第十二章 第一节
沙场点兵·名校真题·实效检测
1．(多选)(2020·安徽省定远高二下学期检测)下列关于机械波的说法正确的是( AC )
A．波动发生需要两个条件：波源和介质
B．波动过程是介质质点由近及远移动的过程
C．波动过程是能量由近及远传递的过程
D．波源与介质质点的振动都是自由振动
解析：波源(即振源)振动时，依靠介质中的相互作用力带动周围各部分质点振动起来，形成机械波。作为介质的各质点只在平衡位置附近振动，并不随波向外迁移，仅把振源的振动和能量传播开来。波源和介质质点之间的相互作用力带动相邻的质点振动，是受迫振动，故介质质点的振动不是自由振动。选项AC正确，BD错误。
2．(2020·山东省青州一中高二下学期月考)《枫桥夜泊》中有名句：“姑苏城外寒山寺，夜半钟声到客船”。其中，当钟声传到客船时，对大钟的撞击早已停止了，但仍感觉“余音未绝”，分析其原因可能是( B )
A．大钟的回声
B．大钟在继续振动，空气中继续形成声波
C．人的听觉发生“暂留”的缘故
D．大钟虽停止振动，但空气仍在振动
解析：停止对大钟的撞击后，大钟做阻尼振动，仍在空气中形成声波；随着能量的减弱，钟声逐渐消失。
3．(2020·湖北省汉川市第二中学高二下学期月考)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。地震中，假定震源在地震仪下方，观察到两振子相差5
s开始振动，则下列说法正确的是( A )
A．P先开始振动，震源距地震仪约36
km
B．P先开始振动，震源距地震仪约25
km
C．H先开始振动，震源距地震仪约36
km
D．H先开始振动，震源距地震仪约25
km
解析：纵波的速度快，纵波先到，所以P先开始振动，根据－＝5
s，解得x＝36
km。故A正确，BCD错误。第十二章 第一节
请同学们认真完成练案[6]
(时间：30分钟 总分：50分)
基础夯实
一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)
1．关于机械波的下列说法中，正确的是( C )
A．自然界所刮的风就是一种机械波
B．波不仅能传递能量，而且参与振动的质点也在随波迁移
C．波将波源的运动形式传播出去的同时，也可以传递信息
D．能传播机械波的介质一定是可以自由流动的
解析：自然界所刮的风，实质上是由于压强差等因素引起的空气流动，不是机械波，所以A错；波是运动形式的传播，是能量传递的一种方式，但各质点均在各自平衡位置附近振动，并不随波迁移，因此B错；波不仅能传播运动形式，它也是信息传递的载体，故C正确；固体也能传播机械波，故D错。
2．关于机械振动和机械波下列叙述不正确的是( A )
A．有机械振动必有机械波
B．有机械波必有机械振动
C．在波的传播中，振动质点并不随波的传播发生迁移
D．在波的传播中，如果振源停止振动，波的传播并不会立即停止
解析：机械振动是形成机械波的条件之一，有机械波一定有机械振动，但有机械振动不一定有机械波，A错，B对；波在传播时，介质中的质点都在其平衡位置附近做往复运动，它们不随波的传播而发生迁移，C对；振源停止振动后，已形成的波仍继续向前传播，直到波的能量消耗尽为止，D对。故符合题意的选项为A。
3．区分横波和纵波是根据( C )
A．是否沿水平方向传播
B．质点振动的方向和波传播的远近
C．质点振动的方向和波传播的方向的关系
D．质点振动的快慢
解析：横波与纵波的区别是根据波的传播方向与质点的振动方向之间的关系判断的，如果两者的方向在同一条直线上，则该波就是纵波，如果两者的方向相互垂直，则该波就是横波。
4．关于机械波的形成，下列说法中正确的是( BC )
A．物体做机械振动，一定产生机械波
B．后振动的质点总是跟着先振动的质点重复振动，只是时间落后一步
C．参与振动的质点都有相同的频率
D．机械波是介质随波迁移，也是振动能量的传递
解析：机械波的形成必须具备的两个条件：振源和介质。只有物体做机械振动，而其周围没有传播这种振动的介质，远处介质的质点不可能振动起来而形成机械波，故A选项错误；任何一个振动的质点都是一个波源，带动它周围的质点振动，将振动传播开来，所以后一质点总是落后，但振动频率相同，故B、C选项正确；形成机械波的各振动质点只在平衡位置附近往复运动，并没有随波迁移，离波源远的质点振动的能量是通过各质点的传递从波源获得，故D选项不正确。
5．在学到“机械振动与机械波”时，四位同学就自己看到的现象，发表自己的观点，你从物理学的角度来看，你认为他们谁说的对。( ABD )
小张说：医生用听诊器是利用了固体可以传递机械波。
小王说：军队过桥时不能齐步走，就是因为怕产生共振，损坏了桥，火车过铁桥时要减速，也是同样的道理。
小李说：我家的木板门，春夏季听不到响声，一到秋冬季节，就开始嘭嘭作响，这是风吹振动的。
小赵说：树叶在水面上下振动说明，机械波并不向外传递介质。
A．小张说的对
B．小王说的对
C．小李说的对
D．小赵说的对
解析：根据机械振动和机械波的概念易判A、B、D正确；春夏季潮湿，秋冬季干燥，干燥时木板会收缩，产生响声，C错。
二、非选择题
6．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__横波__的传播(选填“横波”或“纵波”)，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__垂直__(选填“平行”或“垂直”)。
解析：同学们身体运动的方向与模拟波的传播方向垂直，故该游戏模拟的是横波。
7．如图所示，把闹钟放在密闭的玻璃罩内，当闹铃振动时，在玻璃罩外仍然可以听到闹钟的铃声，但如果将玻璃罩内的空气用抽气机抽去，就听不到闹钟的铃声。试解释此现象。
答案：机械波需要介质才能得以传播。当玻璃罩内有空气，铃声通过空气迫使玻璃罩发生同频率振动，将铃声传给外界。若玻璃罩内空气被抽出，因缺少传播振动的介质，闹钟的钟铃无法形成机械波，外界将听不到闹钟的铃声。
能力提升
一、选择题(1、2题为单选题，3～6题为多选题)
1．如图所示，为波沿着一条固定的绳子向右刚传播到B点的波形，由图可判断出A点刚开始的振动方向是( D )
A．向左
B．向右
C．向下
D．向上
解析：由于波刚刚传到B点，所以B点此时的振动方向就是波源的起振方向，由图根据波的传播与质点振动的关系可以知道，B质点此时正向上振动，所以波源A质点刚开始的振动方向向上，选项D正确。
2．下列关于波的现象的说法中正确的是( A )
A．只要有机械波产生，一定可以找到产生机械波的波源
B．把小石头扔到平静的湖水里，水面上便会激起水波，水波将促使水面上的漂浮物向远方运动
C．某空间找不到机械波，则在这一空间一定没有波源
D．横波与纵波，其质点的振动方向不同，因此，横波和纵波不可能沿同一方向传播
解析：我们在解决问题时，不能把几个并列的条件分开来看，A项中有机械波存在就一定具备了两个必要条件，所以A项正确；若只有波源而无介质，也不能产生机械波，所以C项错误；丢石块可以使漂浮物远去，但这不是激起的水波所产生的效果，如果仅靠水波，漂浮物只可能在原平衡位置做上下振动，丢石块最好击中漂浮物或与漂浮物相隔很近，靠石块对漂浮物的水平冲击力使漂浮物远去，故B项错误；横波和纵波的质点振动方向不同，但可沿同一方向传播，所以D项错误。
3．下列关于机械波的说法中正确的是( ACD )
A．相邻的质点是相互做功的
B．纵波的质点可以随波迁移，而横波的质点不能
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
解析：机械波是由于介质中前面的质点带动后面的质点，使波源的振动形式与波源的能量向远处传播而形成的，前后质点间存在相互作用力，因而相互做功，故选项A正确；波传播的过程中，各质点只能在各自的平衡位置附近振动，质点不随波迁移，故选项B错误；每个质点都是由波源依次带动后面的质点，每个质点都做受迫振动，每个质点的频率都与波源的频率相同，并且都“仿照”波源振动，故选项C、D正确。
4．如图所示，用手握住长绳的一端上下抖动，长绳形成了向前传播的一列波。如果在长绳中间某一位置做一个标记P，在抖动过程中( BC )
A．P左右摆动
B．P上下摆动
C．P的频率与波源O的频率相同
D．P的速度与波源O的速度时刻相同
解析：P上下振动，B正确A错误；P与O的频率相同速度不同，C正确，D错误。
5．把一根长而软的螺旋弹簧竖直提起来，手有规律地上下振动，则( AD )
A．在弹簧上形成一列机械波
B．在弹簧上形成波峰和波谷
C．弹簧上的质点自上而下振动
D．弹簧上的机械波自上而下传播
解析：弹簧上的质点均在自己的平衡位置附近振动，形成一列自上而下传播的机械波，A、D选项正确；弹簧波是纵波，有疏部和密部，无波峰和波谷，B选项错误；弹簧上的质点均在平衡位置附近往复振动，有时向上振动，有时向下振动，C选项错误。
6．如图所示为沿水平方向的介质中的部分质点，每相邻两质点间距离相等，其中O为波源，设波源的振动周期为T，自波源通过平衡位置竖直向下振动时开始计时，经过，质点1开始起振，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( ACD )
A．介质中所有质点的起振方向都是竖直向下的，但图中质点9起振最晚
B．图中所画的质点起振时间都是相同的，起振的位置和起振的方向是不同的
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总是比质点7通过相同位置时落后
D．只要图中所有质点都已振动了，质点1与质点9的振动步调就完全一致，但如果质点1发生的是第100次振动，则质点9发生的就是第98次振动
解析：据波的传播特点知，波传播过程中各质点的振动总是重复波源的振动，所以起振方向相同，都是竖直向下，但从时间上来说，起振依次落后的时间，所以选项A、C正确，B错误；由题意知，质点9比质点1应晚起振两个周期，所以当所有质点都起振后，质点1与质点9步调完全一致，所以选项D正确。
二、非选择题
7．细绳的一端在外力作用下从t＝0时刻开始做简谐运动，激发出一列简谐横波。在细绳上选取15个点，图中甲为t＝0时刻各点所处的位置，乙为t＝时刻的波形图(T为波的周期)。在丙中画出t＝时刻的波形图。
答案：
解析：机械波在传播过程中，介质的质点都在各自的平衡位置附近振动，时间依次滞后，从波形图上看出，在t＝时刻第4个质点才开始振动，则在t＝时刻第10个质点刚开始振动，此时第4个质点已振动了的时间回到了自己的平衡位置，第1个质点到达下方最大位移处，新的波形如图所示。(共47张PPT)
物 理
选修3-4
·
人教版
新课标导学
第十二章
机械波
〔情
景
切
入〕
波是常见的运动现象，自然界里有各种各样的波，其中水波、声波是我们熟悉的。那么，波是怎样产生的？它有哪些规律？
〔知
识
导
航〕
本章在机械振动的基础上学习波动的基础知识。波动是振动在介质中的传播而形成的，是自然界中一种普遍的运动形式。本章通过波的形成、波的描述、波的图象、波的传播规律、波的反射、折射、干涉、衍射等现象来学习波的基础知识，了解波的特性，为以后学习打下扎实的基础。
波动是以振动为基础的一种运动形式，它研究的是波的传播方向上参与波动的一系列质点的运动规律。因此机械波的形成就构成了本章的难点，而形象的描绘机械波传播的波的图象是本章的重点。
〔学
法
指
导〕
1．机械波的概念比较抽象，机械波的形成过程不易想象，因此要多做一些实验，通过实验来理解本章的有关知识。
2．通过对比深化对机械波的认识。由于波动是以振动为基础的一种运动，所以运用波动与振动对比，波的图象与振动图象对比，有助于我们全面理解机械波。同时，在学习中应注意理解波的形成原理和传播规律，对波动图象分析时，要特别注意波传播的双向性和周期性。
3．以波的波长、频率和波速的关系为基点，以波的图象为纽带，学习本章。
4．培养空间想象能力和推理能力，本章知识要求会画出波的形成图或根据波的图象来描述波的物理量，这就要求我们运用空间想象能力正确画图、识图，再利用推理能力分析图。
5．关于波的衍射、干涉、多普勒效应的学习，要多结合生活实例，注意理论联系实际。
第一节 波的形成和传播
【素养目标定位】
※
了解波的形成和传播
※
知道横波和纵波、波峰和波谷、密部和疏部
※
知道机械波传播的是振动的形式、能量和信息
【素养思维脉络】
1
课前预习反馈
2
课内互动探究
3
核心素养提升
4
课内随堂达标
5
课时强化作业
课前预习反馈
波的形成与传播
1．波的形成
以绳波为例：
知识点
1
(1)可以将绳分成许多小段，每一段都可以看成________。
(2)相邻质点间有相互作用，当振源质点振动时，会带动相邻点________。这一质点又会带动下一质点振动。
(3)后面质点的运动________前面质点的运动。
(4)后面质点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________是不同的，从而形成凹凸相间(疏密相间)的波形。
2．波的传播
绳端这种上下振动的状态沿________传播出去，称为波的传播。
质点
振动
重复
位移
绳子
机械波的分类
机械波可分为横波和纵波两类，其波形及描述对比如下：
知识点
2
垂直
最高处
最低处
同一直线上
最密
最疏
机械波
1．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。
2．形成
机械振动在________中传播，形成机械波。
波
知识点
3
相互作用
介质
3．两个产生条件
(1)要有________。
(2)要有传播振动的________。
4．传递的三个特点
(1)介质中的机械波传播时，介质本身并不随波一起传播，它传播的只有________这种运动形式。
(2)波是传递________的一种方式。
(3)波可以传递________。
振源
介质
振动
能量
信息
『判一判』
(1)在水平方向传播的波为横波。
( )
(2)在机械波中各质点不随波的传播而迁移。
( )
(3)机械波的形成和传播中，所有质点同时运动，同时停止运动。
( )
(4)机械波在传播过程中，各质点振动的周期、起振方向都相同。
( )
(5)纵波指的是质点的振动方向和波的传播方向垂直的波。
( )
(6)横波中分密部和疏部，纵波中分波峰和波谷。
( )
×
×
×
×
×
×
辨析思考
『选一选』
一个小石子投向平静的湖面中心，会激起一圈圈波纹向外传播，如果此时水面上有一片树叶(如图)，下列对树叶运动情况的叙述正确的是
( )
A．树叶慢慢向湖心运动
B．树叶慢慢向湖岸漂去
C．在原处上下振动
D．沿着波纹做圆周运动
解析：由于波在传播过程中，只传递振动能量和波源所发出的信息，而各质点不随波迁移，只在各自的位置附近做振动，故选C。
C
『想一想』
2019年6月17日，四川宜宾市长宁发生了6.0级地震，地震波中既有纵波，又有横波，而且由地壳传播时纵波速度大于横波速度。在地震时，当地居民感受的振动应该是怎样的？
答案：当地居民首先会感到上下颠簸，后来又会感到在水平方向上左右摇动。
解析：由纵波的传播特点：传播方向与质点的振动方向在同一直线上，并且因为纵波传播得快，所以居民首先会感到上下颠簸。由横波的传播特点：波的传播方向与振动方向垂直，且传播的速度较小，所以横波传来得晚，因此后来居民又会感到在水平方向上左右摇动。
课内互动探究
机械波的形成及特点
艺术体操也叫韵律体操，是一种艺术性很强的女子竞赛体操项目。19世纪末20世纪初起源于欧洲。艺术体操表演项目有很多，丝带舞表演就是其中之一，如图所示是一幅丝带舞的表演图。
(1)丝带上的各点有没有随波迁移？
(2)运动员的手停止抖动后，丝带上的波会立即停止吗？
提示：(1)没有 (2)不会
探究
一
思考讨论
1
解析：(1)波传播的只是振动形式，介质中各质点本身并不会随波迁移。
(2)波传播的是能量，波源停止振动，但能量还会依次向外传播。
1．机械波的形成
归纳总结
2．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。
(4)机械波传播的是波源的信息
我们用语言进行交流，是利用声波传递信息。
(5)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，个别质点形不成波。
(1)有波源和有介质是形成机械波的必需条件，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)机械波在介质中传播时，介质中的各点不随波向前迁移，只在各自平衡位置附近做往复振动。
特别提醒
典例
1
典题例析
解题指导：由于近波源的质点对相邻质点有力的作用，使得远波源点要重复近波源质点的振动；同时参与波动的每个质点都在各自的平衡位置两侧往复运动，其振动具有周期性、对称性的特点。
解析：由于质点间的相互作用，前面的质点总是带动后面的质点振动，所以后面的质点总是滞后于前面的质点。
各质点在各时刻的运动情况，如图所示。
1．科学探测表明，月球表面无大气层，也没有水，更没有任何生命存在的痕迹。在月球上，两宇航员面对面讲话也无法听到，这是因为
( )
A．月球太冷，声音传播太慢
B．月球上没有空气，声音无法传播
C．宇航员不适应月球，声音太轻
D．月球上太嘈杂，声音听不清楚
对点训练
解析：两宇航员面对面讲话却无法听到，说明声波有振源却传播不出去，即缺乏声波传播的另一条件：没有介质，故B选项正确。
B
横波与纵波
(1)图甲是绳波，其中质点的振动方向与传播方向是什么关系？
(2)图乙是声波，其中质点的振动方向与传播方向是什么关系？
提示：(1)相互垂直 (2)在一条直线上
解析：(1)绳波是横波 (2)声波是纵波。
探究
二
思考讨论
2
横波与纵波的比较
归纳总结
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)绳波和声波分别是典型的横波和纵波，水波是比较复杂的机械波，不是横波。
(2)在纵波中各质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上，而不是方向相同。
特别提醒
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。
(1)(多选)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
(
)
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
(2)如图所示，若一列横波在x轴上传播，a点是波传播方向上的某一质点，则质点a的振动方向一定上下振动吗？
BC
典例
2
典题例析
解题指导：深刻理解质点振动方向与波的传播方向的关系，在横波中二者“相互垂直”的含义，在纵波中二者“在同一直线上”的含义。
解析：(1)在横波中质点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、B对，在纵波中二者方向在同一直线上，既可以相同，也可以相反，故C对、D错。
(2)不一定。因为此波为横波，可知质点的振动方向与波的传播方向相互垂直，此波在x轴上传播，可知质点a的振动方向应在过a点且垂直于x轴的平面内，即质点a的振动方向可沿此平面的任意方向，不一定是上下方向的振动。
答案：(2)不一定
2．(多选)下列关于横波与纵波的说法中，正确的是
(
)
A．声波一定是纵波
B．水波一定是横波
C．地震波既有横波，也有纵波
D．横波只能在固体中传播，纵波既可以在固体中传播，也可以在液体、气体中传播
CD
对点训练
解析：声波可以在空气中传播也可以在液体和固体中传播，空气中的声波一定是纵波，而液体、固体中的声波既可能是纵波，也可能是横波，故A错；水波既不是横波，也不是纵波，它的运动形式比较复杂，故B错；地震波既有横波，也有纵波，故发生地震时，地面既有上下振动，也有左右运动。C正确；D正确。
核心素养提升
振动与波动的比较
名称
项目
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
波动是大量质点受到扰动时，从扰动中心传播开来的周而复始的运动现象
运动成因
物体由于某种原因离开平衡位置，同时受到指向平衡位置的力——回复力作用
介质中质点受到相邻质点的扰动而随着运动，并由近及远的传播开去，且各部分都受到指向原平衡位置的力的作用
名称
项目
振动
波动
运动性质
变加速运动
在均匀介质中匀速向前传播
能量变化
动能与势能相互转化，如果是简谐运动，机械能保持不变
波的传播过程是能量传递过程，当波源停止振动不再向外传递能量时，各个质点的振动也会相继停下来
(多选)(2020·湖北省襄阳市第四中学高二下学期月考)关于振动和波的关系，下列说法中正确的是
(
)
A．振动是波的成因，波是振动的传播
B．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
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
案
例
AB
解析：机械波的产生条件是有波源和介质，由于介质中的质点依次带动由近及远传播而形成波，所以选项A、B正确；波的传播速度是波形由波源向外伸展的速度，在均匀介质中其速度大小不变，而质点振动的速度和方向都随时间周期性地发生变化，选项C错误；波源一旦将振动传播给了介质，振动就在介质中向远处传播，而当波源停止振动时，振动在介质中仍然继续传播，不会随波源停止振动而停止传播，选项D错误。
课内随堂达标
课时强化作业
