3.1 波的形成（解析版）-2025年高二物理同步培优讲练（人教版选择性必修第一册）

3.1波的形成0101学习目标物理素养学习目标1.物理观念：知道机械波、横波和纵波的概念，明确波峰、波谷、疏部和密部。2.科学思维：通过实例观察知道机械波产生的条件及传播过程。3.科学探究：借助对波的传播过程的探究，区分横波和纵波。4.科学态度与责任：通过生活中的波动现象培养学生观察、分析、归纳的能力。1.能用描点法作出横波的图像，理解波的图像的物理意义。2.理解波长、频率和波速的意义及其关系。3.能判断波的传播方向和质点的振动方向。重点关注：①机械振动与机械波②横波和纵波③振动形式、能量002思维导图003知识梳理（一）课前研读课本，梳理基础知识一、波的形成及特点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，绳端这种上下振动的状态就沿绳子传了出去，整体上形成了凹凸相同的波形。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，如图甲。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，如图乙。三、机械波1．介质(1)定义：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．机械波：机械振动在介质中传播，形成了机械波。3．机械波的特点(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。（二）辨析1.取一条较长的软绳,连续向上、向下抖动长绳,可以看到一列波产生和传播的情形,你能不能描述一下波的形成过程?(注意体会“带动”“迟”的含义)【答案】①将绳分成许多小段,每一段都可以看成质点。②相邻质点间有相互作用,当振源质点振动时,会带动相邻质点振动。这一质点又会带动下一质点振动。③后面质点的运动重复前面质点的运动。④后面质点的运动滞后前面质点的运动，同一时刻，各质点离开平衡位置的位移是不同的，从而整体上形成凹凸相间的波形。2.在水面上投一石块形成水波,则水面上的树叶能否随水波漂浮到远处?【答案】不能。水波在传播时，介质不随波迁移。3.振动和波的关系是什么?有振动是否一定有机械波?【答案】波源和介质是形成机械波的必要条件，二者缺一不可，有振动不一定有机械波.有机械波一定有振动。4.机械波形成后,若波源停止振动,机械波会立即消失吗?【答案】不会。波源停止振动后,机械波传递的能量并不会立即消失,因此机械波不会立即消失。5.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,有时感到上下颠簸,由此可见地震波是什么波?【答案】地震震源往往在地下某个地方，地震发生时，人感到上下颠簸是因为有纵波,感到左右摇晃是因为有横波，所以，地震波既含有纵波成分又含有横波成分。另外，横波振幅比纵波大，破坏力大，所以横波的水平晃动力是造成建筑物损坏的主要原因。6.声波是横波还是纵波?【答案】声波是横波还是纵波，不是由声源决定的，而是由它传播的介质决定的，在空气中声音以纵波的形式传播，在固体中纵波、横波共存。空气之所以能传播纵波，是因为声源振动→周围空气疏、密度发生变化→传播至耳膜，耳膜振动，然后人就听到了声音。004题型精讲【题型一】波的形成及特点【点拨】【点拨】波动过程中各质点的运动特点波动过程中各质点的振动周期都与波源的振动周期相同，机械波向前传播的是振动这种形式，同时也可以传递能量和信息，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”【典型例题1】（23-24高二下·河南平顶山·阶段练习）如图所示是舞蹈《一条大河波浪宽》中的“波浪”表演．演员手挽手排成一行，从右侧第一位演员开始，周期性地举起或放下手中的扇子，呈现出类似“波浪”的效果，则下列说法正确的是（）A．“波浪”是纵波B．当演员举起或放下扇子的动作越频繁，“波浪”传播的速度一定越快C．右侧第一位演员正在举起扇子D．“波浪”向左传播，演员也随“波浪”向左移动【答案】C【详解】A．演员举起或放下手中扇子的运动方向与“波浪”传播方向垂直，则“波浪”是横波，故A错误；B．“波浪”传播的速度快慢与演员举起或放下扇子动作频率没有直接关系，故B错误；C．“波浪”向左传播，由图可知右侧第一位演员处于平衡位置，根据“同侧法”可知正在举起扇子，故C正确；D．“波浪”向左传播的是举起或放下扇子的形式，演员不随“波浪”向左移动，故D错误。故选C。【对点训练1】（23-24高二下·山西太原·期末）体操彩带由短杆和一定长度的彩带组成。运动员周期性地上下抖动短杆，彩带上形成简谐波，某一时刻彩带的形状如图所示。彩带重力不计，下列选项正确的是（）A．图中彩带上的质点a正在向下运动 B．彩带上的质点b向右移动，把能量传递给质点aC．短杆与彩带的接触点在竖直方向做匀速运动 D．由于短杆在竖直方向振动，所以该简谐波为纵波【答案】A【详解】A．图中波向右传播，根据“同侧法”可知，彩带上的质点a正在向下运动，选项A正确；B．机械波传播过程中，质点只在自己平衡位置附近振动，而不随波迁移，选项B错误；C．短杆与彩带的接触点在竖直方向做简谐振动，选项C错误；D．由于短杆在竖直方向振动，波向右传播，波源振动方向与传播方向垂直，所以该简谐波为横波，选项D错误。故选A。【题型二】横波和纵波【点拨】【点拨】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只能在固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(1)横波中,质点的振动方向在与波的传播方向垂直的平面内。(2)纵波中,质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上,有时同向,有时反向。(3)机械波中的横波只能在固体介质中传播,机械波中的纵波在固体、液体、气体介质中均能传播。【典型例题1】（2024高三·全国·专题练习）一列波向右传播，经过某个有一串粒子的介质。如图所示为某一时刻各粒子的位置，虚线为对应各粒子的平衡位置。以下关于该波在图示时刻说法正确的是（）A．此波为纵波，波长为8cmB．粒子8和10正朝同一方向运动C．粒子3此时速度为零D．粒子7和11的位移大小始终相同【答案】D【详解】A．从图中看出，有疏部和密部，故此波为纵波，图示时刻粒子3、7、11在平衡位置处，故波长为,故A错误；B．波向右传播，图示时刻，粒子7比8离平衡位置近，粒子9比10离平衡位置远，故粒子8在靠近平衡位置，向左运动，粒子10在远离平衡位置，向右运动，故B错误；C．粒子3此时位于平衡位置处，速度最大，故C错误；D．粒子7和11的平衡位置相差半个波长，其位移大小始终相同，故D正确。故选D。【对点训练1】（20-21高二下·江西宜春·期中）如图所示为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．时质点5的运动方向向下 B．时质点8的速度方向向上C．时质点12的运动方向向下 D．t=T时质点17开始向下运动【答案】B【详解】A．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，质点5起振方向与质点1相同，为竖直向上，故A错误；B．时，传播到质点9，此时质点8正竖直向上运动，振动的速度方向竖直向上，故B正确；C．时，质点13开始振动，则质点12位于平衡位置上方，正在向上运动，故C错误；D．t=T时，质点17开始运动，起振方向与质点1相同，为竖直向上，故D错误。故选B。【题型三】机械波【点拨】【点拨】1．机械波的特点(1)机械波的传播离不开介质，没有介质就无法形成机械波。(2)介质中各质点都在做受迫振动，所以各质点振动的周期(频率)均与波源的振动周期(频率)相同。(3)离波源越远，质点振动越滞后，但每一个质点的起振方向与波源起振方向相同。(4)机械波向前传播的是振动这种运动形式，各质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波迁移。2．几种常见的波(1)绳波是横波；(2)空气中产生的声波是纵波；(3)地震波中既有横波，又有纵波；(4)水波既不是横波，也不是纵波，是一种比较复杂的机械波。3．振动和波动的联系名称振动波动运动现象振动是单个物体所表现出的周而复始的运动现象波动是介质中大量的质点受到扰动时,从扰动中心传播开来的周而复始的运动现象联系(1)振动是波的起因,波是振动的传播(2)有波动一定有振动,有振动不一定有波动4.“带动法”判断质点的振动方向(1)原理：先振动的质点带动邻近的后振动的质点。(2)方法：在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点P′，P′为先振动的质点，若P′在P上方，则P向上运动，若P′在P下方，则P向下运动，如图所示。【典型例题1】（22-23高一下·上海黄浦·期末）关于振动和波的关系，正确说法是（）A．物体做机械振动，一定产生机械波B．某波的频率与传播该波的介质有关C．如果波源停止振动，在介质中传播的波动也立即停止D．介质中每一个质点开始振动的方向一定和波源开始振动的方向相同【答案】D【详解】A．物体作机械振动时，不一定产生机械波，还需要有传播振动的介质，故A错误；B．某波的频率与传播该波的介质无关，故B错误；C．波传播的是振动的形式和能量，波的传播过程中，若振源停止振动，波的能量没有消失，波的传播不会立即停止，故C错误；D．介质中每一个质点开始振动的方向一定和波源开始振动的方向相同，故D正确。故选D。【对点训练1】（23-24高二下·四川成都·期末）下列有关机械振动和机械波的说法正确的是（

）A．在频率相同的两列波的叠加区域中，某位置到两波源的距离相等，则该位置一定是振动加强点B．简谐运动的平衡位置就是合外力为零的位置C．弹簧振子做简谐运动时，若某两个时刻位移相同，则这两个时刻的速度也一定相同D．机械波中除振源外的各个质点通过受迫振动的形式传递能量和信息【答案】D【详解】A．在两列波的叠加区域，某质点到两列波源的距离相等，若两个波源初相位相同，该质点的振动一定加强，而若两个波源初相位相反，则该点振动减弱，故A错误；B．简谐运动的物体通过平衡位置时回复力为零，而物体在平衡位置时合力不一定为零，单摆在平衡位置时，合力不为零，故B错误；C．弹簧振子做简谐运动时，若某两个时刻位移相同，则这两个时刻的速度大小相等，方向可能相同也可能相反，故C错误；D．机械波中各个质点由相邻近的先振动的质点通过相互作用带动起来依次振动的，通过受迫振动的形式传递能量和信息，故D正确。故选D。005强化训练【基础强化】1．（23-24高二上·湖北·阶段练习）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。则（

）A．“人浪”是纵波B．学生“下蹲、起立”的动作越频繁，“人浪”传播的速度一定越快C．当“人浪”向右传播时，学生随“人浪”向右移动D．“人浪”传播的是“下蹲、起立”这种运动形式【答案】D【详解】A．学生“下蹲、起立”时身体的运动方向与“人浪”传播的方向垂直，则可知“人浪”是横波，故A错误；B．“人浪”传播的速度快慢与学生“下蹲、起立”的动作频率无直接关系，故B错误；C．学生只在自己所站位置“下蹲、起立”，并不会随波移动，故C错误；D．“人浪”传播的是“下蹲、起立”这种运动形式，故D正确。故选D。2．（23-24高二下·内蒙古·期末）关于机械波。下列说法正确的是（）A．质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波，叫作纵波B．机械振动在介质中传播，形成了机械波C．在横波中，凸起的最高处叫作波谷D．波可以传递能量，但不可以传递信息【答案】B【详解】A．质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波，叫作横波。故A错误；B．机械振动在介质中传播，形成了机械波。故B正确；C．在横波中，凸起的最高处叫作波峰。故C错误；D．波可以传递能量，也可以传递信息。故D错误。故选B。3．（2024·北京朝阳·二模）关于机械振动和机械波，下列说法错误的是（）A．机械波的传播一定需要介质B．有机械波一定有机械振动C．有机械振动一定有机械波D．在波的传播过程中介质中的质点不随波迁移【答案】C【详解】A．机械波的传播一定需要介质。故A正确，与题意不符；B．有机械波一定有机械振动。故B正确，与题意不符；故C错误，与题意相符；D．在波的传播过程中介质中的质点不随波迁移。故D正确，与题意不符。本题选错误的故选C。4．（23-24高三下·河南·阶段练习改编）如图所示，上下抖动细绳一端，形成一列简谐横波，A、B为绳上的两个质点，下列说法正确的是（）A．图示时刻，质点A向下振动B．图示时刻，质点A、B速度相同C．经过一段时间，质点A会移动到质点B的位置D．此形成的机械波为横波【答案】D【详解】A．机械波向右传播，根据机械波的形成与传播规律知，A点的振动是由其左侧的质点带动的，左侧的质点在A点的上方，因此A点向上振动，故A错误；B．同理可以得出质点B向下振动，A、B两点速度方向相反，速度不相同，故B错误；C．每一个质点都在各自的平衡位置上下振动，而不随波的传播方向移动，故C错误；D．质点振动方向与传播方向垂直，故为横波，故D正确。故选D。【素养提升】5．（21-22高二·全国·课时练习）如下图所示是振源O振动形成的机械波沿水平绳传播到质点P时，在绳上形成的波形图。试问：（1）振源O刚开始向什么方向振动？你是如何判断的？（2）在绳上传播的波是横波还是纵波？为什么？【答案】（1）向下振动，据“同侧法”可知，P点振动方向向下，由于各质点的起振方向均与波源相同，可知振源O刚开始向下振动；（2）横波，因为绳上各质点的振动方向与波的传播方向垂直【详解】（1）据“同侧法”可知，P点振动方向向下，由于各质点的起振方向均与波源相同，可知振源O刚开始向下振动。（2）在绳上传播的波是横波，因为绳上各质点的振动方向与波的传播方向垂直。【能力培优】6．（23-24高二下·河南·阶段练习改编）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，…各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端，相邻编号的质点间距离为2cm。已知时，质点1开始沿竖直方向运动；时，波刚好传到质点9，质点5到达下方最大位移处。则（

）A．该机械波为纵波B．时，质点1的振动方向向上C．时，质点9处于上方最大位移处D．时，质点12正在向下运动【答案】D【详解】A．该机械波振动方向与传播方向垂直，为横波，A错误；B．由图可知，时，质点9的振动方向向下，所有质点起振方向相同，则时，质点1的振动方向向下，B错误C．时，质点9处于下方最大位移处，C错误；D．时，振动传到质点13，质点12正在向下运动，D正确。故选D。7．（21-22高二·全国·课时练习）请一组同学手挽手站成一行，周期性地按顺序逐个相继下蹲和站起，模拟波的形成与传播。另一组同学仔细观察并思考以下问题：（1）同学们的下蹲和站起的运动整体上形成了什么？（2）在“波”的传播过程中，每个同学所站的位