3.1 机械波的形成和传播（举一反三·讲义）物理沪科版选择性必修第一册

· 3.1 机械波的形成和传播 · 【高中物理沪科版(2019)选择性必修一】 模块一 知识框架 模块二 知识精讲 情景导入 大家看过集体波浪舞吗？舞者只在原地起伏，队形的“浪”却向前传。舞者没有往前走，那向前传递的是什么？如图所示，准备一根长约10 m的软绳并放置在水平面上，将绳上的两点做上不同颜色的标记。固定一端，用手握住绳的另一端，拉直软绳。 (1)手向左抖动一次和向右抖动一次，并立即复原，你看到了什么现象？ (2)手连续左右抖动，你看到了什么现象？ (3)绳上有标记的两点是怎样运动的？随波前进吗？ 知识点一、波的形成 1．波： 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 的质点，这些质点之间存在着 的作用。 （2）当手握绳端上下振动时，绳端 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 一些开始振动，绳端这种 就沿绳子传了出去，整体上形成了凹凸相间的波形。 3．介质 （1）定义：绳、弹簧、水、空气等 借以传播的物质。 （2）特点：组成介质的质点之间有 ，一个质点的振动会引起相邻质点的振动。 例题1．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=1s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。 ． 波动过程中，各质点都在做受迫振动，各质点振动的周期(频率)都与波源的周期(频率)相同，其运动特点为： (1)先振动的质点带动后振动的质点——“带动” (2)后振动的质点重复前面质点的振动——“重复” (3)后振动的质点的振动状态滞后于先振动的质点的振动状态——“滞后” 知识点二、机械波 1．机械波 机械振动在 中传播，形成机械波。 2．两个产生条件 （1）要有 。 （2）要有传播振动 。 3．传播特点 (1)传播振动形式、 和信息。 (2)质点不 。 (3)介质中各质点振动频率、起振方向等都与波源 。 例题2.关于振动和波的关系，下列说法正确的是（　　） ①振动是波的成因，波是振动的传播 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振动的速度 ④波源停止振动时，波立即停止传播 A．①③ B．①② C．②③ D．①④ 知识点三、横波和纵波 1. 如图所示，绳波中质点振动方向和波的传播方向之间有什么关系？弹簧波中质点振动方向和波的传播方向之间有什么关系？ 2.横波：质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波，叫作 _。在横波中，凸起的最高处叫作 ，凹下的最低处叫作 。 3.纵波：质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波，叫作 。在纵波中，质点分布最密的位置叫作 ，质点分布最疏的位置叫作 。 4.梳理总结：机械波的分类 分类 质点振动方向和波的传播方向的关系 形状 举例 横波 凹凸相间；有 、 绳波等 纵波 在同一条直线上 疏密相间；有 、 弹簧波、声波等 例3.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，质点的振动方向与波的传播方向垂直 C．纵波中的质点可以随波迁移，而横波中的质点不能 D．横波只能在固体中传播，纵波只能在液体、气体中传播 模块三 课后作业 1．关于机械波，下列说法正确的是（     ） A．机械波只能在介质中传播，而且从一种介质传播到另一种介质中时，它的频率一定不变 B．机械波的频率与波源的振动频率相同，波源的频率越大，它产生的机械波传播得越快 C．有机械波必有振动，因此当波在介质中传播时，此时波源一定在振动 D．机械波可分为横波和纵波，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始终相同 2.（多选）关于波的形成和特点，下列说法正确的是（     ） A．振动是波动的成因，波动是振动的传播 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 3如图所示，一组学生在玩“人浪”游戏。学生手挽手排成一行，从左边第一位同学开始，周期性地“下蹲、起立”，呈现类似波浪的效果。若把“人浪”类比成波，则（　　） A．“人浪”是纵波 B．“人浪”传播的是“下蹲、起立”这种运动形式 C．当“人浪”向右传播时，学生随“人浪”向右移动 D．学生“下蹲、起立”的动作越频繁，“人浪”传播的速度一定越快 4.关于横波和纵波，下列说法正确的是（　　） A．质点的振动方向和波的传播方向垂直的波叫纵波 B．质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波叫横波 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 5.在一平静的湖面上漂浮着一轻木块，向湖中投入一石块，在湖面上激起水波，关于木块的运动情况，以下正确的是（　　） A．因为“随波逐流”木块将被推至远处 B．因不知道木块离波源的远近如何，所以无法确定木块的运动情况 C．无论木块离波源的远近如何，它都不能被波推动，最多只能在湖面上做上下振动 D．木块被推动的距离与木块的质量大小和所受水的阻力的大小等情况有关 6.某同学将一根粗细均匀的弹性绳右端固定在墙上，手握着绳子左端点上下振动，绳子中产生向右传播的绳波，某时刻的波形如图所示。则（     ） A．手的起振方向向下 B．此时刻质点向上运动 C．手振动的频率逐渐增大 D．绳波是纵波 7．(多选)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 8.（多选）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，从而形成机械波，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，因此除质点1外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，振动周期都相同 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 9.一列横波沿x轴正方向传播，某时刻的波形如图所示，质点a、b均处于平衡位置．则下列说法正确的是（　　） A．该时刻质点a正向下运动 B．该时刻质点b正向上运动 C．该时刻质点a、b的速度相同 D．质点a、b的振动周期相同 10．一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 11（多选）.如图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，带动各个质点依次振动，把振动从绳的左端传到右端，各质点间距离均为。当时，质点9刚要开始运动。下列说法正确的是（　　） A．时，质点9开始向下运动 B．时，质点5开始向上运动 C．该波的波长为，波速为 D．每个质点的振动频率均相同 12．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各质点在时的振动状态，其中质点4刚开始振动。请在图丙中画出时各质点的振动状态。 13．如图所示是一列向右传播的横波，请标出这列波中a、b、c、d…h等质点这一时刻的速度方向。 试卷第10页，共10页 试卷第9页，共10页 学科网（北京）股份有限公司 $ · 3.1 机械波的形成和传播 · 【高中物理沪科版(2019)选择性必修一】 模块一 知识框架 模块二 知识精讲 情景导入 大家看过集体波浪舞吗？舞者只在原地起伏，队形的“浪”却向前传。舞者没有往前走，那向前传递的是什么？如图所示，准备一根长约10 m的软绳并放置在水平面上，将绳上的两点做上不同颜色的标记。固定一端，用手握住绳的另一端，拉直软绳。 (1)手向左抖动一次和向右抖动一次，并立即复原，你看到了什么现象？ (2)手连续左右抖动，你看到了什么现象？ (3)绳上有标记的两点是怎样运动的？随波前进吗？ 答案　(1)左抖一次，有个向左的凸起向远处传播。右抖一次，有个向右的凸起向远处传播。 (2)凸凹相间的形状沿绳向另一端传播。 (3)标记点在水平面上左右振动，不随波前进。 知识点一、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_振动__就沿绳子传了出去，整体上形成了凹凸相间的波形。 3．介质 （1）定义：绳、弹簧、水、空气等机械振动__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。 例题1．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=1s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。 ． 【详解】根据图甲，波源振动周期为 T=4s 设相邻质点间的距离为x0，根据图乙，波速为 该波的波长为 t=5 s时，波传播的距离为 所以，t=5 s时，质点16起振；根据图乙，质点的起振方向向上。波形如图所示 波动过程中，各质点都在做受迫振动，各质点振动的周期(频率)都与波源的周期(频率)相同，其运动特点为： (1)先振动的质点带动后振动的质点——“带动” (2)后振动的质点重复前面质点的振动——“重复” (3)后振动的质点的振动状态滞后于先振动的质点的振动状态——“滞后” 知识点二、机械波 1．机械波 机械振动在介质中传播，形成机械波。 2．两个产生条件 （1）要有_波源_。 （2）要有传播振动的 介质_。 3．传播特点 (1)传播振动形式、能量和信息。 (2)质点不随波迁移_。 (3)介质中各质点振动频率、起振方向等都与波源相同。 例题2.关于振动和波的关系，下列说法正确的是（　　） ①振动是波的成因，波是振动的传播 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振动的速度 ④波源停止振动时，波立即停止传播 A．①③ B．①② C．②③ D．①④ 答案B 【详解】①②．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，故①②正确； ③．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，故③错误； ④．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，故④错误。 故选B。 知识点三、横波和纵波 1. 如图所示，绳波中质点振动方向和波的传播方向之间有什么关系？弹簧波中质点振动方向和波的传播方向之间有什么关系？ 绳波中质点振动方向和波的传播方向相互垂直。弹簧波中质点振动方向和波的传播方向在同一直线上。 2.横波：质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波，叫作___横波_______。在横波中，凸起的最高处叫作___波峰_______，凹下的最低处叫作____波谷______。 3.纵波：质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波，叫作 纵波 。在纵波中，质点分布最密的位置叫作 密部 ，质点分布最疏的位置叫作 疏部。 4.梳理总结：机械波的分类 分类 质点振动方向和波的传播方向的关系 形状 举例 横波 垂直 凹凸相间；有 波峰 、 波谷 绳波等 纵波 在同一条直线上 疏密相间；有 密部 、 疏部 弹簧波、声波等 例3.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，质点的振动方向与波的传播方向垂直 C．纵波中的质点可以随波迁移，而横波中的质点不能 D．横波只能在固体中传播，纵波只能在液体、气体中传播 答案　B 解析　纵波质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上，可能相同，也可能相反，故A错误；横波质点的振动方向和波的传播方向垂直，故B正确；不管是横波还是纵波，质点只在某平衡位置附近振动，并不随波迁移，故C错误；横波只能在固体中传播，而纵波可以在固体、液体和气体中传播，故D错误。 模块三 课后作业 1．关于机械波，下列说法正确的是（     ） A．机械波只能在介质中传播，而且从一种介质传播到另一种介质中时，它的频率一定不变 B．机械波的频率与波源的振动频率相同，波源的频率越大，它产生的机械波传播得越快 C．有机械波必有振动，因此当波在介质中传播时，此时波源一定在振动 D．机械波可分为横波和纵波，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始终相同 答案A 【详解】A．机械波的传播依赖介质质点间的相互作用力传递振动，因此只能在介质中传播；机械波的频率由波源的振动频率决定，与传播介质无关，因此从一种介质进入另一种介质时频率保持不变，故A正确； B．机械波的频率与波源振动频率相等是正确的，但机械波的传播速度仅由介质的性质（密度、弹性等）决定，和波源频率无关联，故B错误； C．有机械波一定存在初始的振动，但波源停止振动后，已经产生的机械波会继续在介质中传播，不会立刻消失，因此波传播时波源未必仍在振动，故C错误； D．横波传播方向与质点振动方向垂直的描述正确，但纵波的质点振动方向仅和传播方向在同一直线上，可与传播方向相同，也可相反，并非始终相同，故D错误。 故选A。 2.（多选）关于波的形成和特点，下列说法正确的是（     ） A．振动是波动的成因，波动是振动的传播 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 答案AC 【详解】AB．振动是波动的成因，波动是振动的传播，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，不随波迁移，故A正确，B错误； C．波源的振动使质点由近及远依次被带动，故相邻质点间必有相互作用力，故C正确； D．某一水平方向的横波在介质中传播，介质中的质点的振动方向与波的传播方向相互垂直，不一定沿竖直方向上下振动，故D错误。 故选AC。 3如图所示，一组学生在玩“人浪”游戏。学生手挽手排成一行，从左边第一位同学开始，周期性地“下蹲、起立”，呈现类似波浪的效果。若把“人浪”类比成波，则（　　） A．“人浪”是纵波 B．“人浪”传播的是“下蹲、起立”这种运动形式 C．当“人浪”向右传播时，学生随“人浪”向右移动 D．学生“下蹲、起立”的动作越频繁，“人浪”传播的速度一定越快 答案B 【详解】A．振动方向与传播方向垂直，则“人浪”是横波，故A错误； BC．“人浪”只传播运动形式，学生不会“随波逐流”，故B正确，C错误； D．“人浪”传播的速度与介质有关，与动作的频繁程度无关，故D错误。 故选B。 4.关于横波和纵波，下列说法正确的是（　　） A．质点的振动方向和波的传播方向垂直的波叫纵波 B．质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波叫横波 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 【答案】C 【详解】A．质点的振动方向和波的传播方向垂直的波叫横波，故A错误； B．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，故B错误； C．横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部，故C正确； D．地震波有横波也有纵波，空气中的声波是纵波，故D错误。 故选C。 5.在一平静的湖面上漂浮着一轻木块，向湖中投入一石块，在湖面上激起水波，关于木块的运动情况，以下正确的是（　　） A．因为“随波逐流”木块将被推至远处 B．因不知道木块离波源的远近如何，所以无法确定木块的运动情况 C．无论木块离波源的远近如何，它都不能被波推动，最多只能在湖面上做上下振动 D．木块被推动的距离与木块的质量大小和所受水的阻力的大小等情况有关 C 【详解】波传播的是振动这种形式，各质点在各自平衡位置运动，不随波向前移动，所以无论木块离波源的远近如何，它都不能被波推动，最多只能在湖面上做上下振动，故ABD错误，C正确； 故选C． 6.某同学将一根粗细均匀的弹性绳右端固定在墙上，手握着绳子左端点上下振动，绳子中产生向右传播的绳波，某时刻的波形如图所示。则（     ） A．手的起振方向向下 B．此时刻质点向上运动 C．手振动的频率逐渐增大 D．绳波是纵波 答案．A 【详解】A．波向右传播，最右端为波前，根据波形平移法可知其起振方向向下，波源的起振方向与波前质点的起振方向相同，故手的起振方向向下，故A正确； B．波向右传播，根据波形平移法或“上下坡法”，质点处于上坡段，此时刻质点向下运动，故B错误； C．波向右传播，右侧的波形先产生，左侧的波形后产生，由图可知左侧波长大于右侧波长，波速由介质决定保持不变，根据可知手振动的频率逐渐减小，故C错误； D．绳波中质点的振动方向与波的传播方向垂直，绳波是横波，故D错误。 故选A。 7．(多选)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。 8.（多选）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，从而形成机械波，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，因此除质点1外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，振动周期都相同 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 答案．AC 【详解】AC．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AC正确； 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AC。 9.一列横波沿x轴正方向传播，某时刻的波形如图所示，质点a、b均处于平衡位置．则下列说法正确的是（　　） A．该时刻质点a正向下运动 B．该时刻质点b正向上运动 C．该时刻质点a、b的速度相同 D．质点a、b的振动周期相同 答案．D 【详解】AB．由“带动法”知质点a正向上运动，此时质点b向下运动，AB错误； C．此时a、b都处于平衡位置，振动速率最大，速度大小相等但方向相反，C错误； D．a、b两点的振动周期都等于波源的振动周期，因此振动周期相等，D正确； 故选D。 10．一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 【详解】BC．波传播时，离波源远的质点的振动落后于离波近的质点的振动，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，C向上运动，BC错误； AD．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，A错误，D正确。 故选D。 11（多选）.如图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，带动各个质点依次振动，把振动从绳的左端传到右端，各质点间距离均为。当时，质点9刚要开始运动。下列说法正确的是（　　） A．时，质点9开始向下运动 B．时，质点5开始向上运动 C．该波的波长为，波速为 D．每个质点的振动频率均相同 BD 【详解】A．由题图可知，质点1为波源，波向右传播，时，质点9开始向上振动，故A错误； B．当，质点5刚好在平衡位置且开始向上振动，故B正确； C．机械波的波长，波速，故C错误； D．波源开始振动后，介质中的其他质点就以波源的频率做受迫振动，波源的频率等于质点的振动频率，故D正确。 故选BD。 12．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各质点在时的振动状态，其中质点4刚开始振动。请在图丙中画出时各质点的振动状态。 【详解】由题图甲知波源振动周期，根据波传播的规律知到的时间内波传播一个波长，波源再次出现在波峰，质点16起振，时各质点的振动状态如图所示。 13．如图所示是一列向右传播的横波，请标出这列波中a、b、c、d…h等质点这一时刻的速度方向。 a、b、h向上，c、g无速度，d、e、f向下 【详解】由波的形成特点可知，介质中先振动的质点将带动它后面的质点振动，后面质点的振动是前面质点振动的重复。比较沿波传播方向上相邻的两质点，可知后面质点的振动状态总是滞后于前面的质点；此题中质点c和g此时在最大位移处，速度为零，无速度方向可言；若以此时最大位移处的c点为参照点，由波的传播方向和传播的特点可知d点相对于c点为后一质点，d点的振动滞后于c，要追随移动到负的最大位移处，所以速度方向向下，e、f依次跟上，速度都向下；b的振动超前，已从负的最大位移回振，所以速度向上；a超前b，已回到平衡位置，速度最大也向上；同理以g为参照点，可知h点速度向上。 试卷第1页（共3页） 试卷第1页（共3页） 学科网（北京）股份有限公司 试卷第10页，共10页 试卷第9页，共10页 学科网（北京）股份有限公司 $