第三章 第一节 机械波的产生和传播(Word教参)-【步步高】2024-2025学年高二物理选择性必修第一册学习笔记（粤教版）

本讲义聚焦机械波的产生和传播核心知识点，从抖动绳子观察波形入手，系统梳理机械波的产生条件（波源、介质）、传播特点（传播运动形式与能量，质点仅在平衡位置振动），进而区分横波与纵波，最终落脚“带动法”判断质点振动方向，形成从现象观察到概念建构再到规律应用的学习支架。 资料通过实验探究（如持续抖动绳子观察波形）培养科学探究能力，借助“带动法”原理分析与例题（艺术体操“带操”波形分析）建构物理模型，渗透运动和相互作用观念。课时对点练分考点设计，课中助力教师高效授课，课后便于学生回顾强化，弥补知识盲点。

第一节　机械波的产生和传播 [学习目标]　1.认识常见的波动现象，了解波动的普遍性，知道波是振动的传播。2.知道机械波的产生条件和传播特点，会用带动法判断质点的运动方向(重难点)。3.会从形态上区别横波、纵波，知道横波与纵波的定义(重点)。 一、机械波的传播 将一根长软绳的一端拴在门把上，另一端用手握住，如图所示，分别观察在下列情况下会出现什么现象：向上抖动一次；向下抖动一次；上下抖动一次；持续上下抖动。 答案　将绳子向上抖动一次，在绳子上形成一个凸起的波形，并向另一端传去；向下抖动一次，在绳子上形成一个凹下的波形，并向另一端传去；上下抖动一次，在绳子上形成一个凸凹相间的波形，并向另一端传去；持续地上下抖动，会在绳子上形成一列凸凹相间的波形，并向另一端传去。 1．认识机械波 (1)机械波：机械振动在媒介中的传播。 (2)机械波产生的条件 ①波源：产生机械波的振动源。 ②介质：传播机械振动的媒介。 2．机械波的传播 (1)成因：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，即绳子上每个振动的质点又如新的波源带动下一个质点的运动。 (2)特点： ①机械波传播的是振动的运动形式。 ②波是传递能量的一种方式。 ③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。 1．绳上各点是不是同时开始振动的？它们振动的频率相同吗？ 答案　不是同时开始振动的，靠近波源的质点先振动起来；由于各质点均做受迫振动，振动的频率都与波源的频率相同。 2．绳上各点开始振动时的方向(起振方向)与振源起振方向有什么关系？ 答案　绳上各点的起振方向与振源起振方向相同。 (1)振源振动停止后波的传播立刻停止。(　×　) (2)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。(　√　) (3)波的传播速度就是质点移动的速度。(　×　) 例1　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6、10、14的运动状态(是否运动、运动方向)如何？ (2)画出t＝时的波形，并说明质点6、10、14的运动状态。 答案　见解析 解析　(1)各质点在t＝时的情况如图甲所示： 由图甲可知，t＝时，质点6未达到波峰，正在向上运动，质点10、14未运动。 (2)t＝T时的波形如图乙所示，质点6正在向下运动，质点10向上运动，质点14未运动。 机械波的形成过程 例2　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。 (1)判断图示时刻Q质点的振动方向。 (2)P质点从平衡位置刚开始振动时，是朝着哪个方向运动的？ (3)此波的形成是否是P质点移动到Q质点形成的？ 答案　(1)向上　(2)向上　(3)不是 解析　(1)P质点为波源，Q质点在右侧质点的带动下将向上振动。 (2)由(1)可知，当波恰好传到Q质点时，Q质点起振方向向上，故波源P质点从平衡位置开始振动时的方向也向上。 (3)机械波只是传播振动形式，质点并不随波迁移。 二、横波与纵波 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)图乙是推拉弹簧产生的波，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 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。 说明：机械波中的横波只能在固体介质中传播。 2．纵波：波的传播方向和质点的振动方向在同一直线上的机械波。 说明：纵波在固体、液体和气体介质中均能传播。在波动中交替产生疏部和密部且不断地向前传播。 3．几种常见的波 (1)绳波是横波； (2)空气中产生的声波是纵波； (3)地震波中既有横波，又有纵波； (4)水波既不是横波也不是纵波。 (1)振源上下振动形成的波为横波。(　×　) (2)机械波只有两类，要么是横波，要么是纵波。(　×　) 例3　关于横波和纵波，下列说法正确的是(　　) A．对于横波，质点的振动方向与波的传播方向不一定垂直 B．振源上下振动形成的波为横波 C．对于纵波，质点的振动方向和波的传播方向有时相同，有时相反 D．空气中只能传播横波 答案　C 解析　横波的特征是质点的振动方向与波的传播方向垂直，A项错误；并非上下振动产生的波就是横波，如上下振动且上下传播的波是纵波，B项错误；纵波中质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上，方向有时相同，有时相反，C项正确；横波不能靠空气传播，空气中只能传播纵波，D项错误。 三、“带动法”判断质点的振动方向 绳波在某时刻的形状如图所示，若O是波源，则此刻A点向什么方向运动？若O′是波源，则此刻A点向什么方向运动？ 答案　若O点为波源，A点左侧的质点将带动A处质点向上运动；若O′是波源，A点右侧的质点将带动A处质点向下运动。 拓展　某时刻一列波的形状如图所示，此刻质点a正在向上运动，试判断此刻质点b的运动方向。 答案　由于此刻质点a在前一个质点的带动下正在向上运动，可知波源在质点a的左侧，因此该列波由左向右传播，质点b在左侧质点的带动下将向下运动。 (1)“带动法”原理：先振动的质点带动邻近的后振动的质点。 (2)判断方法：如图所示在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点P′，P′为先振动的质点，若P′在P上方，则P向上运动，若P′在P下方，则P向下运动。 例4　(多选)(2023·茂名市电海中学月考)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。如图所示为“带 操”表演中某时刻的照片，已知细棒在竖直方向抖动，P为彩带上的一个质点，若认为该波是向右传播的机械波，则下列说法正确的是(　　) A．图示时刻，质点P正在向右运动 B．质点P的振动频率等于细棒抖动的频率 C．图示时刻，质点P正在向下运动 D．图示时刻，质点P正在向上运动 答案　BD 解析　质点不随波迁移，故A错误；质点的振动频率与振源频率相等，故B正确；由于波向右传播，根据“带动法”可得，质点P正在向上运动，故C错误，D正确。 例5　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，对此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点，下列说法正确的是(　　) A．质点B向右运动 B．质点D和质点F的速度方向相同 C．质点A和质点C的速度方向相同 D．从此时算起，质点B比质点C先回到平衡位置 答案　D 解析　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，由此可知，质点A向下运动，质点B、C、D向上运动，质点E、F向下运动，故质点A和质点C的速度方向相反，质点D和质点F的速度方向相反，选项A、B、C错误；由于此时质点B和质点C都向上运动，所以质点B比质点C先到达最大位移处，并先回到平衡位置，选项D正确。 课时对点练 1～7题每题7分，共49分 考点一　机械波的形成和传播 1．关于振动和波，下列说法正确的是(　　) A．有机械波必有振动 B．纵波中，质点的振动方向与波的传播方向垂直 C．水平向右传播的横波，其各个质点一定上下振动 D．波源停止振动时，介质中的波动立即停止 答案　A 解析　机械波是机械振动的形式与能量在介质中的传播，即有机械波必有振动，A正确；纵波中，质点的振动方向与波的传播方向平行，B错误；水平向右传播的横波，其各个质点既可上下振动，亦可水平方向振动，只需要确保振动方向与波水平向右的传播方向垂直即可，C错误；波源停止振动时，之前的振动形式仍然在介质中传播，即波源停止振动时，介质中的波动没有立即停止，D错误。 2.如图所示，运动会上团体操表演“波浪”。一组学生手挽手排成一行，左边第一位同学开始周期性的下蹲、起立。后边的同学重复他的动作，形成往前传播的“波浪”，下列说法正确的是(　　) A．“波浪”向左传播 B．图中A同学正在往下蹲 C．每个学生的位置都向右移动 D．后边所有的同学同时重复左边第一位同学的动作 答案　B 解析　左边第一位同学开始周期性的下蹲、起立相当于波源，则“波浪”应向右传播，故A错误；根据后面质点的振动重复前面质点的振动，“波浪”向右传播，图中A同学正在往下蹲，故B正确；每个学生只是向右传播了振动形式，而每个学生还是在平衡位置下蹲、起立，故C错误；波源最先起振，后边所有的同学延后重复左边第一位同学的动作，故D错误。 3．(2023·梅州市高二期末)一学生看见平静的湖面上漂浮着一小块泡沫，想把它拾起来扔到垃圾桶，于是向湖中投入一石块，在湖面上激起水波，关于泡沫的运动情况，下列说法正确的是(　　) A．泡沫不能被波浪推动，最多只能在湖面上做上下振动 B．投入的石块质量越大，波浪越容易将泡沫推至岸边 C．不知泡沫离波源的远近如何，无法确定泡沫的运动情况 D．因“随波逐流”，波浪会将泡沫推至岸边 答案　A 解析　波传播的是振动这种形式，各质点在各自平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移，B、C、D错误，A正确。 考点二　横波和纵波 4．(多选)下列有关横波与纵波的说法正确的是(　　) A．沿水平方向传播的波为横波 B．纵波可以在固态、液态、气态介质中传播 C．纵波与横波不可以同时在同一介质中传播 D．凡是振动方向与波传播方向在同一条直线上的波都是纵波 答案　BD 解析　振动方向与波的传播方向垂直的波为横波，A错误；纵波可以在固态、液态、气态介质中传播，B正确； 纵波与横波可以同时在同一介质中传播，如地震波中既有横波又有纵波，C错误； 振动方向与波的传播方向在同一条直线上的波就是纵波，D正确。 5．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 答案　C 解析　纵波振动方向与传播方向在同一直线上，横波振动方向与波的传播方向相互垂直，由于纵波传播得快，地震发生时纵波先到达震源正上方，则震源正上方房屋先上下振动后左右摇动。故选C。 考点三　“带动法”判断质点的振动方向 6.(2023·茂名市高二期中)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　根据题意可知，波向右传播，根据带动法可知，此时P点的振动方向向上，图中质点Q开始向下振动，即Q点的起振方向向下，由于所有质点的起振方向均与波源的起振方向相同，则P点起振方向向下，可知P点起振方向和此时P点的振动方向分别为向下、向上。故选C。 7.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，下列四幅x－t图像中能表示P点振动图像的是(　　) 答案　A 解析　由波形结合题意可知，波向右传播，开始计时时P点在平衡位置且将向下振动，故A正确。 8～11题每题9分，12题15分，共51分 8.如图，手持较长软绳端点O以周期T在竖直方向上做简谐运动，带动绳上的其他质点振动，该波沿水平方向传播。绳上有另一点P(图中未画出)，t＝0时，O点位于最高点，P点位于最低点，则(　　) A．t＝时，P点位于平衡位置上方 B．P点的起振方向与O点的起振方向相反 C．t＝时，P点的速度方向水平向右 D．P点的起振方向与O点的起振方向相同 答案　D 解析　t＝时，P点从最低点经历个周期后回到平衡位置，故A错误；每个质点的起振方向都跟波源的起振方向相同，故B错误，D正确；t＝时，P点的速度方向向上，向平衡位置移动，故C错误。 9.一列简谐横波沿x轴传播，某时刻的波形如图所示，a、b、c为介质中三个点，该时刻a点正向上运动。由此可知(　　) A．该波沿x轴负方向传播 B．该时刻c点的加速度正在减小 C．该时刻以后，b点比c点先到达平衡位置 D．该时刻b点的速率比c点的速率大 答案　C 解析　题图所示时刻a点向上振动，可知波沿x轴正方向传播，A错误；由题图知c点向下振动，位移变大，回复力大小变大，则加速度增大，B错误；b点向上振动，c点向下振动，可知b比c先到达平衡位置，C正确；题图所示时刻b距离平衡位置比c点远，在该时刻b点比c点的速率小，D错误。 10．(多选)如图甲所示，小孩握住轻绳左端以T为周期持续上下抖动绳子，在绳上产生一段绳波。绳上每隔0.2 m标记一个点，记为1、2、3…，质点1在手的作用下在竖直方向带动2、3、4…各个质点依次上下振动，0、时刻各质点位置如图乙、丙所示，下列说法正确的是(　　) A．一段时间后，小孩停止上下抖动，绳子上的波马上消失 B.时刻质点4带动质点5向下起振 C．由图丙时刻再经过质点9运动到平衡位置向上振动 D．此绳波向右传播，能量和运动形式自左向右传播，所以质点5向右传播 答案　BC 解析　一段时间后，小孩停止上下抖动，波源不再使绳子产生新的波动，但已经形成的波还会继续向右传播，不会马上消失，故A错误； 由题图丙可知时刻质点9在质点8的带动下向下起振，而沿波的传播方向上所有质点起振方向相同，且易知时刻波刚好传播到质点5，所以质点5在质点4带动下向下起振，故B正确； 由题图丙时刻再经过质点9运动到平衡位置向上振动，故C正确； 此绳波向右传播，能量和运动形式自左向右传播，但质点5只在其平衡位置附近上下振动，不会向右传播，故D错误。 11.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，蝎子就可以利用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 答案　D 解析　虫子脚下的沙子在平衡位置上下振动，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在同一条直线上，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。 12．(15分)如图甲所示为波源的振动图像，图乙为均匀介质中同一条直线上等间距的质点在t＝1 s时的振动状态，其中质点4刚开始振动。请在图丙中画出t＝5 s时质点的振动状态。 答案　见解析图 解析　根据波传播的规律知t＝5 s时，波源出现在正的最大位移处，质点16起振。如图所示。 学科网（北京）股份有限公司 $