第三章第1节 机械波的形成和传播 高中物理教科版选择性必修第一册（50页PPT）

(共50张PPT)
第三章 机械波
第1节 机械波的形成和传播
______________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ 1.通过演示绳波的传
播，认识机械波是振
动的传播，理解机械
波形成的两个条件.
______________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ 2.知道机械波在传播
振动形式的同时，也
传递能量和信息.
3.通过比较横波和纵
波的特点，知道哪些
是横波，哪些是纵波.
续表
情境导学
在艺术体操的带操表演中，运动员手持细棒抖动彩带的一端，彩带随之波浪翻
卷.彩带上的波浪是怎么形成的呢？彩带上的波浪向前传播时，彩带上的每个点也
在向前运动吗？
新知课丨必备知识解读
知识点1 机械波的形成和传播
图3-1-1
1 观察绳波的形成
（1）实验准备
如图3-1-1所示，准备一根长约 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如图（a）、（b）所示，手向左抖动一次和向右抖
动一次，并立即复原.
②如图（c）所示，手连续左右抖动，大致画出某一时刻软绳的形状.
（2）观察现象
当手向左抖动一次时，一个向左凸起的形状沿绳向另一端传去；当手向右抖动
一次时，一个向右凸起的形状沿绳向另一端传去；当手左右连续抖动时，凹凸相间
的形状沿绳向另一端传去.
图3-1-2
（3）绳波的形成过程
如图3-1-2所示，绳上的各小段可以看作质点，分
别标为1、2、3、….由于绳的各部分之间都有相互作用
的弹力联系着，当手抖动绳的一端，紧靠这一端的质点
1向上运动时，它就会带动质点2向上运动，质点2又带
动质点3，依次传递下去.当手向下拉动质点1回到原来
位置时，它也要带动质点2回来，此后质点3、4也将被
依次带动回到各自原来的位置.每一个质点都在重复绳
端的振动，后一个质点的运动状态总是滞后于前一个质
点的运动状态.结果手抖动引起的振动就不限于绳的这一端，而是沿绳向另一端传去，
振动状态在绳上的传播就形成了波.
2 形成机械波的条件
（1）机械波的相关概念
①介质：绳、水、空气等能够传播振动的物质.
②机械波：机械振动在介质中的传播就形成了机械波.
③波源：产生初始振动的部分通常叫作波源.
（2）形成条件
波源和介质是形成机械波的条件.（机械波不能在真空中传播.）
. .
特别提醒
机械波的形成与传播
1.有波源和有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.
2.机械波的传播必须有介质的参与,因为要靠介质中质点间的相互作用带动相邻
质点运动,向外传递振动和能量,形成波.
3 机械波的形成与传播
（1）机械波的形成
（2）机械波的传播
①机械波传播的是波源的振动形式.（介质中质点没有“随波逐流”.）
②机械波传播的是波源提供的能量.
③机械波传播的是波源的信息.
④机械波是一种“集体运动”，波的形成离不开介质中大量质点的集体振动，个
别质点的振动不能形成波.
. .
. .
. .
. .
特别提醒
关于波的传播的两点提醒
1.机械波在介质中传播时，介质中的各点不随波向前迁移，只在各自的平衡位
置附近做往复运动.
2.波的传播可以脱离波源的振动而独立存在，也就是说，机械波一旦形成，振
动形式和能量就会向外传播，即使波源的振动停止，波也不会立即停止传播.
学思用·典例详解
图3-1-3
例1-1 ［教材第68页“自我评价”第4题改编］图3-1-3描绘了一条均匀
的绳中质点的运动与波的传播的关系.图中小圆点代表绳中的质点，
、、 、…为绳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 为波源，从波源通过平衡位置竖直向上振动开始计时，
在、 时刻各质点的位置及波的形状如图3-1-3所示.试画出随后
、 时刻各质点的位置及波的形状.
【答案】如图3-1-4所示
图3-1-4
【解析】质点沿上下方向振动，依次牵动质点、 、…使它们都跟着振动起来，
只是后面的质点总比前面的质点迟一些开始振动.根据、 时刻各质点的位置，可
找到随后、 时刻各质点的位置，再连线画出波的形状，如图3-1-4所示.
图3-1-4
【想一想丨问题驱动】
在上例中，质点、、、…的起振方向都是竖直向上的吗？质点、、 、…
的起振时刻都是相同的吗？哪些质点振动步调相同？哪些质点的振动步调与 相反？
【提示 是 不相同和 】
例1-2 （多选）关于机械波的形成和传播,下列说法正确的是( )
AC
A.机械波只能在介质中传播,波源周围如果没有介质,就不能形成机械波
B.离波源较近的质点总比离波源较远的质点振动得迟一些
C.离波源较近的质点总比离波源较远的质点振动得早一些
D.一旦波源振动起来,介质中的各个质点也就立刻振动起来
【解析】机械波形成的条件是有波源和介质,两者缺少一个就不能形成机械波;机械波
的形成可表述为离波源近的质点带动离波源远的质点振动,故离波源近的质点振动得
早一些.故A、C正确.
【学会了吗丨变式题】
1.下列说法正确的是( )
B
A.各质点都在各自的平衡位置附近振动,其平衡位置可能会随波的传播而迁移
B.前一质点的振动带动相邻的后一质点的振动,后一质点的振动必定落后于前一质点
的振动
C.波的传播过程就是介质中质点的迁移过程
D.波的传播方向就是质点振动的方向
【解析】波传播过程中，各质点在平衡位置附近做往复运动,不会随波迁移，平衡位
置也不会随波迁移,故A、C错误.靠近波源的质点先振动,通过相互作用力带动相邻的
质点振动,B正确.波的传播方向与质点振动的方向是两个不同的概念，两者不能等同，
D错误.
【想一想丨问题驱动】
为什么机械波在传播过程中，介质中各质点的振动频率与波源振动的频率相同
【提示 机械波在传播过程中，介质中各质点在前面质点的弹力作用下做受迫振动，
而物体做受迫振动的频率等于驱动力频率,所以介质中各质点的振动频率与波源振动
的频率相同.】
知识点2 横波与纵波
按介质中质点的振动方向和波的传播方向关系的不同，常将波分为横波
（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.）和纵波.
（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.）
横波（如绳波） 纵波（如弹簧波）
实物波形 ______________________________________________________ ________________________________________________________________________
. .
. .
横波（如绳波） 纵波（如弹簧波）
概念 质点的振动方向和波的传播方 向垂直的波. 质点的振动方向和波的传播方向平行的
波.
介质 一般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.
（在空气和水中传播的声波是纵波.）
标志性物 理量 波峰:凸起的最高处. 波谷：凹下的最低处. 密部：质点分布密集的部分.
疏部：质点分布稀疏的部分.
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.
续表
. .
深度理解
对横波介质的进一步理解
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.气体和液体
内部，各质点间没有这种横向作用力，因此横波一般只能在固体介质中传播.但由于
表面张力的作用，液体的表面也可以传播横波.
学思用·典例详解
【想一想丨问题驱动】
当地震发生时，地面会产生前后和左右的晃动，也会产生竖直方向的振动，你能从
波的角度解释这个现象吗？
【提示 地震时岩层破裂产生的强烈振动以波的形式从震源向各个方向传播，形成地
震波.地震波中既有纵波又有横波，纵波在地壳中的传播速度大于横波，最先到达震中.】
例2-3 区分横波和纵波的依据是( )
C
A.质点沿水平方向还是沿竖直方向振动
B.波沿水平方向还是沿竖直方向传播
C.质点的振动方向和波的传播方向是相互垂直还是相互平行
D.波传播距离的远近
【解析】横波与纵波分类的依据是质点振动方向和波传播方向的关系,若两者互相垂
直,为横波,若两者相互平行,为纵波,故答案为C.
知识点3 振动和机械波的联系与区别
振动 波
区别 研究 对象 单个质点在平衡位置附近的振 动，是单个质点的“个体行为”. 振动在介质中的传播，是大量质点传
播振动形式的“群体行为”.
运动 成因 质点由于某种原因离开平衡位 置，同时受到指向平衡位置的 力——回复力的作用. 介质中质点受到相邻质点的带动而随
之运动，并由近及远传播，各质点间
存在相互作用的弹力.
运动 性质 质点做变速运动. 在均匀介质中，匀速传递振动形式.
振动 波
联系 （1）振动是波的起因，波是振动的传播；（有机械波,必有机械振动, 有机械振动,不一定有机械波.） （2）就单个质点来看，呈现的是振动，就质点群整体来看，呈现的 是波； （3）若不计能量损失，波上各点的振动性质、频率都与波源相同. 续表
. .
. .
特别提醒 质点的振动速度是随时间周期性改变的,而机械波在同种均匀介质中的传
播速度是不变的.
学思用·典例详解
例3-4 （多选）关于振动和波的关系,下列说法正确的是( )
AB
A.振动是波形成的原因,波是振动的传播形式
B.振动是单个质点呈现的运动现象,波是许多质点联合呈现的运动现象
C.波的传播速度就是质点振动的速度
D.波源停止振动时,波立即停止传播
【解析】机械波的产生条件是有波源和介质，波源开始振动后,介质中的质点依次被
带动起来,振动形式由近及远传播而形成波,选项A、B正确;波的传播速度是波由波源
向外延伸的速度,在均匀介质中其速度大小不变,而质点振动的速度大小和方向都随时
间周期性地发生变化,选项C错误;当波源停止振动时,介质仍然继续传播波源振动的形
式,不会立即停止,选项D错误.
解题课丨关键能力构建
题型1 机械波的形成与传播规律的应用
例5 （2025·四川省泸定中学期中）关于振动和波的关系，下列说法正确的是( )
D
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.“一石激起千层浪”，把小石子扔向平静的湖面，能激起无穷无尽的连续水波
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】
选项 分析 正误
A 机械波依靠介质传播，如果波源停止振动，已经形成的波不会立 即停止.
B 机械波是机械振动在介质中传播形成的，有机械振动不一定有机 械波，还必须有传播振动的介质.
C 波可以传递能量，水波在传递能量的过程中有能量损失，故水波 会慢慢消失.
D 波在介质中的传播是质点的振动形式及能量由近及远的传播过程. √
波的特点
步调 后一质点被带动，将重复前一质点的振动.离波源越远，质点振动越滞后
（概括起来就是“带动、重复、滞后”）.
位置 各质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波迁移，且起振方向与波源
的起振方向相同.
功能 机械波向前传播的是振动这种运动形式，同时也传递能量和信息.
速度 均匀介质中，波动是匀速运动，振动是变速运动.
【学会了吗丨变式题】
2.［链接教材第68页“发展空间”］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( )
D
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
【解析】
选项 分析 正误
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.
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.
C 学生只在自己所站位置“下蹲、起立”，并不会随“人浪”移动.
D “人浪”传播的是“下蹲、起立”这种运动形式. √
题型2 利用“ 带动看齐法”分析质点的振动方向
图3-1-5
例6 （多选）如图3-1-5所示为一列机械波在某一时刻的形状,此
时刻质点 的振动方向如图所示.则( )
ABC
A.该波向左传播
B.质点比质点 先回到平衡位置
C.质点 此时刻向下振动
D.质点 此时刻的加速度为零
【解析】
质点振动方向的判断方法——带动看齐法
在波的传播中,靠近波源的质点带动后面的质点运动,离波源远的质点追随离波源近的
质点.用“带动看齐”的思路可分析各个质点的振动方向.
图3-1-6
方法:在质点 靠近波源一侧附近的波形图上另找一点
,若在上方,则向上运动,若在下方,则 向下
运动,如图3-1-6所示.沿着波的传播方向看,即有“下坡
上振,上坡下振”.
【学会了吗丨变式题】
3.为波源，形成的波沿着一条右端固定的绳子传播到 点时的波形示意图如图3-1-7
所示，由图可判断出( )
D
图3-1-7
A. 开始振动的方向向下
B. 开始振动的方向向右
C.若停止振动，、 两点也立即停止振动
D.若停止振动，点比 点先停止振动
【解析】波向右传播，根据带动看齐法可知，点的振动方向向上，由于 点起振方
向与的起振方向相同，故开始振动的方向向上，A、B错误；若 停止振动，波继
续向前传播，绳上的、两点仍然继续振动，故C错误；波先传到点后传到 点，
且各质点从起振到停止振动所用时间相同，故若停止振动，绳上的点比 点先停
止振动，D正确.
考试课丨核心素养聚焦
考情揭秘 素养点击
基本考查点 机械波的形成和传播规律，横波 和纵波的区别. 1.理解机械波的形成和传播规律.
2.运用“带动看齐法”判定波传播
方向与质点振动方向的关系.
3.掌握机械波的形成的条件，求
解有关问题.
热点及难点 波和振动的关系. 题型及难度 一般以选择题形式出现，属于简 单题. 高考中地位 学习机械波的基础，在高考中时 有出现. 考向 考查机械波的传播特点
图3-1-8
例7 （2022·广东卷）如图3-1-8所示，某同学
握住软绳的一端周期性上下抖动，在绳上激
发了一列简谐波.（波的图像为正弦曲线的波，
叫作简谐波，将在第3节详细讲解.）从图示
时刻开始计时，经过半个周期，绳上 处的
质点将运动至___（选填“”“”或“ ”）处.加
不变
本题以软绳形成的简谐波为素材创设学习探索问题情境，主要考查机械波、简谐运
动规律等知识，体现了高考对物理观念的考查.
快抖动，波的频率增大，波速______（选填“增大”“减小”或“不变”）.
. .
【解析】
利用“带动看齐法”分析 处质点的运动情况：
波速是由介质决定的，与频率无关，波的频率增大，而波速仍保持不变.
习题课丨学业质量测评
A 基础练丨知识测评
建议时间：15分钟
1.下列关于机械波的说法正确的是( )
C
A.质点的振动方向与波的传播方向相互平行的波叫作横波
B.机械波能在真空中传播
C.波在传播振动这种运动形式的同时，也可将信息传播出去
D.波传播的过程就是介质中的质点随波迁移的过程
【解析】质点的振动方向与波的传播方向相互平行的波叫作纵波，质点的振动方向
与波的传播方向垂直的波叫作横波，故A错误；机械波不能在真空中传播，故B错误；
波在介质中传播，不仅传播振动形式，而且能将能量和信息传播出去，故C正确；介
质中的质点只是在各自的平衡位置附近做周期性振动，并不随波迁移，故D错误.
2.（多选）机械波按质点振动方向与波传播方向的关系可分为横波和纵波.关于介质
中质点的振动方向和波的传播方向，下列说法正确的是( )
BC
A.在横波中二者方向有时相同 B.在横波中二者方向一定不同
C.在纵波中二者方向有时相同 D.在纵波中二者方向一定不同
【解析】在横波中质点的振动方向和波的传播方向相互垂直，所以二者方向一定不
同，故A错误，B正确；在纵波中质点的振动方向和波的传播方向相互平行，既可以
相同，也可以相反，故C正确，D错误.
3.（2025·北京师范大学第二附属中学月考）
如图甲所示，、、、 、…依次是一
均匀绳上一系列等间隔的点.现有一列简谐
横波沿此绳向右传播， 时，波刚好
A
A. B. C. D.
【解析】由题意知，简谐横波向右传播，，则周期 ，
，则时刻的波形刚好传播到 处，结合题图乙的波形可知A正确.
到达质点，时，波刚好到达质点 ，并形成如图乙所示的波形.在下列四
幅图中能够正确表示 时的波形（其中一部分）的是( )
4.［链接教材第76页“发展空间”］（2025·福建厦门质检）一简
易地震仪由竖直弹簧振子和水平弹簧振子 组成，如图所示.
在一次地震中，地震波中的横波和纵波传播速率分别为
和 ，震源在地震仪下方，观察到两振子开始
34
【解析】纵波的速度快，纵波先到达地震仪处，所以 先开始振动；根据
，解得震源距地震仪距离为 .
振动的时间相差，则___（选填“”或“ ”）振子先开始振动，震源距地震仪距离
为____ .
5.新学习探索情境如图所示，把绳的一端固定在墙上，用手握住另一端连续地上下
振动，在绳上形成由近及远传播的波，可以看到套在绳上的光滑小圆环______随波
前进.可见，波传递的是__________和能量.
没有
振动形式
【解析】机械波传播过程中，质点只会在平衡位置附近振动，不会“随波逐流”，所
以光滑小圆环没有随波前进，说明波传递的是振动形式和能量.
B 综合练丨选考通关
建议时间：15分钟
6.新生活实际蜻蜓点水是常见的自然现象，某同学在研究蜻蜓运
动的过程中获得了一张蜻蜓点水的俯视照片，如图所示，照片反
映了蜻蜓连续三次点水后某瞬间的水面波纹，每次点水的时间忽
略不计.则下列关于蜻蜓的飞行方向及飞行速度 与水波传播速度
的大小关系正确的是( )
C
A.向左， B.向左， C.向右， D.向右，
【解析】蜻蜓点水后，水波半径随时间的增加而增大，由题图可知从左至右圆的半
径逐渐变小，所以蜻蜓向右飞行.由题图可知，蜻蜓最后一次点水时，第一次点水形
成的波纹还未到达此处，可知蜻蜓飞行的速度大于水波传播的速度 项正确.
7.如图所示，水平放置的弹性长绳上有一系列均匀分布的质点1、2、3、…．使质点
1沿竖直方向做简谐运动，振动将沿绳向右传播，从质点1经过平衡位置向上运动时
开始，当振动传播到质点13时，质点1恰好完成一次全振动．则此时关于质点10的运
动，下列说法正确的是( )
B
A.位移为零 B.加速度为最大值 C.正向下运动 D.加速度为零
【解析】当振动传播到质点13时，质点1恰好完成一次全振动，（【点拨】质点1振
动一个周期.）故质点 点间的波形为一个完整的波形，此时质点10处于正向最
大位移处，则质点10的速度为零，加速度最大，故选项B正确，A、C、D错误.
. .
8.如图甲所示，为振源，质点距的距离为，时刻 由平衡位置开始振动，
产生沿直线向右传播的简谐横波，图乙为质点从 时刻开始振动的振动图像，则下
列说法正确的是( )
A
A.时刻振源的振动方向沿 轴正方向
B.时刻质点振动速度最大，方向沿 轴负方向
C.时刻振源处于平衡位置,并向 轴正方向振动
D.若波源停止振动，则 质点也马上停止振动
【解析】质点的起振方向与振源的起振方向相同，由题图乙可知时刻 质点的振
动方向沿轴正方向，即质点的起振方向沿轴正方向，则时刻，振源 振动的
方向沿轴正方向，选项A正确；由题图乙知，时刻 质点位于平衡位置，振动速
度最大，方向沿轴正方向，选项B错误；根据题图无法确定时刻振源 的位置，选
项C错误；波源停止振动时， 质点不会马上停止振动，当波源停止振动前的振动形
式传播到质点后 质点才停止振动，选项D错误.