3.1波的形成 学案（含答案）－2021年高中物理人教版（新教材）选择性必修第一册

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1、第第 1 1 节节 波的形成波的形成 学习目标要求 核心素养和关键能力 1.知道波是振动的传播。 2.知道波在传播过程中同时传播能量和 信息。 3.能区分横波和纵波，知道什么是波峰 和波谷、密部与疏部。 4.知道机械波的定义及形成机械波的条 件。 1.核心素养 (1)从振动形式和振动能量传播的进程 理解机械波。 (2)探究绳波的形成。 2.关键能力 从振动和波动的关系上分析和理解机械 波。 一、波的形成 1.波：振动的传播称为波动，简称波。 2.波的形成和传播 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

2、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出去了。 【判一判】 (1)在绳波的形成和传播中，所有质点同时运动，同时停止运动。() (2)在绳波的形成和传播中，所有质点的运动是近似的匀速直线运动。() (3)波的形成过程中，前面的质点带动后面的质点振动，后面的质点重复前面质 点的振动。() 二、横波和纵波 1.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。 2.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。 3.横波与纵波的区

3、别：横波和纵波是按照质点振动方向和波传播方向的关系来区 别的。 4.声波：发声体振动时在空气中产生的声波是纵波。声波不仅能在空气中传播， 也能在液体、固体中传播。 【做一做】 把闹钟悬放在密闭的玻璃罩内，在玻璃罩外仍然可以听到闹钟的铃声，但如果将 罩内空气抽去，就听不到闹钟的铃声，这说明( ) A.声波是纵波 B.抽去罩内的空气后，闹钟不再运转了 C.气体和固体都能传播声音 D.声波不能在真空中传播 答案 D 解析 题干中不能说明声波是纵波，故 A 错误；闹钟的运转不需要空气，抽去 空气后仍能正常工作，故 B 错误；玻璃罩内有空气时能听到闹钟的铃声，抽去 罩内空气，就听不到闹钟的铃声，这说明声

4、音要靠介质空气传播，不能说明 固体能传播声音，故 C 错误；由本题中的现象可知，声波在真空中是不能传播 的，日常我们听到的声音是靠空气传播的，实际上液体和固体也能传声，故 D 正确。 三、机械波 1.形成：机械振动在介质中传播，形成了机械波。 2.产生条件：波源；传播振动的介质。 3.特点 介质中有机械波传播时，介质本身并不随波一起传播，它传播的只有振动这种 运动形式。 介质中本来静止的质点，随着波的传来而发生振动，这表示它获得了能量，可 见波是传递能量的一种方式。 我们能用语言进行交流，说明波可以传播信息。 【判一判】 (1)形成机械波一定要有振源和介质。() (2)横波向右传播时，处于波峰

5、的质点也向右迁移。() (3)机械波向右传播时，右方的质点比左方的质点早一些振动。() (4)机械波的传播过程也就是能量的传递过程。() 探究 1 波的形成和传播 情境导入 如图所示，用手握住绳子的一端上下抖动，就会看到凸凹相间的波向绳的另一端 传播出去，形成绳波。请结合图示思考下列问题。 (1)绳上的质点，哪些先振动，哪些后振动？ (2)质点间的振动是如何发生的？ (3)从振源开始，各个质点做什么振动？ (4)绳波在传播时，绳子上的各点有没有随波发生迁移？ (5)手停止振动，波会不会立即停止传播？ 提示 (1)前面的质点先振动，后面的质点后振动。 (2)绳发生弹性形变产生弹力，前面的质点带动

6、后面的质点振动。 (3)若振源做简谐运动，则各质点均做简谐运动。 (4)没有，绳上各点只在竖直方向上振动。 (5)不会，手停止振动后，已形成的波仍向右传播。 归纳拓展 1.机械波的产生 (1)动力学观点：介质质点间存在相互作用力，介质中前面的质点带动后面的质 点振动，将波源的振动形式向外传播。 (2)能量观点：介质中前后质点间存在相互作用力，因而相互做功，从而将波源 的能量向外传播。 (3)机械波的产生过程如图所示 2.波的传播特点 (1)振动由振源逐步向远处传播。 (2)各质点相继发生振动，后一质点将重复前一质点的振动。 (3)各质点的起振方向均相同。 (4)各质点只在平衡位置附近做机械振动

7、，而不随波迁移。 【例 1】 (多选)如图所示为沿水平方向的介质中的部分质点，每相邻质点间距离 相等，其中 0 处为波源，设波源的振动周期为 T，从波源通过平衡位置竖直向下 振动开始计时，经过T 4，质点 1 开始振动，则下列关于各质点的振动和介质中的 波的说法中正确的是( ) A.介质中所有点的起振方向都是竖直向下的，但图中 9 点起振最晚 B.图中所画的质点起振时间都是相同的，起振的位置和起振方向是不相同的 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 或最大位移的时间比质点 7 通过相同位置落后T 4 D.只要图中所有的质点都已振动了，质点 1 与

8、质点 9 的振动步调就完全一致，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 答案 ACD 解析 根据波的产生和传播过程可知， 传播过程中各质点的振动都是重复波源的 振动，所以所有质点的起振方向都相同，为竖直向下，但从时间上来说，起振依 次落后T 4的时间，所以 A、C 正确，B 错误；由于质点 9 比质点 1 晚起振两个周 期，所以当所有质点都起振后，质点 1 与 9 步调完全一致，只是质点 9 在振动总 时间上永远晚 2T，所以 D 正确。 【针对训练 1】 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。

9、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。 t0 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.tT 2时质点 6 的速度方向向下 C.t3T 4 时质点 10 的运动方向向上 D.tT 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振源开始振动时的振动方向相同， A 错误；经过 tT 2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

10、位置上方，向上振动，即速度的 方向向上，B 错误；t3T 4 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，513 之间的质点在平衡位置上方，913 之间 的质点振动方向都向上，C 正确；tT 时质点 17 开始运动，D 错误。 探究 2 横波和纵波 1.横波与纵波的区别 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 的传播方向在同一条直线上 介质 不能在气体介质中传播 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 2.

11、横波和纵波的特点 (1)横波的质点振动方向和波的传播方向相互垂直。 (2)纵波的质点振动方向和波的传播方向在同一直线上。 (3)横波有波峰和波谷，纵波有疏部和密部。 3.几种常见的机械波 (1)绳波是横波。 (2)声波是纵波。 (3)水波是比较复杂的机械波，不能简单地认为是横波，但有时将水波理想化为 横波。 (4)地震波中既有横波，又有纵波。 【例 2】 (2020 四川武胜烈面中学高二期中)关于横波和纵波，下列说法正确的 是( ) A.对于横波和纵波，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

12、动，这类波是横波 D.形成纵波的质点，随波一起迁移 答案 C 解析 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传 播方向有时相同有时相反，故选项 A、B 错误，C 正确；介质中的质点都是在平 衡位置附近做往复运动，不会随波迁移，故选项 D 错误。 探究 3 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.由于波的形成实际上是从波源开始依次带动介质中的各个质点参与振动，所以 各个质点都在做受迫振动，因此各个质点振动的周期(频率)与波源的周期(频率) 相同。 3.在不考虑能量损失时，各质点振动的

13、振幅相同，各质点的起振方向都与波源开 始振动的方向相同。 【例 3】 (多选)(2021 江苏江宁高二期末)下列关于理想机械波的说法正确的是 ( ) A.波中各质点的振动频率是相同的 B.质点开始振动时的速度方向与波的传播方向相同 C.波由近及远地传播，质点只在平衡位置附近做往返运动 D.波源的能量随波动由近及远地传播 答案 ACD 解析 波中各质点的振动频率等于波源的振动频率， 所以波中各质点的振动频率 是相同的， A 正确； 横波在传播的过程中， 质点的振动方向与波的传播方向垂直， 纵波在传播的过程中，质点的振动方向与波的传播方向共线，B 错误；波在传播 过程中， 质点在平衡位置附近做往复

14、运动， 通过振动的形式将波由近及远地传播， C 正确；波在传播振动的过程中，同时将能量由近及远传播，D 正确。 【针对训练 2】 (2021 榆树市一中高二月考)下列说法正确的是( ) A.质点的振动方向总是垂直于波的传播方向 B.波动过程是质点由近及远的传播过程 C.如果振源停止振动，在介质中传播的波动也就立即停止 D.波不但能够传递能量，而且可以传递信息 答案 D 解析 在横波中质点的振动方向与传播方向垂直， 纵波中质点的振动方向与传播 方向共线， A 错误； 在波的传播中各质点只是在各自的平衡位置附近做简谐运动， 并不会随波逐流，B 错误；如果振源停止振动，波还会继续传播下去，C 错误；

15、 波是一种振动形式，不仅能够传递能量，而且在振动中加载着信息，D 正确。 1.(波的形成和传播)(2020 运城市景胜中学期末)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.波动的过程是介质质点由近及远的迁移过程 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 D 解析 由于机械波依靠介质传播，如果振源停止振动，已经振动的质点，由于惯 性还要振动一会儿，所以形成的波不会立即停止传播，故 A 错误；机械波是机 械振动在介质中传播的过程，有机械振动不一定有机械波，还必须有传播振动的 介质，故

16、 B 错误；波在介质中传播，不是介质质点由近及远的传播过程，而是 质点的振动形式及能量由近及远的传播过程，故 C 错误，D 正确。 2.(波的形成和传播)(2020 江苏盐城高三月考)在均匀介质中，一列沿 x 轴正方向 传播的横波，其波源 O 起振方向如图所示，四位同学画出该波在 1.5 个周期末的 波形图如图所示，其中正确的是( ) 答案 C 解析 由题意可知，波源 O 的起振方向向下，波源 O 经过 1.5 个周期位于平衡 位置且向上振动，根据同侧法可知，只有 C 正确，A、B、D 错误。 3.(机械波的特点)(多选)(2020 湖北高二月考)关于机械波的说法正确的是( ) A.相邻的质点

17、要相互做功 B.机械波在真空中也能传播 C.波源开始时怎样振动，其他质点开始时就怎样振动 D.除波源外，波中各质点都做受迫振动 答案 ACD 解析 机械波传播的过程中，前面质点要带动相邻的后面质点一起振动，则相邻 的质点要相互做功，选项 A 正确；机械波必须要依靠介质传播，不能在真空中 传播，选项 B 错误；后面的质点要重复前面质点的振动，则波源开始时怎样振 动，其他质点开始时就怎样振动，选项 C 正确；除波源外，波中后面的质点总 是在前面质点带动下做受迫振动，选项 D 正确。 4.(横波和纵波)如图所示，有一组学生做游戏来模拟波的传播。该游戏模拟的是 _(选填“横波”或“纵波”)的传播，因为学生下蹲与起立时身体的运动 方向与模拟波的传播方向_(选填“平行”或“垂直”)。 答案 横波 垂直 解析 根据纵波与横波的概念，质点振动方向与波的传播方向垂直的波为横波， 质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波为纵波。