1.波的形成-【金版教程】2025-2026学年高中物理选择性必修第一册创新导学案全书Word（人教版2019）

物理　选择性必修 第一册 RJ 1．波的形成 1．理解波的形成过程。2.知道横波和纵波的概念，知道横波的波峰与波谷、纵波的密部与疏部。3.知道机械波的产生条件以及机械波的传播特点。 任务　波的形成 问题1：如图甲所示，在艺术体操的带操表演中，运动员手持细棒抖动彩带的一端，彩带随之波浪翻卷。彩带上的波浪向前传播时，彩带上的每个点也在向前运动吗？ 提示：彩带上的每个点不随波浪向前运动，只在一定位置上下振动。 问题2：我们可用如图乙所示的绳子分析彩带上波浪翻卷的成因。较长的软绳在什么的作用下产生了波动？ 提示：在手的连续向上、向下抖动下，长绳上形成了波动。 1．波 振动的传播称为波动，简称波。 2．波的形成(以绳波为例，如图所示) (1)设想把一条绳子分成一个个小段，这些小段可以看作一个个相连的质点，这些质点之间存在着弹性力的作用。 (2)当手握绳端上下振动时，绳端带动相邻的质点，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迟一些开始振动。这样依次带动下去，绳端这种上下振动的状态就沿绳子传出去了，整体上形成了凹凸相间的波形。 1．判一判 (1)绳波中的各质点(除波源外)均做受迫振动。(　　) (2)在绳波的形成和传播中，所有质点同时运动，同时停止。(　　) (3)波向右传播时，右方的质点比左方的质点早一些振动。(　　) 提示：(1)√　(2)×　(3)× 2．想一想 绳上各质点开始振动的方向(起振方向)与振源起振的方向有什么关系？ 提示：相同。 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。我们将彩带分成一个个小段，每小段都可以看作一个质点，这些质点之间存在相互作用。如图是某彩带波形成过程示意图。质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，周期为T，带动质点2、3、4……依次振动，把振动从彩带的左端传到右端。t＝T时，质点9刚要开始运动。下列说法正确的是(　　) A．t＝T时，质点9开始向下运动 B．t＝T时，质点3的加速度方向向上 C．t＝T时，质点9又回到平衡位置 D．t＝T时，质点13开始向上运动 [解析]　由题图可知t＝T时，质点9左侧的质点8已经向上运动，该质点与质点9之间有相互作用的力，会带动质点9也开始向上运动，故A错误；画出t＝T时的波形图，如图甲所示，可知此时质点3位于平衡位置上方，则质点3的加速度方向向下，B错误；画出t＝T时的波形图，如图乙所示，可知此时质点9位于最高点，质点13开始向上运动，C错误，D正确。 [答案]　D (多选)如图所示，介质中沿水平方向的部分质点，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 [解析]　介质中所有质点的起振方向均与波源相同，都是竖直向下的，且均从平衡位置起振，从题图可知，质点9是图中距波源最远的点，其起振时刻最晚，故A正确，B错误；质点7与质点8比较，质点7在质点8的前面，两质点的振动步调相差，故C正确；质点9比质点1晚2T起振，一旦质点9起振后，质点1、9的振动步调就完全一致，且质点9的振动次数比质点1少两次，故D正确。 [答案]　ACD 波动过程中各质点的运动特点 (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；(4)各质点开始振动的方向与振源的起振方向相同。概括起来就是“带动、重复、落后、起振方向相同”。 任务　横波和纵波 如图所示，将一根长而软的弹簧水平放置在光滑平面上，在左端沿弹簧轴线方向不断推、拉弹簧。请说出观察到的实验现象。这种波又是如何形成的呢？ 提示：实验中观察到，弹簧圈密集的部分和稀疏的部分交替向右传播，在弹簧上形成一种与绳波不一样的波。 我们把一系列弹簧圈看成一系列质点，它们之间由弹力联系着。手执弹簧一端左右振动起来以后，近端的质点依次带动远端的质点左右振动，但后一个质点总比前一个质点迟一些开始振动。也就是说，后一个质点振动的相位总比前一个质点落后一些。这样，弹簧一端左右振动的状态就沿弹簧传播开来。从整体上看，就形成了疏密相间的波。 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 质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波 ①波峰：凸起的最高处②波谷：凹下的最低处 纵波 质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波 ①密部：质点分布最密的位置②疏部：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，也能在液体、固体中传播。 注：(1)机械波中，横波只能在固体介质中传播；(2)水波是比较复杂的机械波，不能简单地认为是横波，但有时将水波理想化为横波。 判一判 (1)在纵波中各质点的振动方向与波的传播方向相同。(　　) (2)横波一定有波峰和波谷，而且波峰和波谷是相互间隔的。(　　) 提示：(1)×　(2)√ 2025年1月23日上午，某地发生5.7级地震。地震波既有纵波也有横波，若该地区地震时纵波的传播速度大于横波的传播速度，则震源正上方的房屋(　　) A．同时上下振动和左右摇动 B．先左右摇动后上下振动 C．先上下振动后左右摇动 D．只上下振动 [解析]　纵波中质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上，横波中质点的振动方向与波的传播方向相互垂直，地震波由震源从下往上传播，且纵波传播得更快，则地震发生时纵波先到达震源正上方房屋处，引起房屋上下振动，之后横波到达房屋处，引起房屋左右摇动，故C正确。 [答案]　C 任务　机械波 1．介质 (1)定义：波借以传播的物质。 (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．机械波：机械振动在介质中传播，形成了机械波。 3．机械波的产生条件 (1)要有波源。 (2)要有传播振动的介质。 4．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，它传播的只是振动这种运动形式。 (2)波是传递能量的一种方式。 (3)波还可以传递信息。 1．判一判 (1)物体做机械振动，一定产生机械波。(　　) (2)横波向右传播时，处于波峰的质点也向右迁移。(　　) 提示：(1)×　(2)× 2．想一想 登上月球的宇航员可以通过声音直接交流吗？ 提示：不可以。因为月球上是真空的，没有传声介质，所以不能通过声音直接交流。 振动和波的区别与联系 振动 波 区别 研究对象 单个质点在平衡位置附近的往复运动，研究的是单个质点的“个体行为” 振动在介质中的传播，研究的是大量质点将波源振动传播的“群体行为” 力的来源 可以由作用在物体上的各种性质力提供 联系介质中各质点的弹性力 运动性质 质点做变加速运动 在均匀介质中是匀速直线运动 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，但有振动不一定有波动 (2)波动的性质、频率和振幅都与振源相同 下列关于波的应用正确的是(　　) A．要使放在河中的纸船逐渐靠近河岸，可向比纸船更远处投掷石子形成水波 B．两个在水中潜泳并且靠得较近的运动员能听到对方发出的声音是声波在液体中传播的应用 C．光缆是利用机械波传递信息的 D．宇航员在宇宙飞船里，击打船壁只能引起机械振动，不能形成声波 [解析]　机械波传播时，介质质点在各自平衡位置附近振动，质点本身并不随波迁移，所以水波并不能使河中的纸船靠近河岸，A错误；光缆是利用光波传递信息的，C错误；固体也能传播声波，D错误；声波可以在液体中传播，B正确。 [答案]　B 课后课时作业 知识点一　波的形成、机械波 1．在平静的湖面上漂着一块小木条，现向湖中央扔一石子，圆形波纹一圈圈地向外传播，当波传播到小木条处时，小木条将(　　) A．随波纹漂向湖岸 B．不动 C．向波源处漂动 D．在原来位置上下振动 答案：D 解析：介质中有机械波传播时，介质中质点本身并不随波迁移，只在自己的平衡位置附近振动，向外传播的只是振动形式和能量。生活中的水面上的一些漂浮物会沿波向外移动，是因为外界另外一些因素的干扰，如风的吹动等。故D正确。 2．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 答案：A 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，A正确；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，B错误；因各质点的振动都是重复波源的振动，不论质点距波源多远，振动的快慢都一样，C错误；在波源停止振动时，波仍将继续向外传播而不会立即停止，D错误。 3．(多选)关于机械波的形成，下列说法中正确的是(　　) A．相邻的质点要相互做功 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．参与振动的质点各自的频率不同 D．机械波是介质随波迁移，也是振动能量的传递 答案：AB 解析：相邻的质点之间有相互作用力，质点振动的速度大小不断变化，由动能定理可知，相邻的质点要相互做功，A正确；同一列波中，任何一个振动的质点都相当于一个波源，带动它后面的质点振动，将振动传播开来，所以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，但振动频率相同，故B正确，C错误；形成机械波的各振动质点只在各自平衡位置附近做往复运动，并没有随波迁移，离波源远的质点振动的能量是通过各质点的传递获得的，故D错误。 4．(多选)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，由波的形成图可知，下列正确的是(　　) A．质点1带动质点2是利用绳上质点间的弹力实现的，因此质点2做受迫振动 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 答案：AC 解析：机械波的形成原因是质点间的相互作用，前一质点带动后一质点，后一质点重复前一质点的振动，每个质点都做受迫振动，振动的周期都相同，所以质点2是被质点1对它的弹力带动起来的，由图可知绳上的每一个质点开始振动时，方向都向上，故A、C正确；每个质点开始运动后，只在其平衡位置附近振动，即在竖直方向做简谐运动，不会随波迁移，即不会在水平方向做匀速运动，故B错误；绳上波的传播过程也是能量的传递过程，每个质点均做等幅的受迫振动，故每个质点的机械能不守恒，故D错误。 5.一弹性细绳右端固定，左端P点从静止开始上下振动，当波沿细绳传到Q点时的波形如图所示。则P点起振方向和此时P点的振动方向分别为(　　) A．向上、向上 B．向上、向下 C．向下、向上 D．向下、向下 答案：C 解析：在波的形成过程中，两相邻的质点之间存在相互作用力，前一质点总是带动后一质点运动，由图可知与P点相邻且在P点右侧的质点向上振动，又由于P点未到达最高点，则此时P点的振动方向向上；此时Q点恰好开始振动，Q点左侧质点向下振动，则Q点的振动方向向下，又因为波上所有质点均做受迫振动，起振方向与波源的起振方向相同，则P点起振方向向下，故C正确。 6.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质点的振动图像是(　　) 答案：B 解析：由题图及波的传播与质点的振动关系可知，P质点在t＝0时刻正由平衡位置沿x轴负方向运动，故B正确。 7.如图所示为波源开始振动后经过一个周期的波形，设介质中质点振动周期为T，下列说法正确的是(　　) A．若M质点为波源，则M质点开始振动时方向向下 B．若M质点为波源，则P质点已经振动了T C．若N质点为波源，则P质点已经振动了T D．若N质点为波源，则该时刻P质点动能最大 答案：C 解析：若M质点为波源，则波向右传播，又题图是经过一个周期的波形，此时N质点的振动方向向上，因此M质点开始振动时的方向也向上，A错误；若M质点为波源，振动刚刚传到N质点，P质点已振动了T，B错误；若N质点为波源，则N质点开始振动的方向向下，P质点已振动了T，此时P质点离平衡位置最远，速度为零，动能最小，故C正确，D错误。 8．图甲中有一条均匀的绳，0、1、2、3、4…是绳上一系列等间距的点。现有一列简谐横波沿此绳传播。某时刻，绳上9、10、11、12四点的位置和运动方向如图乙所示(其他点的运动情况未画出)，其中点12的位移为零，向上运动，点9的位移达到最大值。试在图丙中画出再经过周期时波的形状。 答案：图见解析 解析：由图乙中表示的波的形状和点9、10、11、12四个点的运动方向，可以判断出在均匀绳上传播的简谐横波是向右传播的。由于介质中质点都在各自的平衡位置附近往复运动，所以再经过周期时，点9在平衡位置，而点12到达负的最大位移处。由此可得出点9到点12间的波形。由这段波形也就知道了这一时刻整条绳上的波形。如图丙所示。 知识点二　横波和纵波 9．(多选)横波和纵波的区别是(　　) A．横波中质点的振动方向与波的传播方向垂直，纵波中质点的振动方向与波的传播方向相同或相反 B．纵波不能在空气中传播 C．横波形成波峰和波谷，纵波形成疏部和密部 D．横波中质点的振动方向与波的传播方向在同一条直线上，纵波中质点的振动方向与波的传播方向垂直 答案：AC 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，对于纵波，质点的振动方向与波的传播方向有时相同，有时相反，A正确，D错误；声波是纵波，能在空气中传播，B错误；横波形成波峰和波谷，纵波形成疏部和密部，C正确。 10．如图所示，一组学生在玩“人浪”游戏。学生手挽手排成一行，从左边第一位同学开始，周期性地“下蹲、起立”，呈现类似波浪的效果。若把“人浪”类比成波，则(　　) A．“人浪”是纵波 B．“人浪”传播的是“下蹲、起立”这种运动形式 C．当“人浪”向右传播时，学生随“人浪”向右移动 D．只要有学生周期性地“下蹲、起立”，就一定能形成“人浪” 答案：B 解析：学生“下蹲、起立”的方向沿竖直方向，“人浪”传播的方向沿水平方向，二者方向相互垂直，则“人浪”是横波，A错误；“人浪”传播的是“下蹲、起立”这种运动形式，学生并不随“人浪”沿水平方向移动，B正确，C错误；只有一个学生周期性地“下蹲、起立”，其他学生不配合，则不能形成“人浪”，D错误。 11.(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的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 答案：AD 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大小关系为aa＝ad>ab>ac，A正确，B错误；质点越靠近平衡位置速度越大，位移越大则速度越小，所以四个质点的速度大小关系为va＝vd<vb<vc，C错误，D正确。 12．如图所示为一简谐横波在某一时刻的波形，已知此时质点A正向上运动，如图中箭头所示。由此可判定此横波(　　) A．向右传播，且此时质点B正向上运动 B．向右传播，且此时质点C正向下运动 C．向左传播，且此时质点D正向上运动 D．向左传播，且此时质点E正向下运动 答案：C 解析：根据A向上运动，说明A是跟着它右边的质点在振动，说明波源在右边，可判定此横波向左传播，故A、B错误；沿波的传播方向，比D、E质点更早开始振动的各自相邻的质点都在它们的位置的上方，所以此时质点D、E正向上运动，同理质点B、C正向下运动，故C正确，D错误。 13.(多选)在电视剧《西游记》中，孙悟空为朱紫国国王悬丝诊脉，中医悬丝诊脉悬的是“丝”，“诊”的是脉搏通过悬丝传过来的振动，即通过机械波判断出病灶的位置与轻重缓急。如图，假设“丝”上有相邻两点间距相等的点1，2，3，…，朱紫国国王在搭上丝线后图中质点1在t＝0时开始向上做简谐振动，产生的机械波沿丝线向孙悟空传播，t＝0.75 s时质点1第一次到达最低点，此时质点4刚好开始振动，则(　　) A．该波所有质点的振动频率均为1 Hz B．t＝0.75 s时质点4振动的方向向下 C．t＝0.75 s时质点1和质点3的加速度相同 D．t＝2.5 s时质点2恰好位于波峰位置 答案：AD 解析：质点1自平衡位置开始振动时方向向上，t＝0.75 s时质点1第一次到达最低点，即T＝0.75 s，故周期T＝1 s，频率为f＝＝1 Hz，故A正确；质点1开始时振动方向向上，t＝0.75 s时质点4刚好开始振动，则振动的方向也向上，故B错误；t＝0.75 s时质点1在波谷、质点3在波峰，两质点加速度大小相等、方向相反，故C错误；波从质点1传到质点2用时＝0.25 s，质点2在t＝2.5 s时发生振动的总时间为2.5 s－0.25 s＝2.25 s＝2T，即此时质点2恰好位于波峰位置，故D正确。 14．鲁本斯火焰管上有很多等间距排列的小孔，管子的一端封闭，另一端通入声波后，在管内通入可燃性气体并点燃，小孔喷出的火焰高度会随着管内不同位置的气压大小呈现出有规律的分布，已知气压越大，火焰的高度越高。下列说法正确的是(　　) A．横波可以在空气中传播 B．声波中气体分子的振动方向与波的传播方向相互垂直 C．在声波的密部处，火焰的高度最大 D．在声波的疏部处，火焰的高度最大 答案：C 解析：横波只能在固体中传播，空气中的声波是一种纵波，故声波中气体分子的振动方向与波的传播方向在同一直线上，故A、B错误；在声波的密部处，气压最大，火焰的高度最大，在疏部处，气压最小，火焰的高度最小，故C正确，D错误。 12 学科网（北京）股份有限公司 $$