随波迁移的过程 后面质点的振动，后面质，点的 振动重复着前面质点的振动， 解析质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上的波叫 并且后面质点的振动总是滞 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 后于前而质点的振动。 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 可以归纳为三个词：“带 不会带动周国质点的振动，所以不能形成机械波，B错误：波在介 动”“重复”“滞后”. 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 正确；介质中的质，点只是在各自的平衡位置两侧做周期性振动， 并不随波迁移，D错误。 [答案C 02关键能动提升一。 题型1机械振动和机械波的关系 是介质质点由近及远的传播过程，而是质点的 例①关于振动和波的关系，下列说法正 振动形式及能量由近及远的传播过程，故C错 确的是( 误，D正确. A.如果波源停止振动，在介质中传播的波 答案D 也立即停止 方法总国 B.发声体在振动时，一定会产生声波 振源振动，介质中的质点由近及远依次 C.波动的过程是介质质点由近及远的迁 开始振动，它们将传递波源的振动形式和能 移过程 量；而振动在介质中的传播形成机械波，机械 D.波动的过程是质点的振动形式及能量 波的传播与振动是不同的。 由近及远的传播过程 解析由于机械波依据介质传播，如果振 题型2判断质点及波源的起振方向 源停止振动，已经振动的质，点，由于惯性还要 例②手持软绳的一端O点在竖直方向上 振动一会儿，所以形成的波不会立即停止，故 做简谐运动，带动绳上的其他质点振动形成沿 A错误；机械波是机械振动在介质中传播的过 绳水平传播的简谐波，P、Q为绳上的两点.1一 程，有机械振动不一定有机械波，还必须有传 0时O点由平衡位置出发开始振动，至时刻 播振动的介质，故B错误：波在介质中传播，不 恰好完成两次全振动，绳上QQ间形成如图所示 134 第三章机械波么 的波形(Q点之后未画出)，则( 源通过平衡位置竖直向下振动开始计时，经了 质点1开始振动，则下列关于质点的振动和介 质中的波的说法中正确的是( A.t时刻之前Q点始终静止 0123456789 B.t时刻P点运动方向向上 A.介质中所有质点的起振方向都是竖直 C.1时刻P点刚好完成一次全振动 向下的，但图中质点9起振最晚 D.=0时O点运动方向向上 B.图中所画出的质点起振时间都是相同 解析因为至时刻O点已完成两次全 的，起振的位置和起振的方向是不同的 振动，由图可知，此时Q点已经开始振动，故选 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 项A错误；由于运动方向是从O到Q,因此P 位移处的时间总是比质点7通过相同的位置 点的运动方向向下，故选项B错误；因为P点 处在两个振动周期的中间点，因此1时刻P点 时落后 刚好完成一次全振动，故选项C正确：根据图 D.只要图中所有质点都已振动了，质点1 像可知，1=0时O点运动方向向下，故选项D 与质点9的振动步调就完全一致，如果质点1 错误. 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C 解析由图可知，质点9是图中距波源最 方钱 远的，点，尽管与波源起振方向相同，但起振时 波源起振方向的判断步骤：①明确要判 刻最晚，故A项符合题意，B项不符合题意，由 定的那一时刻波的最前端质，点：②弄清楚最 波形成的特点可知后面的质点重复前面质，点 前端质，点的振动方向：③波形最前端质点的 的运动，质点7与质点8比较，质点7是质点8 振动方向即为波源的起振方向。 的前质点，质点7,8间的振动步调相差不，故 题型3对波中质点振动情况的判断 C项符合题意.质点9比质点1晚2T开始起 例3（多选）如图所示，沿水平方向的介 振，一旦质点9起振后，质点1、9的振动步调就 质中的部分质点，每相邻两质点的距离相等， 完全一致，故D项符合题意. 其中O为波源.设波源的振动周期为T,从波 答案ACD 门03核心素养聚焦、 考向1对波中质点振动情况的判断 确的是( 例①(2023·海南选考)（改编）（多选）下 A.该波的周期是5s 面两图分别是一列机械波在传播方向上相距 B.该波的周期为4s 6m的两个质点P,Q的振动图像.下列说法正 C.4s时P质点向上振动 135 重雅点手细高中物理选择性必修第一册) D.4s时Q质点向上振动 出，在4s时P质点在平衡位置向上振动，C正 确：由Q质点的振动图像可看出，在4s时Q 质点在平衡位置向下振动，D错误。 答案BC 解析由振动图像可看出该波的周期是 命题意图 考查对波的形成和传播的掌握 4s,A错误，B正确；由P质点的振动图像可看 核心素养 物理观念之运动观念 素养水平水平2 04学业质量测评。 A基础过关练 渊试时问间：15分钟 、、,则( 1.关于横波与纵波，下列说法中不正确的是 (). A.机械波可分为横波和纵波 B.横波与纵波在固体、液体、气体中都能 A.a<a<a-ad B.a>ana=ad=0 传播 C.v=vl>0>V D.a=u<队<u C.在纵波中，质点在疏部中心的位移为0 5.(多选)一列横波沿绳子向右传播，某时刻绳子 D.在横波中，质点在波谷时动能最小 形成如图所示的形状.对此时绳上AB、C、D、 2.一小石子落入平静的湖面中央，圆形波纹一 E、F六个质点，下列说法中正确的是(). 圈圈向外传播，有一片树叶落在水面上，则 B 树叶( A.逐渐漂向湖心 B.逐渐漂向湖畔 A.它们的振幅相同 C.在落下的地方上下振动 B.质点D和F的速度方向相同 D.沿树叶所在的圆圈做圆周运动 C,质点A和C的速度方向相同 3.(多选)下列说法中正确的是( D.从此时算起，质点B比C先回到平衡位置 A.没有机械波就没有机械振动 ●B综合提能练 测试时间：20分 B.月球上两名宇航员靠近些就可以听到对 6.如图所示为波源开始振动后经过一个周期 方的说话声 的情景图.设介质中质点的振动周期为T, C.一列波由波源向周围扩展开去，是波源质 则下列说法中正确的是(). 点的振动形式由近及远地传播开去 D.机械波的产生需要两个条件：波源和介质 4.(多选)如图为一列简谐波在某时刻的波形 图，a、b、c、d为介质中的四个质点.若a在波 A.若M点为波源，则M点开始振动时方向 峰，d在波谷，c在平衡位置，b的位移大小等 向下 于振幅的一半，四个质点的加速度大小分别 为aa、a6、ac、a,它们的速度大小分别为U、 B若M点为波源，则P点已经振动了子T 136 第三章 机械波 C,若点为波源，则P点已经振动了T 动.下列判断中正确的是( ) D.若V点为波源，则该时刻P点动能最大 生之3方73迹 7.如图所示，沿波的传播方向上有间距均为 A.质点20开始振动时运动方向向上 1m的六个质点A、B、C、D、E、F,均静止在 B.质点20开始振动时运动方向向下 各自的平衡位置.一列横波以1m/s的速度 C1=哥时质点5的加速度方向向上 水平向右传播，t=0时到达质点A,质点A 开始由平衡位置向上运动，=1s时质点A D1=3平时质点12的运动方向向上 第一次到达最高点，则在4s<t<5s这段时 10.如图所示是某绳波形成过程的示意图，质 间内( 点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运 A B C D E内 动，带动2、3、4…各个质点依次上下振动， A.质点A的速度逐渐增大 把振动从绳的左端传到右端.已知t=0时， B.质点F的速度逐渐增大 质点1开始向上运动，1=T时，质点1到达 C,质点C的加速度逐渐增大 D.质点D的加速度逐渐增大 最上方，质点5开始向上运动，问： 8.(多选)如图所示，1、2、3、4、…是某绳（可认 1-01?3456789101121314151617151920 为是均匀介质)上一系列等间距的质点.开 始时绳处于水平方向，质点1在外力作用下 2 45678910112131415l6]7181920 沿竖直方向做简谐运动，带动2、3、4、…各个 i=i7 质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到 1)1=写时，质点8,12.16的运动状态（是 右端.已知1=0时，质点1开始向下运动，经 否运动、运动方向)如何？ 过二分之一周期，质点9开始运动.则在二 分之一周期时，下列说法正确的是( (2)t= 3时，质点8、12、16的运动状态 ↓？34§6？89 如何？ A.质点3向上运动 (3)t=T时，质点8、12、16的运动状态 B.质点5所受回复力为最大值 如何？ C.质点6的加速度向下 D.质点9的振幅为0 9.(多选)一条绳子可以分成一个个小段，每小 段都可以看作一个质点，这些质点之间存在 着相互作用.如图所示，1、2、3、4、…为绳上 的一系列等间距的质点，开始时绳处于水平 方向.质点1在外力作用下沿竖直方向做简 谐运动，会带动2、3、4、…各个质点依次上下 振动，把振动从绳的左端传向右端.质点1 的振动周期为T.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 137重雅⑤手册高中物理选择性必修第一册凡 (2)海拔越高，g值越小，A错误；摆球的质量越重，误 置处有k,x=mg,振幅A=x一x=0.1m 差越小，测量结果越准确，不会导致测得的g值偏大， 方法二根据简谐运动特征F网=一kx,可知Fx一 B错误：根据单摆周期公式T=2x√传 ，可得重力加 kA.当细绳烧断时，物块A处于最低点，=0，回复力 达到最大值F国.=F国=ng,则A=0,1m. 速度为发一测出”次全银动的时间为，误作为 (2)烧断细线后B向下做自由落体运动，设B到达地 (n十1)次全振动时间进行计算，则周期偏小，测得的 面的时间为1，有A=号g,1=1、物块A向上运动 重力加速度g偏大，C正确 (3)根据单摆周期公式T=2红√名 可得T=L 经过之T第一次到达最高点，则第三次到达最高点的 时间1=2.5T,小物块A振动的周期T=0.4s 可知T1图像的斜率为k=红，即斜率越大，重力 （3)物块A做简谐运动D=竿，根据x=An(十p 加速度越小.因为厦门当地的重力加速度小于北京， 在北京的同学所测实验结果对应的图线的斜率小，则 可得r=0.1sin(5+受)(m). 北京的同学所测实验结果对应的图线是B.由振动图 15.(1)由振动图像读出周期T=1.2s,振幅A=5cm,由 线知，两单摆的周期之比为2=号·梨据单摆周期公 w亭得到圆频率w=号元ad/s则位移x随时间！ 式T=2a√臣可知，单摆的摆长为L= 行，即两单 5 变化的关系式为y=Acos=5cos号t(cm), 摆的摆长之比为站=手] 2因=子-是是=10子所以小球在0一129s内 2话 运动的总路程为s=4A×10.75cm=215m=2.15m: 41 .(2)g6 12.9s时刻的位置在平衡位置， [(1)根据题图丙可知漏斗振动的周期T=4,由匀变 (3)小球静止时有mg=kx',解得k=10N/m.根据牛 速直线运动的规律可得液体滴在D点时滑块速度的 顿第二定律得mg一kx=id,解得a=5m/s2,方向竖 大小m=停=.由年一=aT,即看 直向下 2=a(4)广，解得a=二2」 16 第三章机械波 2)根据单摆的周期公式T=2x√店，可得摆长L 第1节波的形成 琴 1.B2.C3.CD 4.AD[机械波中各个质点都在做简谐运动，质点的加 13.(1)根据振动图像直接可以得到振动方程为x 速度与质点的位移成正比，故选项A正确：各质点越靠 5sin号(cm). 近平衡位置速度越大，即位移越小，速度越大，故选项 (2)由题图可得周期T=4s,故振子运动加时间t=100s= D正确.] 25T.则位移为0，路程为s=100A=500cm=5m. 5.AD[波中各点均做受迫振动，不考虑传播中的能量 14.(1)开始时A,B与弹簧组成的系统静止，设弹簧的伸 损耗，各质点振幅相同，所以A正确.波传播时，离波源 长量为x. 远的质点的振动落后于离波源近的质点的振动，并跟 方法一根据胡克定律有k=(mA十mm)g,平衡位 随者近的质点振动.由题图可知，波源在左端，因此，D 22 参考答采与解析么 跟随C向上运动，F跟随E向下运动.同理，A向下运 ?时刻，质点5开始振动，则在1一哥时质点5到达最 动，C向上运动，所以BC错误，由于此时B和C两点 都向上运动，C比B后到达最大位移处，C回到平衡位 高点，其加速度方向向下，C锆误：1=3T时质点13刚 置也较B迟，所以D正确.] 开始振动，此时质点2已经运动了石，则运动方向向 6.C[若M点为波源，又因为是经过一个周期的波形， 上，D正确.] 此时M点的振动方向向上，即为开始振动时的方向或 10.各质点在各时刻的情况如图所示 者波传到了N点时N点的振动方向，即波源开始振动 时方向向上：波传到P点要经过子T,故P点已振动了 （1由图乙可知=号时，质点8未达到波峰，正在向 上振动，质点12、16未振动： }工若N点为波源，N点开始振动时方向向下，波传 (2)由图丙可知，1=3T时，质点8正在向下振动，质点 4 到P点要经过于，故P点已银动了子T:而此时P点 12正在向上振动，质点16未振动. 在最大位移处，速度为0，动能最小.故正确选项为C.] (3)由图丁可知，1=T时，质点8、12正在向下振动，质 7.C[由题意可知波的周期为T=4s,则在4s末波传 点16向上振动. 到E点，5s末波传到F点，则在4s<1<5s这段时间 4-e133458?号910112134151517181p2四 内，质点A正从平衡位置向上振动，则速度逐渐减小， A错误：在4s<1<5s这段时间内，质点F还未振动， 6878#1014161517181g2四 B错误：质点C正在平衡位置向下振动，其加速度逐渐 增大，C正确：质点D正由最高点向下振动，其加速度 逐渐减小，D错误. 294234与6178p2 8AB[经过号，质点1从平衡位置再次运动到平衡位 置，质点3运动了受工，即质点3在从波谷向平衡位置 2141615171812 运动的过程中（向上运动）.A正确：经过号时，质点5 1213 从平衡位置运动到波谷，加速度方向向上，质点5所受 15 N7181320 回复力向上且最大，B正确：经过，质点6运动了 是工，质点6在从平衡位登向波谷运动的过程中，加速 由于质点间的相互作用，前面的质点带动后面的质点 度方向向上，C错误：在波的传播过程中，后一个质点 振动，所以后面的质点总是滞后于前面的质点 重复前一个质点的振动，可知每一个质点开始振动的 第2节波的描述 时候都和波源起振的情况相同，其振幅一样大，所以质 1.AC 2.C 点9的振幅不为0，D错误.] 3A[因为简谐横波沿x轴正方向传播，且P,Q两点距 9.AD[因为每个质点起振时的情况都和波源的起振情 离小于波长，结合图乙可知P的振动早Q子个周期。 况相同，质点1开始振动时的运动方向向上，所以质点 20开始振动时运动方向也向上，A正确，B错误：在1= 可得子=2.4m,所以X=3.2m由图乙可知，周期为 23