第3.1节 机械波的形成和传播-【帮课堂】2024-2025学年高二物理同步学与练（沪科版2020上海选择性必修第一册）

第三章 机械波 3．1 机械波的形成和传播 课程标准 1. 了解机械波传播的条件。 2. 了解机械波传播过程中质点振动的规律。 物理素养 物理观念：了解机械波传播是振动形式和能量的传播，不是质点沿传播方向运动的概念。 科学思维：理解振动和波动的区别和联系。 科学探究：探究机械波传播过程中质点是如何振动的？ 科学态度与责任：通过对实验现象的分析和总结，培养学生实事求是的科学态度。 一、机械波基本概念 1．机械波：由于介质（固体或液体）之间力的相互作用，开始振动的点带动后面的点开始振动， 由此振动在介质中传播，机械振动在介质中的传播形成机械波。 2．产生条件： a.波源； b.介质。 开始振动的点叫波源，传播振动的媒介叫介质。 对比：电磁波传播不需要介质 3．机械波形成示意图 ( ★一个周期，波传播一个波长 ★起振方向和振动方向 ① 起振方向： 各个质点第一次振动的方向 ② 质点振动方向随时间而变化，有时向上，有时向下 ③ 起振方向都是向上，同波源的起振方向 ★振动相位 每个质点振动的振幅、频率都相同，相位不同。 ) 4．机械波传递： (1)振动形式；(2)传递能量；(3)信息。 5．波的分类：横波和纵波 (1)横波特征：质点的振动方向和波的传播方向垂直。其中，最高点叫波峰，最低点叫波谷。 (2)纵波特征：质点的振动方向和波的传播方向在一条直线上。较密的部分叫密部，较疏的部分叫疏部。 声波是典型的纵波，地震波中同时还有纵波（P波）和横波（S波）。 6．机械波的特征 (1)质点都在各自的平衡位置附近振动，传播的只是振动这种运动形式，并不随波迁移。 (2)各质点的振动周期均与波源的振动周期相同。 (3)各质点的起振方向均与波源的起振方向相同。 (4)若波源停止振动，它已引起的振动将继续传播。 例1. 关于机械波，下列说法正确的是（　　） A．机械波在真空中也能传播 B．在波的传播过程中，介质和运动形式一起传播 C．波的传播过程也是能量的传播过程 D．波源停止振动，介质中各质点立即停止振动 例2.（24-25高二上·上海·期中）如图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，带动质点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。时，质点5刚要开始运动。下列说法正确的是（　　） A．时，质点5开始向下运动 B．时，质点3的加速度方向向上 C．从开始的一小段时间内，质点8的加速度正在减小 D．从开始的一小段时间内，质点8的速度正在减小 题型01 对机械波形成和传播的理解 例3.（多选）关于机械波的形成和传播，下列说法中正确的是（    ） 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．参与振动的各质点振动频率与波源频率相同 D．机械波传播过程中，质点会随波迁移 例4.（多选）一列简谐横波某时刻的波形如图所示，则关于质点A的受力，下列说法正确的是（ ） A．如果波向右传播，则质点A受到向上的作用力 B．如果波向右传播，则质点A受到向下的作用力 C．如果波向左传播，则质点A受到向上的作用力 D．如果波向左传播，则质点A受到向下的作用力 题型02 机械波传播过程中质点的运动规律 例5. 振源A带动细绳上各点上下做简谐运动，t＝0时刻绳上形成的波形如图所示。规定绳上质点向上运动的方向为x轴的正方向，则P点的振动图象是（ ） 1． 关于机械波，下列说法正确的是（　　） A．机械波在真空中也能传播 B．在波的传播过程中，介质和运动形式一起传播 C．波的传播过程也是能量的传播过程 D．波源停止振动，介质中各质点立即停止振动 2． 沿绳传播的一列横波，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．以上说法都不对 3． 关于介质中质点的振动方向和波的传播方向，下列说法中正确的是（　　） A．在横波中二者方向有时相同 B．在横波中二者方向一定相同 C．在纵波中二者方向有时相同 D．在纵波中二者方向一定不同 4．下列关于电磁波和声波的说法正确的是（　　） A．电磁波是横波，声波是纵波 B．电磁波跟声波一样，只能在介质中传播 C．麦克斯韦预言了电磁波的存在，并用实验验证了电磁波的存在 D．航天员讲话时画面能与声音同步，说明电磁波与声波具有相同的传播速度 5． 沿绳传播的一列机械波，当波源突然停止振动时（ ） A．绳上各质点同时停止振动，横波立即消失 B．绳上各质点同时停止振动，纵波立即消失 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 6. 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。P点从平衡位置刚开始振动时，是向___________（填写“上”或者“下”）运动的。若质点P停止振动，则质点Q___________（填写“会”或者“不会”）立即停止振动。 7．（多选）如图甲所示，波源S从平衡位置开始上、下振动，沿y轴方向，向上为y轴正方向，产生的简谐横波向右传播，经过0.1 s后，沿波的传播方向上距S为2 m的P点开始振动．若以P点开始振动的时刻作为计时的起点，P点的振动图象如图乙所示，则下列说法正确的是（ ） A．波源S最初是向下振动的 B．t＝0.2 s时P点向上振动 C．0～0.1 s时间内P点运动的路程为2 m D．t＝0.6 s时P点处于波峰 8． 地震以波的形式传播，地震波有纵波和横波之分，若a、b两处与c处分别相距300km和200km，c处地下15km处发生地震，则（已知在地表附近纵波的传播速度大于横波的传播速度）（　　） A．c处居民会感到先水平摇动，后上下颠簸 B．地震波是横波 C．地震波传到a处时，振动方向垂直于地面 D．a、b两处剧烈程度可能不同 9． t=0时，坐标原点O处的质点由平衡位置沿y轴正方向开始做周期为0.4s的振动，在同一均匀介质中形成沿x轴正、负两方向传播的简谐横波。t=0.6s时的波形图是（　　） A． B． C． D． / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第三章 机械波 3．1 机械波的形成和传播 课程标准 1. 了解机械波传播的条件。 2. 了解机械波传播过程中质点振动的规律。 物理素养 物理观念：了解机械波传播是振动形式和能量的传播，不是质点沿传播方向运动的概念。 科学思维：理解振动和波动的区别和联系。 科学探究：探究机械波传播过程中质点是如何振动的？ 科学态度与责任：通过对实验现象的分析和总结，培养学生实事求是的科学态度。 一、机械波基本概念 1．机械波：由于介质（固体或液体）之间力的相互作用，开始振动的点带动后面的点开始振动， 由此振动在介质中传播，机械振动在介质中的传播形成机械波。 2．产生条件： a.波源； b.介质。 开始振动的点叫波源，传播振动的媒介叫介质。 对比：电磁波传播不需要介质 3．机械波形成示意图 ( ★一个周期，波传播一个波长 ★起振方向和振动方向 ① 起振方向： 各个质点第一次振动的方向 ② 质点振动方向随时间而变化，有时向上，有时向下 ③ 起振方向都是向上，同波源的起振方向 ★振动相位 每个质点振动的振幅、频率都相同，相位不同。 ) 4．机械波传递： (1)振动形式；(2)传递能量；(3)信息。 5．波的分类：横波和纵波 (1)横波特征：质点的振动方向和波的传播方向垂直。其中，最高点叫波峰，最低点叫波谷。 (2)纵波特征：质点的振动方向和波的传播方向在一条直线上。较密的部分叫密部，较疏的部分叫疏部。 声波是典型的纵波，地震波中同时还有纵波（P波）和横波（S波）。 6．机械波的特征 (1)质点都在各自的平衡位置附近振动，传播的只是振动这种运动形式，并不随波迁移。 (2)各质点的振动周期均与波源的振动周期相同。 (3)各质点的起振方向均与波源的起振方向相同。 (4)若波源停止振动，它已引起的振动将继续传播。 例1. 关于机械波，下列说法正确的是（　　） A．机械波在真空中也能传播 B．在波的传播过程中，介质和运动形式一起传播 C．波的传播过程也是能量的传播过程 D．波源停止振动，介质中各质点立即停止振动 【答案】C 【解析】机械波传播需要介质，A错误； 波的传播过程中，质点在平衡位置振动，不随波而传播，B错误； 波的传播是信息和能量的传播，C正确； 波源停止振动，波还会继续传播，D错误。 例2.（24-25高二上·上海·期中）如图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，带动质点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。时，质点5刚要开始运动。下列说法正确的是（　　） A．时，质点5开始向下运动 B．时，质点3的加速度方向向上 C．从开始的一小段时间内，质点8的加速度正在减小 D．从开始的一小段时间内，质点8的速度正在减小 【答案】D 【详解】AB．质点1为波源，起振方向向上，在时，质点5开始振动，振动方向向上，质点3的位移向上，由 可知回复力方向向下，加速度方向向下。故AB错误； CD．由波传播的特点可知在时质点8的振动和时质点4的振动情况一样，故质点8向上振动，远离平衡位置，速度减小，位移增大，由 可知加速度增大。故C错误；D正确。 题型01 对机械波形成和传播的理解 例3.（多选）关于机械波的形成和传播，下列说法中正确的是（    ） 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．参与振动的各质点振动频率与波源频率相同 D．机械波传播过程中，质点会随波迁移 【答案】BC 【详解】A．机械波形成必须具备两个条件：一是机械振动，二是传播振动的介质，有机械振动不一定有机械波，还需要传播振动的介质，故A错误； B．后面的质点重复前面质点的运动，总是滞后前面的质点，故B正确； C．机械波传播过程中，质点的振动频率与波的传播速率相同，都与波源的振动频率相同，并不发生变化，故C正确； D．机械波传播过程中，质点并不随波迁移，只在各自的平衡位置附近做振动，故D错误。 例4.（多选）一列简谐横波某时刻的波形如图所示，则关于质点A的受力，下列说法正确的是（ ） A．如果波向右传播，则质点A受到向上的作用力 B．如果波向右传播，则质点A受到向下的作用力 C．如果波向左传播，则质点A受到向上的作用力 D．如果波向左传播，则质点A受到向下的作用力 【答案】BD 【解析】无论波向右或向左传播，回复力始终指向平衡位置，质点A的回复力是由相邻质点对A的作用力提供的，故B、D项正确．波向右传播，则A速度减小，F指向平衡点；向左反之。 题型02 机械波传播过程中质点的运动规律 例5. 振源A带动细绳上各点上下做简谐运动，t＝0时刻绳上形成的波形如图所示。规定绳上质点向上运动的方向为x轴的正方向，则P点的振动图象是（ ） 【答案】B 【解析】本题考点是起振方向，由“带动法”可知此时P点从平衡位置开始向下运动，B正确。 1． 关于机械波，下列说法正确的是（　　） A．机械波在真空中也能传播 B．在波的传播过程中，介质和运动形式一起传播 C．波的传播过程也是能量的传播过程 D．波源停止振动，介质中各质点立即停止振动 【答案】C 【详解】A．真空中没介质，故机械波在在真空中不能传播，故A错误； B．机械波传播的是运动形式，介质质点只在平衡位置附近振动，不随波迁移，故B错误； C．机械波在传播振动形式的过程中，同时将能量由近及远传递，故C正确； D．若波源停止振动，已形成的波不会立即消失，仍沿原方向继续传播，故D错误。 2． 沿绳传播的一列横波，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．以上说法都不对 【答案】D 【详解】当波源振动后，通过介质将波源的振动形式传递出去的同时，将能量也传递出去了．当波源停止振动后，传出去的能量不会消失，当没有能量损失时，这种波的形式和能量继续存在并且将继续传递下去。 故选D。 3． 关于介质中质点的振动方向和波的传播方向，下列说法中正确的是（　　） A．在横波中二者方向有时相同 B．在横波中二者方向一定相同 C．在纵波中二者方向有时相同 D．在纵波中二者方向一定不同 【答案】C 【详解】AB．在横波中质点振动方向和波的传播方向相互垂直，所以二者方向一定不同，故AB错误； CD．在纵波中二者方向在同一直线上，既可以相同，也可以相反，故C正确，D错误。 4．下列关于电磁波和声波的说法正确的是（　　） A．电磁波是横波，声波是纵波 B．电磁波跟声波一样，只能在介质中传播 C．麦克斯韦预言了电磁波的存在，并用实验验证了电磁波的存在 D．航天员讲话时画面能与声音同步，说明电磁波与声波具有相同的传播速度 【答案】A 【详解】A．电磁波的传播和振动垂直是横波，声波的振动和传播平行则是纵波，故A正确； B．电磁波的传播不依赖介质，声波是机械波只能在介质中传播，故B错误； C．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验验证了电磁波的存在，故C错误； D．航天员讲话时画面能与声音同步，但电磁波的速度为光速，声波的传播速度为340m/s，两者差距很大，故D错误。 5． 沿绳传播的一列机械波，当波源突然停止振动时（ ） A．绳上各质点同时停止振动，横波立即消失 B．绳上各质点同时停止振动，纵波立即消失 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 【答案】 C 振动产生波动 【解析】 波形成后，如果波源停止振动，波不会立即消失，绳子是横波，选项A、B错误； 波源的能量不断向远处传播，故离波源较近的质点先停止振动，选项C正确，选项D错误。 6. 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。P点从平衡位置刚开始振动时，是向___________（填写“上”或者“下”）运动的。若质点P停止振动，则质点Q___________（填写“会”或者“不会”）立即停止振动。 【答案】  下    不会 【详解】[1]波传播方向上质点起振方向和波源起振方向相同，同侧法判断向下起振， 则P点也是向下起振。也可以用平移法判断。 若P停止振动，不再产生新的波，而P、Q之间已经产生的波会向左传播，所以Q不会立即停止振动。 7．（多选）如图甲所示，波源S从平衡位置开始上、下振动，沿y轴方向，向上为y轴正方向，产生的简谐横波向右传播，经过0.1 s后，沿波的传播方向上距S为2 m的P点开始振动．若以P点开始振动的时刻作为计时的起点，P点的振动图象如图乙所示，则下列说法正确的是（ ） A．波源S最初是向下振动的 B．t＝0.2 s时P点向上振动 C．0～0.1 s时间内P点运动的路程为2 m D．t＝0.6 s时P点处于波峰 【答案】AB 起振方向 【解析】P点的起振方向向下，则波源开始振动的方向也向下，选项A正确； 根据振动图象可知，t＝0.2 s时P点处于平衡位置向上振动，选项B正确； 质点上下振动，0～0.1 s时间内P点运动的路程为一个振幅，大小未知，选项C错误； 根据P点的振动图象可知t＝0.6 s时P点处于平衡位置，选项D错误． 8． 地震以波的形式传播，地震波有纵波和横波之分，若a、b两处与c处分别相距300km和200km，c处地下15km处发生地震，则（已知在地表附近纵波的传播速度大于横波的传播速度）（　　） A．c处居民会感到先水平摇动，后上下颠簸 B．地震波是横波 C．地震波传到a处时，振动方向垂直于地面 D．a、b两处剧烈程度可能不同 【答案】D 【详解】A．c处地下15km处发生地震，由于纵波速度大于横波速度，因此纵波比横波先到达c处，且纵波与传播方向平行，而横波与传播方向垂直，所以c处居民会感到先上下颠簸，后水平摇动，故A错误； 纵波导致上下振动，横波导致水平振动。 B．由于地震波有横波、纵波之分，二者同时发生，故B错误； C．由于地震波是一种弹性波，它可以从不同方向向四周传播，故当地震波传到a处时，横波振动沿水平方向，纵波振动方向与地面斜交，故C错误； D．一次地震只有一个震级，a,b距离不同，地震剧烈程度可能不同，故D正确。 9． t=0时，坐标原点O处的质点由平衡位置沿y轴正方向开始做周期为0.4s的振动，在同一均匀介质中形成沿x轴正、负两方向传播的简谐横波。t=0.6s时的波形图是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】波源在坐标原点，所以向左传播的波和向右传播的波关于y轴对称: t=0.6s=1.5T 根据机械波的周期性可知，在t=0.6s时，波源正处在平衡位置向下振动，而后一质点重复前一质点的运动，顺着波的传播方向上坡下振。故选C。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$