第三章 机械波 第一节 机械波的产生和传播(Word教参)-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第一册（粤教版）

　第三章　机械波 第一节　机械波的产生和传播 核心素养导学 物理观念 (1)认识机械波是振动的传播,知道机械波在传播振动形式的同时也传播能量和信息。 (2)知道机械波、横波、纵波的概念,知道什么是波峰和波谷、密部和疏部。 科学思维 能够通过实例分析机械波的形成和传播特点,能够通过对比来区分横波和纵波。 科学探究 (1)观察并探究绳波的产生与传播。 (2)观察并探究弹簧形成的波。 科学态度与责任 认识物理研究是对自然现象进行抽象的创造性工作,培养对物理学习的兴趣。 一、认识机械波　机械波的传播 1.机械波:机械振动在媒介中的传播。 2.机械波形成条件:机械振动的波源和传播振动的介质。 3.机械波的形成:波源带动相邻质点做受迫振动,该质点振动后会同样带动其相邻质点做受迫振动,即绳上每个振动的质点又如新的波源带动下一个质点的运动,直至机械波传播到能传播的地方。 4.机械波的传播特点 (1)机械波传播振动的运动形式。 (2)机械波是传递能量的一种方式。 (3)在波传播的过程中,每个质点只是在平衡位置附近做上下振动,并未形成沿机械波传播方向的宏观移动。 [微点拨] (1)机械波传播必须有介质的参与，因为要靠介质中质点间的相互作用带动周围质点运动，向外传递运动和能量，形成波。 (2)有波源和有介质是形成机械波的必要条件，二者缺一不可，有振动不一定有机械波，有机械波一定有振动。 二、横波与纵波 1.横波:介质质点的振动方向与波的传播方向垂直的机械波。 2.纵波:传播方向和质点的振动方向在同一直线上的机械波。 1. 如图所示，用手抓住绳子的一端用力上下振动，就形成一列绳波。试判断下列说法的正误。 (1)在绳波的形成和传播中，所有质点同时运动，同时停止运动。(×) (2)在绳波的形成和传播中，所有质点的运动是近似的匀速直线运动。（×） (3)波的形成过程中，前面的质点带动后面的质点振动，后面的质点重复前面质点的振动。（√） 2. 科学探测表明，月球表面无大气层，也没有水，更没有任何生命存在的痕迹。 如图所示，在月球上两名航天员面对面讲话却无法听到，请分析其原因？ 提示：航天员发出的声波为机械波，传播需要介质，而月球上没有空气，声波无法传播。 新知学习(一) 机械波的形成和传播 [任务驱动] 如图所示,手拿绳的一端,上下振动一次,使绳上形成一个凸起状态,随后形成一个凹落状态,可以看到,这个凸起状态和凹落状态在绳上从一端向另一端移动。如果在绳子上某处做一红色标记,观察这一红色标记的运动。 (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? 提示:(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。 [重点释解] 1.机械波的形成 2.波的特点 振幅 像绳波这种一维(只在某个方向上传播)机械波,若不计能量损失,各质点的振幅相同。 周期 各质点振动的周期均与波源的振动周期相同。 步调 离波源越远,质点振动越滞后。 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。 实质 机械波向前传播的是振动这种运动形式,同时也传递能量和信息。　 3.振动和波动的区别与联系 振动 波动 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 [典例体验] 　　[典例]　细绳的一端在外力作用下从t=0时刻开始做简谐运动,激发出一列简谐横波。在细绳上选取15个点,如图所示,图(1)为t=0时刻各点所处的位置,图(2)为t=时刻的波形图(T为波的周期)。在图(3)中画出t=时刻的波形图。 [解析]　机械波在传播过程中,介质的质点都在各自的平衡位置附近振动,振动时间依次滞后。从波形图上看出,t=T时刻第4个质点才开始振动,则在t=T时刻第10个质点刚开始振动,此时第4个质点已振动了的时间回到平衡位置,第1个质点到达下方最大位移处,新的波形图如图所示。 [答案]　见解析图 /方法技巧/ 波动过程中介质中各质点的运动特点 　　波动过程中介质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”。 [针对训练] 1.(多选)关于机械波的形成和传播,下列说法中正确的是 (　 ) A.机械波只能在介质中传播,波源周围如果没有介质,就不能形成机械波 B.离波源较近的质点总比离波源较远的质点振动得迟一些 C.离波源较近的质点总比离波源较远的质点振动得早一些 D.一旦波源振动起来,介质中的各个质点也就立刻振动起来 解析:选AC　机械波形成的条件是有波源和介质,两者缺少一个就不能形成机械波;机械波的形成可表述为离波源近的质点带动离波源远的质点振动,故离波源近的质点振动得早一些。所以A、C正确。 2.(多选)如图所示为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,但图中的质点中质点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:选ACD　由题图可知,质点9是图中距波源最远的点,尽管与波源起振方向相同,但起振时刻最晚,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开始起振,质点9起振后与质点1的振动步调完全一致,故D正确。 新知学习(二) 横波与纵波的比较 [任务驱动] 手握轻弹簧的一端,另一端固定,上下抖动弹簧,弹簧形成凹凸相间的形状,如图1所示。手握轻弹簧一端左右有规律的振动,弹簧便形成疏密相间的形状,如图2所示。 (1)图1弹簧振动方向与其形成的波传播方向有什么关系?该种波叫什么波? (2)图2弹簧振动方向与其形成的波传播方向有什么关系?该种波叫什么波? 　提示:(1)垂直　横波　(2)在同一直线上　纵波 [重点释解] 1.横波与纵波的比较 　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 2.对波的认识的两点提醒 (1)水波的认识方面:水波既不是横波也不是纵波,它属于比较复杂的机械波。 (2)纵波的认识方面:在纵波中各质点的振动方向与波的传播方向在同—直线上,而不是方向相同。 [针对训练] 1.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.纵波只能在液体、气体中传播 解析:选B　纵波中质点振动方向与波的传播方向在一条直线上,但不一定相同,故A错误;横波中质点振动方向与波的传播方向垂直,B正确;机械波传播过程中,质点只是在其平衡位置附近做简谐运动,并不随波迁移,故C错误;纵波可在固体、液体和气体中传播,故D错误。 2.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 解析:选C　由横波和纵波的定义可知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。 3.(多选)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,地震波的纵波会引起地面物体上下跳动,横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 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 解析:选AC　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正确;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;横波与纵波到达乙地的时间差为t= s- s≈13.6 s,C正确;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。 一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养 ◉物理观念——会跳舞的火焰 1.(选自鲁科版教材“迷你实验室”)如图所示,将一支燃烧的蜡烛放在音响喇叭的纸盆前,让音响播放音乐,开大音量,蜡烛的火焰会随着音乐来回摆动,就像在跳舞一样。请思考蜡烛火焰的摆动与纵波有什么联系。 提示:声波在空气中传播的是纵波,音响喇叭的纸盆振动,带动空气分子左右振动,从而引起蜡烛的火焰随着音乐左右摆动,音量越大,空气分子左右振动的幅度越大,火焰摆动的幅度也越大。 ◉物理观念——团体操表现波浪 2.(选自人教版教材“做一做”)一组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,依次带动旁边的同学重复他的动作,只是后边的一位总比前边的一位稍迟一点点。这样就会看到凹凸相间的波沿着队伍传播开来,而每个学生的位置并没有移动。运动会上的团体操表演常常用这种办法来表现波浪。 ◉科学态度与责任——地震波的认识 3.(选自沪科版教材课后练习)2011年3月11日,日本宫城县发生了里氏9.0级地震并引发海啸,造成重大人员伤亡和财产损失。从这一事件中,你能进一步理解(地震)波本质上传播的是什么吗? 提示:由于海底发生强烈的地震时会产生巨大的能量,这些能量传递给海水,引发海啸,所以地震波本质上传播的是能量。 二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值 1.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 (　 ) 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 解析:选D　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;两种波传播到蝎子的时间差为Δt=-= s- s=5×10-3 s,故B错误;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。 2.已知地震波分三种:横波(S波),波速vS=4.5 km/s;纵波(P波),波速vP=9.9 km/s;面波(L波),vL<vS。面波在浅源地震中破坏力最大。试填空: (1)位于震源上方的某中学地震测报组有单摆A与竖直弹簧振子B(如图甲所示),地震发生时最先明显振动的是　　　　(选填“A”或“B”)。  (2)地震观测台记录到的地震曲线如图乙所示,由图可知三种波形各对应的地震波类型:a为　　　　波,b为　　　　波,c为　　　　波。(均选填“S”“P”或“L”)  (3)若在地震曲线图上测得P波与S波的时间差为7.6 s,则地震观测台距震源约为　　　　km。 解析:(1)纵波的速度最快,所以纵波最先到达,在甲图中地震发生时最先剧烈振动的是B。 (2)由题图可知,纵波的速度最快,横波次之,面波速度最小,最先到达的是纵波,最后到达的是面波。 (3)根据-=7.6 s,可以求出地震观测台距震源的距离x=62.7 km。 答案:(1)B　(2)P　S　L　(3)62.7 [课时跟踪检测] 1.(多选)关于机械波,下列说法中正确的是 (　 ) 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落后于前一质点的振动 D.各质点随波的传播而迁移 解析:选ABC　波在传播过程中,由于介质中各质点之间的相互作用,离波源较近的质点带动离波源较远的质点振动,每一质点都以它的平衡位置为中心振动,波传播的只是振动形式和振动能量,介质中的质点并不随波迁移。D错误,A、B、C正确。 2.一列横波正沿水平方向由西向东传播,则下列说法中正确的是 (　 ) A.波中各个质点都在由西向东运动 B.波中的各个质点一定沿水平方向振动 C.波中的各个质点一定沿竖直方向振动 D.以上说法都错误 解析:选D　横波中各质点的振动方向与波的传播方向垂直,波在水平方向由西向东传播,质点振动方向与其垂直,不一定沿水平方向,也不一定沿竖直方向,故A、B、C都错。 3.(多选)把一根长而软的螺旋弹簧竖直提起来,手有规律地上下振动,则 (　 ) A.在弹簧上形成一列机械波 B.在弹簧上形成波峰和波谷 C.弹簧上的质点自上而下振动 D.弹簧上的机械波自上而下传播 解析:选AD　手有规律地上下振动时,弹簧上各质点也上下振动,质点的振动方向与波的传播方向在同一条直线上,形成纵波,向下传播,故A、D均正确,B、C错误。 4.将一部手机调到接收信号就发出声响并且振动的状态,然后将这部手机放在密封的玻璃罩内,当我们抽掉玻璃罩内的空气后,再发出信号呼叫该手机,可以观察到 (　 ) A.手机发出声音同时振动 B.手机发出声音但是不振动 C.手机没有发出声音也不振动 D.手机没有发出声音但是在振动 解析:选D　声音是由物体的振动产生的,声音的传播需要介质,在真空中不能传播,所以抽掉玻璃罩内的空气后,声音传播不出来,故能观察到手机没有发出声音但是在振动,故D正确,A、B、C错误。 5.(多选)关于振动和波的关系,下列说法中正确的是 (　 ) A.振动是波的成因,波是振动的传播 B.振动是单个质点呈现的运动现象,波是许多质点联合起来呈现的运动现象 C.波的传播速度就是质点振动的速度 D.波源停止振动时,波立即停止传播 解析:选AB　机械波的产生条件是有波源和介质。由于介质中的质点之间相互作用,一个质点振动带动相邻质点振动,由近及远传播而形成波,A、B两项正确;波的传播速度是波形由波源向外伸展的速度,而质点振动的速度和方向都随时间周期性变化,C项错误;波源一旦将振动传给介质,振动就会在介质中向远处传播,当波源停止振动时,介质仍然继续传播波源振动的运动形式,波不会随波源停止振动而立即停止传播,D项错误。 6.(多选)如图所示,用手握住长绳的一端上下抖动,长绳形成了向前传播的一列波。如果在长绳上某一位置做一个标记P,在抖动过程中 (　 ) A.P左右摆动 B.P上下摆动 C.P的频率与波源O的频率相同 D.P的速度与波的传播速度相同 解析:选BC　P上下振动,波向右传播,B正确,A、D错误;P与波源O的频率相同,C正确。 7.(多选)机械波按质点振动方向与波传播方向的关系可分为横波和纵波。关于介质中质点的振动方向和波的传播方向,下列说法正确的是 (　 ) A.在横波中二者方向有时相同 B.在横波中二者方向一定不同 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 解析:选BC　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A错误,B正确;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。 8.(多选)一列横波沿水平方向传播,某一时刻的波形如图所示,则图中a、b、c、d四点在此时刻具有相同运动方向的是 (　 ) A.a和c B.a和d C.b和c D.b和d 解析:选BC　根据波的传播特点,当波水平向右或水平向左传播时,a、b、c、d四点的运动方向如图所示,由图可知a和d、b和c的运动方向相同,选项B、C正确。 9.《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 解析:选B　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。 10.下列关于机械波的说法正确的是 (　 ) A.机械波是机械振动在介质中传播形成的 B.把小石头扔到平静的湖水里,水面上便会激起水波,水波将促使水面上的漂浮物向远方运动 C.某空间找不到机械波,则在这一空间一定没有波源 D.横波与纵波,其质点的振动方向不同,因此,横波和纵波不可能沿同一方向传播　 解析:选A　机械波是机械振动在介质中传播形成的,A正确;丢石头激起的水波所产生的效果是使漂浮物在原平衡位置做上下振动,B错误;若只有波源而无介质,不能产生机械波,C错误;横波和纵波的质点振动方向不同,但可沿同一方向传播,例如地震波包含横波和纵波,且两种波的传播方向相同,D错误。 11.(多选)一次小张去公园游玩,他向一处平静的水面丢进一颗石子,激起一圈圈水波,小张观察到,石子落点平静后,远处的水波依然在向更远扩散,下列说法正确的是 (　 ) A.石子落点处的水振动后,引起相邻的水依次振动形成了水波 B.石子落点处的水迁移到了远处,所以远处的水波可以继续传播 C.波源停止振动后,水波仍旧可以传播 D.波源停止振动后,远处的水由于获得了能量,所以还可以振动 解析:选ACD　石子落点处的水振动后,由于质点间相互作用,所以引起相邻的水依次振动形成了水波,故A正确;质点只在平衡位置附近振动,不随波迁移,故B错误;机械波传播的是机械振动的形式、能量,所以波源停止振动后,水波仍旧可以传播,水波传到的地方,质点还可以振动,故C、D正确。 12.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 (　 ) 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 解析:选C　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;t=T时,质点9开始振动,质点8位于平衡位置上方,振动的速度方向竖直向上,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;t=T时,质点16在平衡位置上方,已经运动了,故D错误。 13.(多选)一列横波沿绳子向右传播,传播过程无能量损失,某时刻绳子形成如图所示的凹凸形状,对此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点,下列说法正确的是 (　 ) A.它们的振幅相同 B.质点D和F的速度方向相同 C.质点A和C的速度方向相同 D.从此时算起,质点B比C先回到平衡位置 解析:选AD　波源振动时,绳上各质点通过相互间的弹力作用跟着做受迫振动,不考虑传播中的能量损耗时,各质点的振幅均相同,A正确;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。由题图可知,波源在左端,因此,质点D跟随离波源近的质点C正向上运动,质点F跟随离波源近的质点E正向下运动,两者速度方向相反,B错误;同理,此时质点A正向下运动,质点C正向上运动,两者速度方向也相反,C错误;由于此时B、C两质点都向上运动,B比C先到最大位移处,故B比C先回到平衡位置,D正确。 14.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。规定绳上各质点向上运动的方向为位移x的正方向,从波传播到细绳上的P点开始计时,下列能表示P点振动图像的是 (　 ) 解析:选A　由出现的波形可知,波向右传播,开始计时时,P点在平衡位置且将向下运动,故A正确。 15.(10分)已知地震中的纵波和横波在地表附近的传播速度分别是9.1 km/s和3.7 km/s,在某地的观测站中,记录了地震中的纵波和横波到达该地的时间差为5.4 s。 (1)求这个观测站距震中的距离。(5分) (2)观测站首先观察到的是上下振动还是左右晃动?(5分) 解析:(1)根据纵、横波传到观测站的时间差,有-=5.4 s,求出s=33.67 km。 (2)因纵波的传播速度快,先传到该观测站的是纵波,所以首先观察到的是上下振动。 答案:(1)33.67 km　(2)上下振动 学科网（北京）股份有限公司 $$