3.1 波的形成（教用Word）-【金榜题名】2026-2027学年高二物理选择性必修第一册高中同步学案（人教版）

本讲义聚焦机械波的形成这一核心知识点，从波的形成过程（以绳波为例，分析质点间相互作用带动振动传播）入手，系统梳理横波与纵波的定义及特征量（波峰、波谷、密部、疏部），进而明确机械波的产生条件（波源、介质）和实质（传播振动形式与能量，质点不随波迁移），构建递进式学习支架。 该资料亮点在于通过“问题探究”引导学生思考绳波质点振动顺序等问题，培养科学探究能力。借助对比表格（振动与波动、横波与纵波）建构物理模型，强化科学思维。结合树叶在水波中振动等实例深化运动和相互作用观念，课中辅助教师引导探究，课后通过分层作业帮助学生查漏补缺。

　机械波 3．1　波的形成 学习 目标 1．通过观察与分析，认识波是振动的传播，知道波在传播振动形式的同时也传播能量和信息．2．能对波动现象进行分析和推理，认识波的形成过程． 3．能区别横波和纵波，知道什么是波峰和波谷、密部和疏部． 4．知道机械波的概念和形成机械波的条件． 一、波的形成 形 成原因：以绳波为例(如图所示) (1)可以将绳分成许多小部分，每一部分看成一个质点． (2)手握绳端不动时，各个质点排列在同一直线上，各个质点所在的位置称为各自的平衡位置． (3)手握绳端上下振动时，会引起绳中的某一质点振动，首先振动的这个质点称为波源． (4)由于绳中各质点之间存在着相互作用力，作为波源的质点就带动周围质点振动，并依次带动邻近质点振动，于是振动就在绳中由近及远地传播． 二、横波和纵波 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 质点的振动方向和波的传播方向相互垂直的波 ①波峰：横波中，凸起的最高处 ②波谷：横波中凹下的最低处 续表 定义 标识性物理量 实物波形 纵波 质点的振动方向和波的传播方向在同一直线上的波 ①密部：纵波中，质点分布最密的位置 ②疏部：纵波中，质点分布最疏的位置 2．发声体振动时在空气中产生的声波是纵波，声波不仅能在空气中传播，也能在固体、液体中传播． 三、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．形成：机械振动在介质中传播，形成机械波． 3．产生条件 (1)要有波源． (2)要有传播振动的介质． 4．机械波的实质 (1)介质中有机械波传播时，介质本身并不随波一起传播，因此说它传播的只是振动这种运动形式． (2)传递能量的一种方式．依靠介质中各个质点间的相互作用力而使各相邻质点依次做机械振动来传递波源的能量． [自我诊断] 1．判断下列说法的正误． (1)在绳波的形成和传播过程中，所有质点的运动是近似的匀速直线运动．(×) (2)在绳波的形成和传播过程中，所有质点同时运动，同时停止运动．(×) (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．(√) (4)质点沿水平方向振动，波沿水平方向传播，这样的波一定是横波．(×) (5)介质中有机械波传播时，介质本身也随波一起传播．(×) 2．一个小石子投向平静的湖面中心，会激起一圈圈波纹向外传播，如果此时水面上有一片树叶，下列对树叶运动情况的叙述正确的是(　　 ) A．树叶慢慢向湖心运动 B．树叶慢慢向湖岸漂去 C．在原处上下振动 D．沿着波纹做圆周运动 解析：选C　由于波在传播过程中，只传递振动能量和波源所发出的信息，而各质点不随波迁移，只在各自的位置附近做振动，故选C． 一、波的形成和传播 [问题探究] 　如图用手握住绳子的一端上下抖动，就会看到凸凹相间的波向绳的另一端传播出去，形成绳波．请结合图示思考下列问题． (1)绳子的质点，哪些位置先振动，哪些位置后振动？ (2)质点间的振动是如何发生的？ (3)从波源开始，各个质点做什么振动？ (4)绳波在传播时，绳子上的各点是否随波发生迁移？ (5)手停止振动，波会不会立即停止传播？ 答案：(1)前面的质点先振动，后面的质点后振动． (2)绳发生弹性形变产生弹力，前面的质点带动后面的质点振动． (3)若波源开始做简谐运动，则各质点均做简谐运动． (4)没有，绳上各点只在竖直方向上振动． (5)不会，手停止振动后，已形成的波仍向右传播． [知识深化] 1．机械波的形成 2．波的特点 (1)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． (2)周期：各质点振动的周期均与波源的周期相同． (3)步调：离波源越远，质点振动越滞后． (4)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． (5)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 　如图所示，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．已知t＝0时，质点1开始向上运动，t＝ 时，1到达最上方，5开始向上运动．问： (1)t＝时，质点8、12、16的运动状态(是否运动、运动方向)如何？ (2)t＝时，质点8、12、16的运动状态如何？ 解：各质点在各时刻的情况如图甲所示： (1)由甲图可知，t＝时，质点8未达到波峰，正在向上振动，质点12、16未振动． (2)由乙图可知，t＝时，质点8正在向下振动，质点12向上振动，质点16未振动． 波动过程中各质点的运动规律 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)后振动的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)如图所示，沿水平方向的介质中的部分质点，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：选ACD　从题图可知，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，一旦质点9起振后，质点1、9的振动步调就完全一致，故D正确． 　(多选)关于振动和波的关系，下列说法正确的是(　　) 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，一个质点的振动带动相邻质点的振动并由近及远传播而形成波，选项A、B正确；波的传播速度是波形由波源向外传播的速度，而质点振动的速度和方向都随时间周期性地发生变化，选项C错误；波源一旦将振动传给了介质，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，不会因波源停止振动而立即停止传播，选项D错误． 二、横波和纵波 [问题探究] 如图所示， (1)图甲是绳波，其中质点的振动方向与波的传播方向是什么关系？ (2)图乙是声波，其中质点的振动方向与波的传播方向是什么关系？ 答案：(1)相互垂直．　(2)在同一条直线上． [知识深化] 1．横波和纵波是按照质点振动方向和波传播方向的关系来区别的：两方向垂直的为横波，两方向在同一直线上的为纵波．如声波是典型的纵波． 2．地震波中既有横波，又有纵波，而且纵波传播速度较大． 3．横波与纵波的区别 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 不能在液体和气体介质中传播 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 4．注意：水波既不是横波也不是纵波，它属于比较复杂的机械波． 　关于横波与纵波，下列说法中正确的是(　　) A．质点上下振动形成的波是横波 B．质点水平振动形成的波是纵波 C．波沿水平方向传播，质点在竖直方向上下振动，这类波是横波 D．质点在水平面内振动，波沿水平方向传播，这类波是纵波 解析：选C　质点的振动方向与波的传播方向垂直的波叫横波，而质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波叫纵波，可知只有C项正确． [针对训练] 2．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．横波只能在固体中传播，纵波只能在液体、气体中传播 解析：选B　纵波质点振动方向与传播方向在一条直线上，方向并不一定相同，故A选项错误；机械波的质点只是在其平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移，无论横波和纵波都是这样，故C选项错误；横波只能在固体中传播，纵波可在固体、液体和气体中传播，故D选项错误． 1．(多选)关于机械波的形成，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．参与振动的质点都有相同的频率 D．机械波是介质随波迁移，也是振动能量的传递 解析：选BC　机械波的形成必须具备的两个条件：振源和介质．只有物体做机械振动，而其周围没有传播这种振动的介质，远处的介质点也不可能振动起来形成机械波，故A选项错误；波源带动它周围的质点振动，将振动传播开来，所以后一质点总是落后，但振动频率相同，故B、C选项正确；形成机械波的各振动质点只在平衡位置附近往复运动，并没有随波迁移，故D选项不正确． 2．(多选)关于波的形成和特点，下列说法正确的是(　　) A．随着波的传播，介质中各质点都在各自的平衡位置附近振动 B．随着波的传播，介质中的各质点也将由近及远地迁移出去 C．传播波的过程中相邻各质点间必有相互作用力 D．某一横波在介质中沿水平方向传播，介质中的质点必沿竖直方向上下振动 解析：选AC　随着波的传播，介质中各质点都在各自的平衡位置附近来回振动，不随波迁移，故A正确，B错误；波源的振动使质点一个个被带动，且与波源振动形式相同，且总滞后于前一个质点，可知各质点间有力的作用，故C正确；某一横波在介质中沿水平方向传播，介质中的质点的振动方向与波的传播方向垂直，但不一定沿竖直方向，故D错误． 3．下列关于横波、纵波的说法正确的是(　　) A．同一波源在同一介质中形成的机械波中可同时具有横波和纵波 B．由于横波、纵波的振动方向与波的传播方向的关系不同，因此横波、纵波不可能沿同一方向传播 C．横波、纵波在同一介质中的传播速度一定相等 D．只要存在介质，不管是固体、液体或气体，均可传播横波和纵波 解析：选A　同一波源产生的波中可同时具有横波、纵波，如地震波，故选项A正确；虽然传播这两种波的介质质点振动方向与波传播方向的关系不同，但并不妨碍两者沿同一方向传播，故选项B错误；在同一介质中，横波和纵波传播速度一般不同，如地震波中纵波比横波传播得快，故选项C错误；横波可以在固体内传播，不可以在液体、气体中传播，而纵波可在固体、液体和气体中传播，故选项D错误． 4．(多选)关于机械波和机械振动，下列说法中正确的是(　　 ) A．机械振动就是机械波，机械波就是机械振动 B．有机械波，则一定有机械振动 C．机械波就是质点在介质中的运动路径 D．在波传播方向上各个质点都有相同的振动频率和振幅 解析：选BD　机械振动在介质中传播，形成了机械波，A错；波的形成有两个条件，一是要有波源，二是要有介质，所以，有机械波一定有机械振动，B对；在波的形成和传播过程中，各质点不随波迁移，C错；离波源较远的质点依靠前面质点的带动，所以频率、振幅相同，D对． 课时作业(十三)　波的形成 [基础达标练] 1．关于机械振动与机械波，下列说法不正确的是(　　 ) A．机械波的频率等于振源的振动频率 B．机械波的传播速度与振源的振动速度相等 C．机械波在介质中传播的速度由介质本身决定 D．在一个周期内，沿着波的传播方向，振动在介质中传播一个波长的距离 解析：选B　机械波是波源的振动形式在介质中传播，所以机械波的频率等于波源的振动频率，A正确，不符合题意；机械波的传播速度是由介质决定的，不同介质中机械波的传播速度不同，振源的振动速度周期性变化，两者完全不同，B错误，符合题意；机械波的传播速度由介质决定，周期由振源决定，C正确，不符合题意；根据波长的定义可知，沿着波的传播方向，一个周期内，波传播的距离等于一个波长，D正确，不符合题意． 2．关于机械波的形成和传播，下列说法中正确的是(　　) A．振动是波动的成因，波动是振动的传播 B．一旦波源振动起来，介质中的各个质点也就同时开始振动 C．波动过程是介质中质点由近及远移动的过程 D．横波的传播需要介质，纵波的传播不一定需要介质 解析：选A　A．振动是的波的成因，波动是振动的传播，故A正确；B．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，故离波源近的质点振动的早一些，故B错误；C．波动过程是介质中质点振动形式由近及远移动，而质点不随波迁移，故C错误；D．机械横波与纵波的传播，都需要介质，故D错误． 3．下列关于横波、纵波的说法中，正确的是(　　) A．横波中，质点的振动方向一定与波的传播方向垂直 B．横波中，质点的振动方向也可能与波的传播方向平行 C．纵波中，波水平向右传播，各个质点一定上下振动 D．横波中振动质点不随波迁移，纵波中振动质点随波迁移 解析：选A　ABC．横波的传播方向与质点的振动方向垂直，纵波的传播方向与质点的振动方向在一条直线上，A正确，BC错误；D．横波和纵波中振动质点都不随波迁移，D错误．故选A． 4．把闹钟悬放在密闭的玻璃罩内，在玻璃罩外仍然可以听到闹钟的铃声，但如果将罩内空气抽去，就听不到闹钟的铃声，这说明(　　 ) A．声波是纵波 B．抽去罩内的空气后，闹钟不再运转了 C．气体、液体和固体都能传播声音 D．声波不能在真空中传播 解析：选D　A．题干中不能说明声波是纵波，故A错误；B．闹钟的运转不需要空气，抽去空气后仍能正常工作，故B错误；C．玻璃罩内有空气时能听到闹钟的铃声，抽去罩内空气，就听不到闹钟的铃声，这说明声音要靠介质——空气传播，玻璃罩是固体，玻璃罩外仍可听到铃声，说明固体也能传播声音，文中没有提及液体传播声音，故C错误；D．由本题中的现象可知，声波在真空中是不能传播的，日常我们听到的声音是靠空气传播的，实际上液体和固体也能传声，故D正确．故选D． 5．(多选)下列关于沿绳传播的一列机械波的正确说法是(　　) A．绳波的形成是由于绳上各质点的相互作用 B．绳上各质点都随绳波向前传播 C．当波源突然停止振动时，离波源较近的质点先停止振动 D．波形成的过程是质点的振动形式及能量的传播过程 解析：选ACD　A．绳波的形成是由于绳上各质点的相互作用，各质点没有相互作用则形不成绳波，故A正确；B．绳波在传播过程中，各质点在各自平衡位置附近振动，并不随波迁移，故B错误；C．根据波的形成过程以及“由近及远，依次带动”的特点知，当波源突然停止振动时，离波源较近的质点先停止振动，故C正确；D．波的形成过程是质点振动形式和能量的传播，故D正确．故选ACD． 6．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，由波的形成及图可知，下列说法中正确的是(　　 ) A．质点1带动质点2是利用绳上质点间的弹力实现的，因此每个质点均做受迫振动 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，振动周期不相同 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：选A　绳上的质点都在做受迫振动，所以各质点振动的周期与波源的振动周期都相同，故A正确，C错误；BD．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．波的传播过程也是能量的传递过程，每个质点均做等振幅的受迫振动，合外力不为零，故每个质点的机械能并不守恒，故BD错误．故选A． 7．手机A的号码是133××××0002，手机B的号码是133××××0008．手机A呼叫手机B时，手机B发出响声且屏上显示手机A的号码“133××××0002”，若将手机A置于一透明真空玻璃罩中，用手机B呼叫手机A，则玻璃罩外面的人发现手机A(　　) A．发出响声，并显示手机B的号码“133××××0008” B．不发出响声，但显示手机B的号码“133××××0008” C．不发出响声，但显示手机A的号码“133××××0002” D．既不发出响声，也不显示号码 解析：选B　声波为机械波，传播需要介质，在真空中不能传播，光波、手机发射的信号均为电磁波，传播不需要介质，可以在真空中传播，故用手机B呼叫手机A时，玻璃罩外的人能看到手机A显示手机B的号码，但听不到声音，故B正确，ACD错误．故选B． 8．(多选)如图所示是绳波形成过程的示意图．质点1在外力作用下做简谐运动，带动其余质点依次上下振动．在t＝时，质点1到达最上方，质点5刚开始振动．下列说法正确的是(　　) A．质点5和质点1的振动频率相同 B．在t＝时，质点4加速度方向向上 C．从t＝T开始的一小段时间内，质点11的速度正在减小 D．从t＝T开始的一小段时间内，质点16的加速度正在增大 解析：选ABD　A．质点5和质点1的振动频率相同，都等于振源的振动频率，A正确；B．在t＝时，质点4运动到平衡位置上方，加速度的方向指向平衡位置向上，B正确；C．从t＝T开始的一小段时间内，质点11在平衡位置下方向上振动，速度正在增大，C错误；D．从t＝T开始的一小段时间内，质点16在平衡位置的上方向上振动，加速度正在增大，D正确．故选ABD． 9．(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 解析：选AD　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，四个质点的速度大小关系为va＝vd<vb<vc，C错误，D正确． [能力提升练] 10．以质点P为波源的机械波在绳上传到质点Q时的波形如图所示，下列说法正确的是(　　) A．绳波传播不需要介质 B．P点的起振方向朝上 C．绳中质点带动右侧相邻的质点振动 D．当P点停止振动时，绳波立即消失 解析：选B　A．绳波是机械波，机械波的传播需要满足条件：①振源振动；②介质，所以这列波的传播需要介质，故A错误；B．Q点的起振方向朝上，P点的起振方向也朝上，故B正确；C．由于波向左传播，绳中质点带动左侧相邻的质点振动，故C错误；D．由于机械波依据介质传播，如果振源停止振动，在介质中传播的振动不会立即停止．故D错误．故选B． 11．足球比赛中，几万观众自发在观众席上进行人浪游戏．从看台A区到B区的观众依次做下列动作：起立—举起双臂—坐下，呈现类似波浪的效果．下列关于人浪说法正确的是(　　) A．当人浪从看台A区传到B区时，很多观众也从看台A区跑到B区 B．人浪从看台A区传到B区的速度由观众从看台A跑到看台B区的速度决定 C．观众“起立—举起双臂—坐下”的动作越频繁，人浪传播的速度越快 D．人浪的传播是观众动作形式的传播 解析：选D　AB．人浪游戏中观众只在各自的座位上起立—举起双臂—坐下，并不移动，所以当人浪从看台A区传到B区时，并不是观众从看台A区跑到B区，所以AB错误；C．人浪传播的速度与观众“起立—举起双臂—坐下”的动作快慢没有关系，所以C错误；D．观众动作相当于振动，人浪相当于波，人浪的传播是观众动作形式的传播，所以D正确；故选D． 12．区分横波和纵波的依据是(　　) A．是否沿水平方向传播 B．质点振动的方向和波传播的远近 C．质点振动的快慢 D．质点的振动方向和波的传播方向是相互垂直还是相互平行 解析：选D　横波与纵波分类的标准是看质点振动方向和波传播方向的关系，若相互垂直，为横波，若相互平行，为纵波，所以D正确；ABC错误；故选D． 13．如图所示，0、1、2、…、9为弹性介质中间隔相等的若干连续质点，t＝0时刻，0点从平衡位置开始向上做简谐运动，当0点第1次达到正向最大位移处时，2点开始振动．下列说法正确的是(　　 ) A．2点开始振动的方向向下 B．经过一段时间，1点运动到5点的位置 C．9点开始振动后，其振动情况与1点完全相同 D．0点的振动频率大于后面所有点的振动频率 解析：选C　质点的振动方向与波源的起振方向相同，0点从平衡位置开始向上做简谐运动，故2点开始振动的方向向上，A错误；简谐运动，质点在竖直方向上振动，不会1点运动到5点的位置，B错误；当0点第1次达到正向最大位移处时，2点开始振动，可知0点到2点的相位差为，各点间的间隔相等，故9点与1点的相位差为2π，则9点开始振动后，其振动情况与1点完全相同，C正确；机械波在传播的过程中所有质点的振动频率都与波源的频率相同，故D错误．故选C． 14．(多选)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，不考虑能量损耗，关于此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点的说法正确的是(　　) 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　A．波中各质点均做受迫振动，不考虑能量损耗，各质点振幅相同，故A正确；BC．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，并跟随着近的质点振动，D跟随C向上运动，F跟随E向下运动；同理，A向下运动，B向上运动；由此可知，故B、C错误；D．由于此时B和C两质点都向上运动，C比B后到达最大位移处，C回到平衡位置也比B迟，故D正确．故选AD． 学科网（北京）股份有限公司 $$