3.1 波的形成 同步练 -2026-2027学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

高中物理人教版选择性必修第一册 3.1 波的形成 同步练 【基础训练：对点层练】 知识点一、波的形成 1．波的定义：振动的传播称为波动，简称波。 2．波的形成 观察绳波的产生和传播： 设想把一条绳子分成一个个小段，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，当手握绳端上下振动时，绳端带动相邻质点，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。这样依次带动下去，绳端这种上下振动的状态就沿绳子传出去了，整体上形成凹凸相间的波形。 [针对训练]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。 知识点二、横波和纵波 1．横波 (1)定义：质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波。 (2)波峰：凸起的最高处。 (3)波谷：凹下的最低处。 (4)实物波形如图所示。 2．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。 (2)密部：质点分布最密的位置。 (3)疏部：质点分布最疏的位置。 (4)实物波形如图所示。 [针对训练]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 知识点三、机械波 1．介质 (1)定义：绳、弹簧、水、空气等是波借以传播的物质。 (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。 2．形成 机械振动在介质中传播，形成机械波。 3．传递的三个特点 (1)介质中有机械波传播时，介质本身并不随波一起传播，它传播的只是振动这种运动形式。 (2)波是传递能量的一种方式。 (3)波可以传递信息。 [针对训练]如图为以质点P为波源的机械波在绳上传到质点Q时的波形。下列判断正确的是(　　) A.这列机械波为纵波 B.质点P从平衡位置开始振动时，其运动方向向上 C.质点Q从平衡位置开始振动时，其运动方向向下 D.机械波传到Q时，质点P恰好振动了1个周期 【能力提升：同步检测】 1.在平静的湖面上漂着一小木条，现向湖中央扔一石子，圆形波纹一圈圈地向外传播，当波传到小木条处时，小木条将(　　) A．随波纹漂向湖岸 B．仍不动 C．向波源处漂动 D．在原来位置附近上下振动 2.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刚传播到质点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 3.手握长软绳一端持续上、下抖动，某时刻形成的绳波如图所示，K、L、M、N为绳上的质点，此后先到达上方最大位移处的质点是(　　) A．K B．L C．M D．N 4.一弹性细绳右端固定，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 5.下列说法正确的是(　　) A．固有频率为3 Hz的振子在5 Hz的驱动力作用下做受迫振动的振动频率为5 Hz B．单摆在做受迫振动的驱动力的频率大于其固有频率时，可以通过增大摆长来产生共振现象 C．我们熟悉的绳波、水波、声波，都是横波 D．机械波在介质中传播时，介质本身不随波传播，而且传播过程中介质不会获得能量 6.某地区地震波中的横波和纵波传播速率分别约为4 km/s和9 km/s。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，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 7.一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 8.某绳波形成过程示意图如图所示。质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，带动其余质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端。已知相邻编号的质点间距离为2 cm，t＝0时，质点1开始向上运动，t＝0.2 s时，质点1到达上方最大位移处，质点5开始向上运动，则(　　) A．t＝0.8 s时，振动传到质点15处 B．t＝0.8 s时，质点9处于上方最大位移处 C．t＝0.8 s时，质点12正在向下运动 D．t＝0.8 s时，质点12的加速度方向向上 9.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 10.(多选)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，在介质中传播的波不会立即停止传播 B．发声体在振动时，一定会产生声波 C．波动的过程是介质中的质点由近及远的传播过程 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 11.(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 12.(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 13．(多选)地壳深处的岩层活动产生强烈震动可引发地震。地震波的纵波传播速度较快，约为6 km/s；横波传播速度较慢，约为4 km/s。甲地发生6.0级地震，震源深度10 km。地震发生后距震源163 km的乙地震感强烈。则以下说法正确的是(　　) A．震源的正上方，地震波的纵波会引起地面物体上下跳动，横波会引起地面上物体水平晃动 B．地震波的横波在介质中传播时，介质中的质点会沿波的传播方向运动，从而导致房屋倒塌 C．乙地的防震减灾机构有约13.6秒的时间提前预警更具破坏性的横波何时到达 D．建筑物的固有周期与地震波的振动周期越接近，建筑物受到的损伤就越小 14．（多选）位于x＝0处的波源从平衡位置开始沿y轴正方向做简谐运动，该波源产生的横波沿x轴正方向传播。关于x＝5 m处的质点P，下列说法正确的是(　　) A．质点P开始振动的方向沿y轴负方向 B．质点P开始振动的方向沿y轴正方向 C．质点P沿x轴正方向随波移动 D．质点P沿y轴上、下振动 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 高中物理人教版选择性必修第一册 3.1 波的形成 同步练 （解析版） 【基础训练：对点层练】 知识点一、波的形成 1．波的定义：振动的传播称为波动，简称波。 2．波的形成 观察绳波的产生和传播： 设想把一条绳子分成一个个小段，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，当手握绳端上下振动时，绳端带动相邻质点，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。这样依次带动下去，绳端这种上下振动的状态就沿绳子传出去了，整体上形成凹凸相间的波形。 [针对训练]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。 知识点二、横波和纵波 1．横波 (1)定义：质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波。 (2)波峰：凸起的最高处。 (3)波谷：凹下的最低处。 (4)实物波形如图所示。 2．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。 (2)密部：质点分布最密的位置。 (3)疏部：质点分布最疏的位置。 (4)实物波形如图所示。 [针对训练]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波为横波，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。 知识点三、机械波 1．介质 (1)定义：绳、弹簧、水、空气等是波借以传播的物质。 (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。 2．形成 机械振动在介质中传播，形成机械波。 3．传递的三个特点 (1)介质中有机械波传播时，介质本身并不随波一起传播，它传播的只是振动这种运动形式。 (2)波是传递能量的一种方式。 (3)波可以传递信息。 [针对训练]如图为以质点P为波源的机械波在绳上传到质点Q时的波形。下列判断正确的是(　　) A.这列机械波为纵波 B.质点P从平衡位置开始振动时，其运动方向向上 C.质点Q从平衡位置开始振动时，其运动方向向下 D.机械波传到Q时，质点P恰好振动了1个周期 答案　B 解析　绳上各质点的位移方向与波的传播方向垂直，即质点的振动方向与波的传播方向垂直，所以这列机械波为横波，故A错误；质点Q的起振方向与波源的起振方向一样。波向右传播，质点Q从平衡位置开始振动时，起振方向是向上的，所以质点P从平衡位置开始振动时，其运动方向向上，故B正确，C错误；由图可知，机械波传到Q时，质点P恰好振动了1.5个周期，故D错误。 【能力提升：同步检测】 1.在平静的湖面上漂着一小木条，现向湖中央扔一石子，圆形波纹一圈圈地向外传播，当波传到小木条处时，小木条将(　　) A．随波纹漂向湖岸 B．仍不动 C．向波源处漂动 D．在原来位置附近上下振动 答案　D 解析　向湖中央扔一石子，圆形水波一圈圈地向外传播，当波传到小木条处时，小木条在原来位置附近上下振动，不随波纹漂向湖岸，也不向波源处漂动，故选项D正确。 2.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刚传播到质点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运动形式，根据波向左传播可判断质点Q的起振方向向上，故质点P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，故A正确。 3.手握长软绳一端持续上、下抖动，某时刻形成的绳波如图所示，K、L、M、N为绳上的质点，此后先到达上方最大位移处的质点是(　　) A．K B．L C．M D．N A解析：绳波向右传播，可知K、L正在向上振动，M、N正在向下振动，所以K质点先到达上方最大位移处。 4.一弹性细绳右端固定，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，题图中质点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。 5.下列说法正确的是(　　) A．固有频率为3 Hz的振子在5 Hz的驱动力作用下做受迫振动的振动频率为5 Hz B．单摆在做受迫振动的驱动力的频率大于其固有频率时，可以通过增大摆长来产生共振现象 C．我们熟悉的绳波、水波、声波，都是横波 D．机械波在介质中传播时，介质本身不随波传播，而且传播过程中介质不会获得能量 A 解析：受迫振动的频率等于驱动力的频率，可知固有频率为3 Hz的振子在5 Hz的驱动力作用下做受迫振动的振动频率为5 Hz，故A正确；当驱动力的频率等于固有频率时会发生共振，单摆在做受迫振动的驱动力的频率大于其固有频率时，单摆的固有频率f＝ ，应减小摆长来产生共振现象，故B错误；声波是纵波，故C错误；机械波在介质中传播时，介质本身不随波传播，传播过程中介质会获得能量，故D错误。 6.某地区地震波中的横波和纵波传播速率分别约为4 km/s和9 km/s。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，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 答案　A 解析　纵波传播的速度大，所以P先开始振动，根据－＝10 s，解得x＝72 km，故A正确。 7.一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，并跟随着近的质点振动，D跟随C向上运动，F跟随E向下运动，同理可知A向下运动，由此可知选项B、C错误；介质中的质点不随波迁移，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，选项A错误，D正确。 8.某绳波形成过程示意图如图所示。质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，带动其余质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端。已知相邻编号的质点间距离为2 cm，t＝0时，质点1开始向上运动，t＝0.2 s时，质点1到达上方最大位移处，质点5开始向上运动，则(　　) A．t＝0.8 s时，振动传到质点15处 B．t＝0.8 s时，质点9处于上方最大位移处 C．t＝0.8 s时，质点12正在向下运动 D．t＝0.8 s时，质点12的加速度方向向上 C 解析：t＝0.2 s时，质点1到达上方最大位移处，质点5开始向上运动，则振动周期T＝ 0.8 s，t＝0.8 s时，振动传到质点17处，故A错误；作出此时的波形图如图所示，由图可知，质点9处于平衡位置处，质点12处于平衡位置上方，加速度方向向下，运动方向向下，故C正确，B、D错误。 9.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振动方向相同，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，5～13之间的质点在平衡位置上方，9～13之间的质点振动方向都向上，C正确；t＝T时质点17开始运动，D错误。 10.(多选)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，在介质中传播的波不会立即停止传播 B．发声体在振动时，一定会产生声波 C．波动的过程是介质中的质点由近及远的传播过程 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 答案　 AD 解析　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正确；产生机械波的条件之一是必须有介质，选项B错误；在振动过程中介质中的质点不随波的传播而迁移，只是向外传播振动形式和能量，选项C错误，D正确。 11.(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。 12.(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。 13．(多选)地壳深处的岩层活动产生强烈震动可引发地震。地震波的纵波传播速度较快，约为6 km/s；横波传播速度较慢，约为4 km/s。甲地发生6.0级地震，震源深度10 km。地震发生后距震源163 km的乙地震感强烈。则以下说法正确的是(　　) A．震源的正上方，地震波的纵波会引起地面物体上下跳动，横波会引起地面上物体水平晃动 B．地震波的横波在介质中传播时，介质中的质点会沿波的传播方向运动，从而导致房屋倒塌 C．乙地的防震减灾机构有约13.6秒的时间提前预警更具破坏性的横波何时到达 D．建筑物的固有周期与地震波的振动周期越接近，建筑物受到的损伤就越小 答案　AC 解析　振动方向与传播方向在同一条直线上的波叫作纵波，振动方向与传播方向相互垂直的波叫作横波，所以，震源的正上方，地震波的纵波会引起地面物体上下跳动，横波会引起地面上物体水平晃动，A正确； 地震波的横波在介质中传播时，介质中的质点会沿垂直于波的传播方向运动，从而导致房屋倒塌，B错误； 横波与纵波到达乙地的时间差为t＝ s－ s≈13.6 s，C正确； 由共振的知识，建筑物的固有周期与地震波的振动周期越接近，建筑物的振幅越大，受到的损伤就越大，D错误。 14．（多选）位于x＝0处的波源从平衡位置开始沿y轴正方向做简谐运动，该波源产生的横波沿x轴正方向传播。关于x＝5 m处的质点P，下列说法正确的是(　　) A．质点P开始振动的方向沿y轴负方向 B．质点P开始振动的方向沿y轴正方向 C．质点P沿x轴正方向随波移动 D．质点P沿y轴上、下振动 BD 解析：波的传播过程是离波源近的质点依次带动离波源远的质点振动，即所有的质点依次重复波源的振动形式，因波源开始从平衡位置沿y轴正方向做简谐运动，故质点P开始振动的方向沿y轴正方向，故A错误，B正确；该波源产生的是横波，即波的传播方向与质点的振动方向相互垂直，因波沿x轴正方向传播，故质点P沿y轴上、下振动，故C错误，D正确。 1 学科网（北京）股份有限公司 $