第3章 第1节 波的形成和描述(一)（配套教参Word）-【步步高】2025-2026学年高二物理选择性必修第一册学习笔记（鲁科版）

本讲义聚焦机械波的形成与描述核心知识点，从绳波、水波等生活实例切入，通过分析形成条件（波源、介质）和传播特点（传递振动形式与能量，质点不迁移），构建横波（波峰、波谷）与纵波（密部、疏部）模型，形成现象到本质的学习支架。 该资料以科学探究为核心，设计思考问题引导学生观察分析，结合例题与对比表格深化横纵波理解，培养科学思维中的模型建构与科学推理能力。融入能量观念，课中助力教师引导学生探究，课后通过练习题帮助学生巩固知识，查漏补缺。

第1节　波的形成和描述(一) [学习目标]　1.通过不同介质中波的传播现象，找出形成机械波的条件；通过观察绳波的产生和传播，认识波的形成过程，找出机械波的传播特点(重难点)。2.通过对绳波和弹簧波的现象进行分析，构建横波和纵波的模型(重点)。 一、波的形成与传播 图甲，把软绳的一端系在墙上，用手抓住绳子的另一端上下振动，可看见沿绳传播的波。 图乙，水面上某点的连续振动沿水面传播，就形成了水波。 图丙，声带振动在空气中传播形成声波。 图丁，地球内部的运动在地壳中传播形成地震波。 请思考： (1)这几种波在刚开始形成时有什么共同点？ (2)这几种波在传播的过程中有什么共同点？ (3)甲图中，如果在绳子上某处做一红色标记： 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？ 答案　(1)都需要某个点先振动，然后带动其他点的振动来形成波。 (2)都需要在某种物质中传播。 (3)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。 1.波的定义 机械振动在介质中传播形成的波称为机械波，简称波。 2.产生条件 (1)波源：产生机械振动的物体。 (2)介质：能传播波的物质。 3.波的形成 (1)一条绳子可以分成许多小的部分，每一小部分可视为质点，相邻两质点间有相互作用。 (2)如图，质点1在外力作用下振动后，会带动质点2振动，只是质点2的振动要比质点1滞后一些。振动由发生区域向远处传播。 (3)各质点依次振动，在同一时刻各质点的空间位置不同，因此从整条绳看就形成了凸凹相间的波形，波形随时间沿传播方向传播出去，从而形成了波。 4.机械波的特点 (1)机械波传递的是振动形式、能量和信息，介质中各质点本身并不随波的传播而迁移，而是在各自的平衡位置附近振动。 (2)波动过程介质中的各个质点都做受迫振动，各个质点振动的周期(频率)与波源的周期(频率)相同。 (3)各质点的起振方向都与波源开始振动的方向相同。 (4)不考虑能量损失时，各质点振动的振幅相同。 (1)物体做机械振动，一定产生机械波。(　×　) (2)在绳波的形成和传播中，所有质点同时开始运动，同时停止运动。(　×　) (3)波源振动停止后，波不能继续传播。(　×　) (4)波在传播振动的同时，也将波源的能量传递出去。(　√　) 例1　某绳波形成过程的示意图如图所示，质点1在外力作用下沿垂直直线方向做简谐运动，带动其余质点依次上下振动，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？画出此时的波形。 (2)t=时，质点8、12、16的运动状态如何？画出此时的波形。 答案　见解析 解析　各质点在t=、t=的情况，分别如图甲、乙所示。 (1)由图甲可知，t=时，质点8正在向上运动，质点12、16未运动。 (2)由图乙可知，t=时，质点8正在向下运动，质点12正在向上运动，质点16未运动。 二、波的分类 观察绳波和推拉弹簧形成的波，判断这两种波在传播的过程中各质点的振动方向和波的传播方向间有怎样的关系？ 绳波 推拉弹簧形成的波 答案　绳波中各质点的振动方向与波的传播方向相互垂直；推拉弹簧形成的波各质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上。 1.根据质点的振动方向和波的传播方向之间的关系，可把机械波分为横波和纵波两类 2.横波 (1)定义：质点的振动方向与波的传播方向垂直的波称为横波。 (2)描述 波峰：横波凸起的最高处。 波谷：横波凹下的最低处。 3.纵波 (1)定义：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。 (2)描述 ①密部：质点分布最密的地方。 ②疏部：质点分布最疏的地方。 4.常见的机械波 (1)绳波——横波 (2)推拉弹簧形成的波——纵波 (3)空气中产生的声波——纵波 (4)地震波——既有横波，也有纵波 (5)水波——既不是横波，也不是纵波 例2　关于机械波中的横波和纵波，下列说法正确的是(　　) A.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 B.对于横波，质点的振动方向与波的传播方向有时会相同 C.形成纵波的质点随波一起迁移 D.空气介质只能传播横波 答案　A 解析　波的传播方向和质点的振动方向在一条直线上的为纵波，有时相同，有时相反，A项正确；波的传播方向和质点的振动方向垂直的为横波，B项错误；质点不会随着波的传播而发生迁移，C项错误；空气介质只能传播纵波，D项错误。 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同一条直线上 介质 不能在气体和液体介质中传播 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 课时对点练 [分值：60分] [1~5题，每题5分] 考点一　波的形成与传播 1.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，各点振动的频率都相同 C.物体振动方向一定垂直于波的传播方向 D.机械波是介质随波迁移，也是振动能量的传递 答案　B 解析　有机械振动不一定有机械波，还必须有传播振动的介质，A错误；机械波中各振动质点都在重复波源的振动，振动频率都等于波源的频率，只是离波源越远，振动步调越落后，B正确；在纵波中质点的振动方向和波的传播方向在一条直线上，并不垂直，C错误；机械波向外传播的只是运动的形式和振动的能量，介质并不随波迁移，D错误。 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，如果此时水面上漂浮着一个篮球，下列对篮球运动情况的描述正确的是(　　) A.篮球慢慢向湖心运动 B.篮球慢慢向湖岸运动 C.在原处上下振动 D.沿着波纹做圆周运动 答案　C 解析　由于波在传播过程中，只传递振动的能量和波源的振动形式，而各质点不随波迁移，只在各自的平衡位置附近振动，故选C。 3.在敲响古刹里的大钟时，有的同学发现，停止对大钟的撞击后，大钟仍“余音未绝”，其原因是(　　) A.大钟的回声 B.大钟在继续振动 C.人的听觉发生“暂留”的缘故 D.大钟虽停止振动，但空气仍在振动 答案　B 解析　停止对大钟的撞击后，大钟的振动不会立即停止，振动的能量不会立即消失，它会再振动一段时间后才停止振动，因此还会在空气中形成声波，这就是余音未绝的原因，所以选项B正确。 4.如图所示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.质点6开始振动时的运动方向向下 B.t=时质点6的速度方向向下 C.t=时质点10的运动方向向上 D.t=T时质点16开始运动 答案　C 解析　介质中各质点开始振动时的振动方向和波源开始振动时的运动方向相同，A错误；经过t=质点1回到平衡位置，质点9开始向上振动，质点5振动到正的最大位移处，根据“带动法”可知，质点6在平衡位置上方，向上振动，即速度的方向向上，B错误；t=时质点1振动到负的最大位移处，质点9振动到正的最大位移处，质点13开始振动，9~13之间的质点在平衡位置上方，9~13之间的质点运动方向都向上，C正确；t=T时质点17开始运动，D错误。 考点二　波的分类 5.2021年8月，某地发生7.3级大地震。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 答案　C 解析　纵波振动方向与传播方向一致，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，震源正上方房屋先上下振动后左右摇动，故C正确。 [6~9题，每题6分] 6.如图所示是以质点P为波源的机械波沿着一条固定的轻绳传播到质点Q的图形，则关于质点P刚开始振动时的方向和波的性质，下列判断正确的是(　　) A.向上、横波 B.向下、横波 C.向左、纵波 D.向右、纵波 答案　A 解析　由于波源带动后面的质点依次振动，后面的质点总是重复前面质点的振动状态，根据波向左传播可判断Q点的起振方向向上，故P点的起振方向也向上，且每个质点的振动方向与波的传播方向垂直，故此波为横波。 7.波源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，规定绳上各质点在AP上方时位移x为正方向，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　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.(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随波谷向右传播 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位于波传播方向波形的上坡上，所以此时质点9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振动，不会随波谷向右传播，故D错误。 9.一列波在介质中向某一方向传播，如图所示为此波在某一时刻的波形图，并且此时振动还只发生在M、N之间，已知此波的周期为T，Q质点的速度方向在波形图中是向下的，下列说法正确的是(　　) A.波源是M，由波源起振开始计时，P质点已经振动时间T B.波源是N，由波源起振开始计时，P质点已经振动时间T C.波源是N，由波源起振开始计时，P质点已经振动时间 D.波源是M，由波源起振开始计时，P质点已经振动时间 答案　C 解析　由于此时Q质点向下运动，且后面质点的振动重复前面质点的振动，则波向左传播，N是波源； 经过一个周期，振动从N点传播到M点，又因从波源N起振开始计时，需经T，P质点才开始振动，故P质点已振动了，选项C正确。 [11分] 10.某地发生了5.9级地震，震源深度110千米，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振动方向垂直，波形中形成疏部与密部 B.地震波只可以传递信息，不可以传递能量 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 答案　D 解析　地震波中横波传播方向与振动方向垂直，波形中形成波峰与波谷，A错误；波既可以传递信息，也可以传递能量，B错误；根据波的传播特点，前一个质点带动后一个质点振动，但每一个质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波迁移，C错误；机械波的产生应满足两个条件，一是波源，二是介质，二者缺一不可，有波源未必有波动，但有波动一定有波源，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $