3.第1节 波的形成-【正禾一本通】2025-2026学年高二物理选择性必修第一册同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

第1节　波的形成 [学习目标] 1．结合生活实例及实验观察，知道波动的概念，理解波的形成过程。 2．通过对比绳波和弹簧形成的波，区分横波和纵波，知道波峰和波谷、密部和疏部。 3．结合几种典型波的学习，知道什么是机械波，理解机械波的产生条件和传播特点。　 1．结合实例说一说：什么是波？ 2．观察绳波的产生和传播，分析波是怎样形成的？ 3．通过对绳波的分析，说一说：什么是横波？什么是波峰和波谷？ 4．观察弹簧形成的波，说一说：什么是纵波？什么是密部和疏部？ 5．什么是介质？什么是机械波？机械波形成的条件是什么？有什么传播特点？ 一、波的形成 1．波：振动的传播称为波动，简称波。 2．波的形成(以绳波为例) (1)一条绳子可以分成一个个小段，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，绳端这种上下振动的状态就沿绳子传了出去，整体上形成了凹凸相间的波形。 二、横波和纵波 波 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 三、机械波 1．判断下列说法是否正确 (1)波的前面的质点带动后面的质点振动，后面的质点模仿前面质点的振动。(√) (2)如果波源停止振动，则介质中的波也会立即停止传播。(×) (3)质点沿水平方向振动，波沿水平方向传播，这样的波是横波。(×) (4)机械波不仅传播振动形式，还传递能量和信息。(√) 2．绳波在某时刻的形状如图所示，B、C为A点的临近质点。若O是波源，则此刻A点正模仿哪个点的振动？振动方向向哪？若O′是波源呢？ 提示：若O是波源，则此刻A点正模仿B点的振动，振动方向向上；若O′是波源，则此刻A点正模仿C点的振动，振动方向向下。 波的形成及传播特点 如图所示，手拿绳的一端，上下抖动一次，使绳上形成一个凸起和一个凹落的形状，这个“波形”在绳上从一端向另一端移动。在绳子上P点做一红色标记，观察这一红色标记的运动。 问题1：为什么“波形”会在绳上从一端向另一端移动？ 问题2：红色标记做什么运动？它随“波形”向前移动吗？ 问题3：当手停止抖动后，绳上的波会立即停止吗？ 提示：1.绳的一端振动时会带动绳上相邻部分振动，依次引起整个绳振动，由于后面部分总是比前面部分的振动落后，所以会看到“波形”在绳上从一端向另一端移动。 2．红色标记上下振动；它不随“波形”向前移动。 3．不会。当手停止抖动后，波仍向右传播。 1．波的传播特点 (1)机械波的传播离不开介质，没有介质就无法形成机械波。 (2)介质中各质点都在做受迫振动，所以各质点振动的周期(频率)均与波源的振动周期(频率)相同。 (3)离波源越远，质点振动越滞后，但每一个质点的起振方向都与波源起振方向相同。 (4)机械波向前传播的是振动这种运动形式，各质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波迁移。 2．振动和波动的联系 (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，有振动不一定有波动。 (2)波动中各质点振动的性质、频率和幅度均与波源相同。 【典例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。 解析：(1)各质点在t＝时的振动情况如图甲所示。 由图甲可知，t＝时，质点6正在向上运动，质点10、14未运动。 (2)t＝时的波形如图乙所示，质点6正在向下运动，质点10正在向上运动，质点14未运动。 答案：见解析 ►规律方法： (1)机械波的传播可概括为“带动、重复、落后”。即前一质点“带动”后一质点振动，后一质点“重复”前一质点的振动，后一质点的振动“落后”前一质点。 (2)就波上所有质点来说，呈现的现象是波动，而就单个质点来说，所呈现的现象是振动。 (3)画另一时刻的波形时，可先确定一些特殊点的位置，这些点的位置确定后，其他点可顺势找出。 横波和纵波的比较 观察沿绳传播的横波，如图甲；做一做软弹簧上的纵波实验，观察纵波在弹簧上的传播，如图乙。 问题1：如果只关注绳或弹簧上的一个点，观察到的运动情况分别是怎样的？ 问题2：比较绳波和弹簧波：波传播的方向与质点的振动方向之间的关系分别是怎样的？ 提示：1.题图甲中，质点在上下往复运动，并没有移动它的平衡位置；题图乙中，质点在左右往复运动，也没有移动它的平衡位置。 2．绳波传播的方向与质点的振动方向相互垂直；弹簧波传播的方向与质点的振动方向相互平行。 横波和纵波的比较 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同一条直线上 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 实例 绳波 弹簧波、声波 【典例2】 (多选)2025年4月24日，在云南省洱源县发生4.8级地震，震源深度10千米。通常来说，里氏6.0级及以上的地震才会被广泛定义为大地震，此次地震未达该标准。地震波有横波和纵波。关于地震波的形成与传播，下列说法正确的是(　　) A．地震波中横波传播方向与质点振动方向垂直 B．地震波中纵波传播方向与质点振动方向相同 C．地震波在传播过程中各质点在振动的同时还要随波一起向前迁移 D．只要有地震波发出，一定能找到产生地震波的波源 解析：选AD。地震波中横波传播方向与质点振动方向垂直，纵波传播方向与质点振动方向在一条直线上，但不一定相同，故A正确，B错误；根据波的传播特点，各质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波迁移，C错误；只要有地震波发出，一定能找到产生地震波的波源，D正确。 波上质点振动方向的判断 1．振动与波动的对比 比较 项目 振动 波动 运动 现象 振动是单个物体所表现出的周而复始的运动现象 波动是介质中大量的质点受到扰动时，从扰动中心传播开来的周而复始的运动现象 运动的 成因 物体由于某种原因离开平衡位置，同时受到指向平衡位置的力——回复力作用 介质中的质点受到相邻质点的扰动而随着运动，并由近及远传播开去，且各部分都受到指向原位置的力的作用 联系 (1)振动是波的起因，波是振动的传播。 (2)有波动一定有振动，有振动不一定有波动。 (3)波动的周期等于质点振动的周期 2.“带动法”判断质点的振动方向 (1)原理：先振动的质点带动邻近的后振动的质点振动。 (2)方法：在质点P附近靠近波源一侧另找一个参考点P′，P′为先振动的质点，则P点要模仿P′点的振动，只是“滞后”一些，如图所示，若P′在P上方，则P向上运动，若P′在P下方，则P向下运动。 【典例3】 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？ 解析：(1)P点为波源，Q点在右侧质点的带动下将向上振动。 (2)Q点的起振方向向上，所以波源P点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。 答案：(1)向上　(2)向上　(3)不是 【典例4】 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 解析：选D。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，A向下运动，B、C、D向上运动，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，A、B、C错误；由于此时B和C都向上运动，所以B比C先到达最大位移处，并先回到平衡位置，D正确。 【思维进阶】 一列波某时刻的形状如图所示，若此刻质点a正在向上运动，则此刻质点b向哪运动？ 提示：此刻质点a正在向上运动，则该列波由左向右传播，质点b正向下运动。 1．关于横波和纵波，下列说法正确的是(　　 ) A．对于横波，质点的振动方向和波的传播方向有时相同，有时相反 B．对于纵波，质点的振动方向与波的传播方向一定相同 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．形成纵波的质点随波一起迁移 解析：选C。横波质点的振动方向与波的传播方向相互垂直，纵波质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上，方向有时相同，有时相反，故A、B错误，C正确；介质中的质点均在各自的平衡位置附近做往复运动，不会随波迁移，故D错误。 2．我国诗人对波的兴动与源起别具慧眼，能于细微处品波，如“藻花菱刺泛微波”“荷花初醒水微波”等，真是奇景！又如“清风吹空月舒波”“孤舟常占白鸥波”等，这些都是在今人不起眼的地方探究波源、波动。关于上面的诗句，下列说法正确的是(　　 ) A．“藻花菱刺”“荷花初醒”时出现了水波形成的波源 B．“孤舟”振动速度等于水波的传播速度 C．“孤舟”会随水波在水面上前行 D．都涉及水波，水波属于纵波 解析：选A。“藻花菱刺”“荷花初醒”时有振动，出现了水波形成的波源，故A正确；诗句中“孤舟”相当于介质质点，介质质点只在平衡位置上下振动，不会随波在水面上前行，振动速度时刻改变，波传播速度在同种介质中认为不变，故B、C错误；水波不是纵波，故D错误。 3．(2025·北京师范大学二附中检测)如图甲中有一条均匀的绳，O，A，B，C，…依次是绳上一系列等间隔的点。现有一列横波沿此绳向右传播，t1＝0时，波刚好到达质点O，t2＝0.3 s时，波刚好到达质点C，并形成如图乙所示的波形。在下列四幅图中能够正确表示t3＝0.8 s时的波形(其中一部分)的是(　　 ) 解析：选A。简谐横波沿横轴正向传播，t2＝0.3 s时波刚好到达质点C，且C点向上振动，根据波传播时质点的振动及相互带动规律可以推断，t3＝0.8 s，波形刚好传播到质点H，且此时质点H也应向上振动，故A正确。 学科网（北京）股份有限公司 $