3.1 机械波的形成和传播(Word教参)-【学霸笔记·同步精讲】2026-2027学年高中物理选择性必修第一册（教科版）

本讲义聚焦高中物理机械波的形成和传播，系统梳理介质与波源的形成条件，传播振动形式、能量和信息且质点不迁移的特点，以及横波（振动垂直传播方向，波峰波谷，固体传播）与纵波（振动平行传播方向，密部疏部，固液气传播）的区别，构建从概念到分类再到应用的学习支架。 该资料以情境化设计融合核心素养，通过“人浪”情境思辨（科学探究）、振动与波动对比表格（科学思维）、地震波典例分析（物理观念），帮助学生建立模型。课中助力教师突破难点，课后通过检测题和作业，学生可查漏补缺，提升知识应用能力。

1.机械波的形成和传播 1.知道机械波、横波与纵波、波峰与波谷、密部与疏部等概念。 2.理解机械波的形成条件及传播特点。 3.知道机械波在传播振动形式的同时也传播能量和信息。 知识点一　机械波的形成和传播 1.介质：绳、水、空气等能够传播振动的物质，叫作介质。 2.机械波：机械振动在介质中的传播，形成了机械波。 （1）波的传播方向：振动传播的方向就是波的传播方向。 （2）波源：产生初始振动的部分通常叫作波源。 3.波的特点 （1）机械波传播的是机械振动这一运动形式（包括波源的振动信息），介质中质点只是在各自的平衡位置附近振动，并没有沿着波的传播方向发生迁移。 （2）机械波的传播也是机械能的传播，波是传递能量的一种方式。 知识点二　横波与纵波 1.按介质中质点的振动方向和波的传播方向的关系，常将波分为横波和纵波。 2.横波 （1）定义：若介质中质点的振动方向与波的传播方向垂直，这种波称为横波。 （2）波峰与波谷：在横波中，凸起来的最高处叫作波峰，凹下去的最低处叫作波谷。 （3）传播条件：介质能传播横波的必要条件是介质内各质点间存在着横向的作用力。在气体和液体内部不能传播横波。 3.纵波 （1）定义：若介质中质点的振动方向与波的传播方向平行，这种波称为纵波。 （2）密部与疏部：在纵波中，质点分布密集的部分叫作密部，质点分布稀疏的部分叫作疏部。 （3）传播条件：介质能传播纵波的必要条件是介质内各质点间存在着纵向的作用力，各种弹性介质都能传播纵波。在固体、气体和液体内部都能传播纵波。 　如图所示，一组学生手挽手排成一行，从左边第一位同学开始，周期性地完成下蹲、起立动作，依次带动相邻的同学重复他的动作，我们就会看到凹凸相间的波沿着队伍传播开来。判断下列说法的正误。 （1）形成的“人浪”相当于横波。（√） （2）左边第一位同学先“振动”起来相当于波源，相邻同学之间“手挽手”相当于介质。（√） （3）后一位同学与前一位同学的“振动”步调是一致的。（×） （4）“人浪”沿水平方向传播，人随“人浪”发生了迁移。（×） 要点一　机械波的形成及其特点 1.机械波的产生条件及形成过程 2.机械波的特点 （1）机械波传播的是振动形式、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）机械波传播过程中的各个介质质点都做受迫振动，并且各个质点振动的周期（频率）等于波源振动的周期（频率）。 （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。 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，研究的是大量质点振动的“群体行为” 力的 来源 可以由作用在物体上的各种性质的力提供 联系介质中各质点的弹力 运动性质 质点做变加速运动 在同一种均匀介质中是匀速向前传播的 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，但有振动不一定有波动。 （2）波动的性质、频率和振幅都与波源相同 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，质点1到达最上方，质点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？画出此时的波形图。 （2）t=时，质点8、12、16的运动状态如何？画出此时的波形图。 答案：见解析 解析：各质点在t=、t=时的情况，分别如图甲、乙所示。 （1）由图甲可知，t=时，质点8未到达波峰，正在向上振动，质点12、16未振动。 （2）由图乙可知，t=时，质点8正在向下振动，质点12向上振动，质点16未振动。 　〔多选〕如图为沿水平方向的介质中的部分质点，每相邻两质点间距离相等，其中O为波源。设波源的振动周期为T，自波源通过平衡位置竖直向下振动时开始计时，经过，质点1开始起振。下列关于各质点的振动和介质中的波的说法，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．图中所画质点的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的时间总是比质点7通过相同位置落后 D．只要图中所有质点都已振动，质点1与质点9的振动步调完全一致，但如果质点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：ACD　根据波的传播特点知，波在传播过程中各质点的振动总是重复波源的振动，所以起振方向相同，都是竖直向下，但从时间上来说，起振依次落后的时间，A、C正确，B错误；由题意知，质点9比质点1应晚起振两个周期，当所有质点都已振动后，质点1与质点9的振动步调完全一致，D正确。 要点二　横波和纵波的比较 【探究】 　地震是重大的自然灾害，地震后的情境如图所示。当地震发生时，地震波在地球内部和地表传播，有时使人感到左右摇晃，有时使人感到上下颠簸。请思考： （1）地震波是横波还是纵波？ （2）横波与纵波的根本区别是什么？ 提示：（1）地震波既有横波成分也有纵波成分。 （2）横波与纵波的根本区别是质点的振动方向与波的传播方向之间的关系。 【归纳】 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 传播条件 介质内各质点间存在着横向的作用力 介质内各质点间存在着纵向的作用力 传播介质 只能在固体中传播，不能在气体和液体中传播 在固体、液体和气体中均能传播 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 特别提醒 （1）在纵波中各质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上，而不是方向相同。 （2）绳波是横波，声波是纵波，地震波中既有横波又有纵波，水波既不是横波也不是纵波，它属于比较复杂的机械波。 〔多选〕北京时间2023年2月6日18时24分，土耳其发生7.8级地震，造成重大人员和财产损失。假设震源深度为17千米，恰好在震源正上方地区的一个观测站记录的纵波和横波的到达时刻相差Δt，已知在这一地区地震波的纵波和横波的传播速率分别为8 km/s和4 km/s。若近似认为波的传播速度恒定，则下列判断正确的是（　　） A．地震时，震源正上方地区的建筑物先左右振动，后上下振动 B．地震时，震源正上方地区的建筑物先上下振动，后左右振动 C．观测站记录的纵波和横波的到达时刻相差Δt=4.25 s D．观测站记录的纵波和横波的到达时刻相差Δt=2.125 s 答案：BD 解析：地震波由震源向上传播，横波使建筑物左右振动，纵波使建筑物上下振动，分析题意可知，纵波传播得快，震源正上方地区的建筑物先上下振动，后左右振动，A错误，B正确；设横波的速度为v1，纵波的速度为v2，根据运动学公式可知 － =Δt，代入数据解得Δt=2.125 s，C错误，D正确。 1.区分横波和纵波的根据是（　　） A．是否沿水平方向传播 B．质点振动的方向和波传播的距离 C．质点振动的方向和波传播的方向 D．质点振动的快慢 解析：C　物理学中把质点的振动方向与波的传播方向垂直的波称作横波；把质点的振动方向与波的传播方向在同一直线的波称作纵波，故C正确，A、B、D错误。 2.〔多选〕横波和纵波的区别是（　　） A．横波中质点的振动方向与波的传播方向垂直，纵波中质点的振动方向与波的传播方向相同或相反 B．纵波不能在空气中传播 C．横波形成波峰和波谷，纵波形成疏部和密部 D．横波中质点的振动方向与波的传播方向在同一条直线上，纵波中质点的振动方向与波的传播方向垂直 解析：AC　横波中质点的振动方向与波的传播方向垂直，纵波中质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上，相同或相反，选项A正确，选项D错误；纵波能在空气中传播，如声音，选项B错误；横波形成波峰和波谷，纵波形成疏部和密部，选项C正确。 1.（2026•四川泸定中学高二期中考试）关于振动和波的关系，下列说法正确的是（　　） A．如果波源停止振动，在介质中传播的波也立即停止 B．发声体在振动时，一定会产生声波 C．有振动一定有波，但有波不一定有振动 D．波动的过程是质点的振动形式及能量由近及远的传播过程 解析：D　波源停止振动，介质中的质点仍然在振动，所以波仍继续传播，选项A错误；产生机械波的条件之一是必须有介质，选项B错误；要想产生波，必须有振源和介质，若没有介质则不会形成波，故有波必有振动，但有振动不一定有波，选项C错误；在振动过程中质点不随波的传播而迁移，只是向外传播信息和能量，选项D正确。 2.〔多选〕关于机械波的形成与传播，下列说法中正确的是（　　） A．物体做机械振动，不一定产生机械波 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．机械波是质点随波迁移，也是振动能量的传递 解析：ABC　机械波的形成必须具备两个条件：波源和介质，若只有物体做机械振动，而其周围没有传播这种振动的介质，那么远处的质点不可能振动起来形成机械波，A正确；先振动的质点带动与它相邻的后振动的质点，将振动传播开来，所以后一质点总是落后前一质点，但振动频率相同，B、C正确；形成机械波的各振动质点只在平衡位置附近做往复运动，并没有随波迁移，离波源远的质点振动的能量是通过各质点的传递从波源获得的，D错误。 3.一条绳子可以分成一个个小段，每小段都可以看作一个质点，这些质点之间存在相互作用。如图是某绳波形成过程示意图，质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，带动质点2、3、4…各个质点依次振动，把振动从绳的左端传到右端。t=T时，质点9刚要开始运动。下列说法正确的是（　　） A．t=T时，质点4的刚开始振动 B．t=T时，质点9开始向下运动 C．t=T时，质点5的加速度达到最大 D．t=T时，质点13第一次到达波峰 解析：D　t=T时，质点5刚开始振动，选项A错误； 根据“后面质点重复前面质点的运动，前面质点带动后面质点的运动”的规律可知，t=T时，质点9开始向上运动，选项B错误；t=T时，质点5到达平衡位置向下振动，则此时质点5的加速度为零，选项C错误；t=T时，质点13已经振动了时间，第一次到达波峰，选项D正确。 4.〔多选〕地震时会产生横波和纵波，横波的传播速度约为4 km/s，纵波的速度约为6.7 km/s。如图所示，图中地表平面上方柱状图表示某次地震发生时，震中混凝土地面上的地震监测仪检测到的地震强度（地震对人、建筑物和自然地物的影响大小），从检测到信号至横波到达地表平面的时间间隔为1 s。则下列有关说法正确的是（　　） A．震源深度约为15 km B．图示左下方结构示意图描述的振动形式为横波 C．图示横波对地面的影响更大 D．震中附近的建筑物会先上下颠簸后左右摇晃 解析：CD　纵波的传播速度大于横波的传播速度，因此纵波会先到达地面，被检测到信号，设震源深度为x，由－=1 s，可得x≈10 km，选项A错误；纵波沿着波的传播方向振动，横波则垂直波的传播方向振动，因此图中左下方结构示意图所描述的振动形式为纵波，选项B错误；由图中右下方结构的形变情况和右上方柱状图描述的地震强度可知，横波对地面的影响更大，选项C正确；由于纵波先到达地面，之后横波才到达地面，因此震中附近的建筑物会先上下颠簸后左右摇晃，选项D正确。 题组一　机械波的形成及其特点 1.《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”的缘故 D．大钟虽停止振动，但空气仍在振动 解析：B　敲击大钟时，大钟振动发出声音，敲击停止时，大钟却没有停止振动，做阻尼振动，仍会在空气中形成声波，随着能量的减弱，钟声逐渐消失，故B正确，A、C、D错误。 2.〔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。如果在长绳中间某一位置做一个标记P，在抖动过程中（　　） A．P左右摆动 B．P上下振动 C．P的频率与波源O的频率相同 D．P的速度与波源O的速度时刻相同 解析：BC　P上下振动，B正确，A错误；P与O的频率相同，速度并非时刻相同，C正确，D错误。 3.（2026•四川内江高二入学考试）机械波在介质中传播时，下列说法中错误的是（　　） 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，波传播过程中，各质点均做受迫振动 C．后一质点的振动必定落后于前一质点 D．各质点也随波的传播而迁移 解析：D　机械波在介质中传播时，各质点都在各自的平衡位置附近振动，不会随波的传播而迁移，相邻质点间必有相互作用力，波传播过程中，各质点均做受迫振动，且后一质点的振动必定落后于前一质点，选项A、B、C正确，选项D错误。 4.〔多选〕如图所示是一条软绳，绳上选有18个质点，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，从而形成机械波，由波的形成及图示可知，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．每个质点开始振动后，在水平方向做匀速运动，在竖直方向做简谐运动 C．绳子上的每一个质点开始振动时，方向都向上，振动周期都相同 D．绳子上波的传播过程，也是能量的传播过程，虽然每个质点均做等幅振动，但每个质点的机械能并不守恒 解析：ACD　质点1带动质点2是利用绳上质点间的弹力实现的，因此每个质点都做受迫振动，故A正确；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，故B错误；绳子上每一个质点的起振方向都相同，振动周期等于波源的振动周期，故C正确；波的传播过程也是能量的传播过程，虽然每个质点均做等幅振动，但绳对质点做功，所以每个质点的机械能并不守恒，故D正确。 题组二　横波和纵波的比较 5.关于横波和纵波，下列说法错误的是（　　） A．质点的振动方向和波的传播方向垂直的波叫横波 B．质点的振动方向与波的传播方向平行的波叫纵波 C．横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部 D．地震波是横波，声波是纵波 解析：D　质点的振动方向和波的传播方向垂直的波叫横波，A说法正确；质点的振动方向与波的传播方向平行的波叫纵波，B说法正确；横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部，C说法正确；地震波有横波也有纵波，声波是纵波，D说法错误。 6.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、纵波中质点的振动方向与波的传播方向的关系不同，故横波、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：A　同一波源在同一介质中产生的机械波中可同时具有横波和纵波，如地震波、水面波，A正确；虽然横波与纵波中质点的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，B错误；在同一介质中，横波和纵波的传播速度一般不同，如地震波中纵波比横波传播得快，C错误；机械波中横波可以在固体内传播，不可以在液体和气体中传播，纵波可在固体、液体和气体中传播，D错误。 7.一种简易地震仪由竖直弹簧振子P和水平弹簧振子H组成，如图所示。在一次地震中，测得地震波中的横波和纵波的传播速率分别约为4 km/s和 9 km/s，震源在地震仪正下方，观察到两振子相差10 s开始振动，则（　　） A．P先开始振动，震源距地震仪约72 km B．P先开始振动，震源距地震仪约50 km C．H先开始振动，震源距地震仪约72 km D．H先开始振动，震源距地震仪约50 km 解析：A　纵波的速度快，纵波先到，所以P先开始振动，根据－ =10 s，解得x=72 km。故选A。 8.振源A带动细绳振动，某时刻形成的横波波形如图所示，在波传播到细绳上一点P时开始计时，则下列各图中能表示P点振动图像的是（　　） 解析：C　由波的传播特点可知，前面的质点带动后面的质点，后面的质点重复前面的质点的振动，由题图可知振源A初始是从平衡位置向下振动的，所以t=0时刻，质点P应由平衡位置开始向下运动，C正确。 9.地震震动以波的形式传播，地震波有纵波和横波之分，纵波的速度比横波的速度大。若A、B两处与C相距500 km和400 km，当C处地下 20 km 处发生地震。则（　　） A．C处居民会感到先上下颠簸，后水平摇动 B．地震波传到A地时，方向均垂直于地面 C．A、B两处居民肯定不能感到地震 D．A、B两处地震强度可能相同 解析：A　当C处地下20 km处发生地震，而纵波的速度比横波的速度大，因此纵波比横波先到达C处，且纵波与传播方向平行，而横波与传播方向垂直，因此C处居民会感到先上下颠簸，后水平摇动，故A正确；地震波传到A地时，先是纵波，后是横波，因此方向先垂直于地面，后平行于地面，故B错误；若A、B两处与C相距500 km和400 km，A、B两处居民均能感到地震，不过地震强度不同，故C、D错误。 10.〔多选〕一般高层建筑物在底层与岩石之间建有支柱，如图所示。地震时产生的纵波和横波是造成建筑物损坏的主要原因，为了避免在地震时建筑物损坏，可在建造时采取适当的措施。下列做法中比较合理的是（　　） A．减小支柱的长度 B．增加建筑物的高度 C．在建筑物底层与支柱间嵌入高弹性橡胶块 D．在支柱和岩石间安置可在水平方向滑动的护垫 解析：CD　分析横波与纵波的特点，横波的特点是质点的振动方向与传播方向相互垂直，而纵波的特点是质点振动方向与传播方向共线，横波使建筑物水平晃动，纵波使建筑物上下晃动，由于横波与纵波的传播速度不同，会产生巨大的破坏力。为了避免在地震时建筑物损坏，可在建造时采取适当的措施，来减小水平与上下晃动，因此在建筑物底层与支柱间嵌入高弹性橡胶块或在支柱和岩石间安置可在水平方向滑动的护垫，来减缓水平与上下晃动，从而起到降低损失的作用，A、B错误，C、D正确。 11.鲁本斯火焰管上有很多等间距排列的小孔，管子的一端封闭，另一端通入声波后，在管内通入可燃性气体并点燃，小孔喷出的火焰高度会随着管内不同位置的气压大小呈现出有规律的分布，已知气压越大，火焰的高度越高。下列说法正确的是（　　） A．横波可以在空气中传播 B．声波中气体分子的振动方向与波的传播方向相互垂直 C．在声波的密部处，火焰的高度最大 D．在声波的疏部处，火焰的高度最大 解析：C　空气中只能传播纵波，横波不可以在空气中传播，选项A错误；声波是纵波，故声波中气体分子的振动方向与波的传播方向在同一条直线上，选项B错误；在声波的密部处，气压最大，火焰的高度最大，选项C正确，选项D错误。 12.图甲为波源的振动图像，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时的波形图及各质点的振动状态。 答案：见解析图 解析：由题图甲知波源振动周期T=4 s，根据波传播的规律知，t=5 s时，波源处的质点出现在波峰，质点16起振。如图所示。 13.已知某次地震中纵波与横波的传播速度分别为9.1 km/s 和3.7 km/s。某地震观测中心记录到两种波到达的时间差为7.8 s，若机械波在地面内是匀速传播的，且传播的速度v和传播距离s所用的时间t满足v=。请你通过分析计算来完成下面问题： （1）求地震中心到此地震观测中心的距离； （2）请你分析在观测中心的工作人员当时所感觉到的地面振动方向。（设震源在地震观测中心正下方，工作人员对地面振动方向的感觉用“上下振动”“左右晃动”来说明） 答案：（1）48.6 km　（2）先是上下振动，随后又增加了左右晃动 解析：（1）设地震中心到观测中心的距离为x，则有－ =7.8 s，解得x≈48.6 km。 （2）由于纵波传播得快，故地震发生时纵波最先到达观测中心，因此在那里的工作人员先是感到地面上下振动，当横波到达后，又增加了左右晃动的感觉。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $