2025版高中物理：第八章 机械振动与机械波 第2讲　机械波

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高中物理学习研究
第2讲
　
机械波
对应学生用书 P172
考点一
　
机械波的形成与传播
形成条件
①　　　　　　　　
;②
　　　　　　　　
传播特点
1.各质点的起振方向与波源的起振方向
③　　　　
,离波源越远的质点,起振越
④　
;
2.介质中的质点跟着波源做
⑤　　　　
振动,振动频率和周期都与
⑥　　　　
相同,
且质点只在各自的平衡位置附近振动,并不随波
⑦　　　　
;
3.机械波传播的只是振动的
⑧　　　　
和
⑨　　　　
分类
横波 (1)定义:质点的振动方向与波的传播方向相互
⑩　　　　
的波;
(2)波峰与波谷:凸起的最高处叫
　　　　
,凹下的最低处叫
　　　　
纵波
(1)定义:质点的振动方向与波的传播方向
　　　　
的波;
(2)密部与疏部:质点分布最密的位置叫作
　　　　
,质点分布最疏的位
置叫作
　　　
描述
波长 λ
定义 在波的传播方向上,振动相位总是相同的两个
　　
质点间的距离
横波
两个相邻波峰或两个相邻波谷之间的距离,如图所示
纵波 两个相邻密部或相邻疏部之间的距离
周期 T波的周期等于
　　　　
的振
动周期 周期与频率的关系:T=
　　　
频率 f波的频率等于
　　　　
的振
动频率
波速 v机械波在介质中传播的速度,由
　　　　
的性质决定,在不同介质中,波
速往往是不同的。声波的传播速度还与温度有关
相互关系 波长、频率(周期)和波速的关系为 v=
　　　　
=
　　　　
横波
图像
图示
意义 表示在波的传播方向上,某时刻各质点离开
　　　　
的位移的宏观情形
坐标轴的
物理意义
横坐标 x表示在波的传播方向上各质点的平衡位置
纵坐标 y表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移
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答案
　①
波源
　②
介质
　③
相同
　④
滞后
　⑤
受迫
　⑥
波源
　⑦
迁移
　⑧
形式
　⑨
能量
　
⑩
垂直
　
波峰
　
波谷 平行
　
密部
　
疏部
　
相邻
　
波源
　
波源
　
1
f
　
介
质本身
　
λf
　
λ
T
　
平衡位置
　　
机械波的形成与传播模型如图所示,请根据模型阐述机械波的形成机理。
　　
答案
　
如题图所示,将绳分成许多小部分,每一部分看作一个质点。在无外来扰动之前,各个
质点排列在同一直线上,各个质点所在的位置称为各自的平衡位置。由于外来的扰动,会引起绳
中的某一质点振动,首先振动的那个质点为波源。由于绳中各质点之间存在着相互作用力,作为
波源的质点就带动周围质点振动,周围质点又依次带动邻近质点振动,于是振动就在绳中由近及
远地传播。
角度 1
　
波的形成及传播
(2024 届南京二模)将较长的绳一端固定在墙上,另一端用手捏住以恒定振幅上下持续振动,
产生的绳波沿绳自左向右传播,图示时刻,波形刚好传播到 A点。下列判断正确的是(
　　
)。
A.手的起振方向向下
B.若减小手的振动频率,绳波的传播速度不发生变化
C.若增大手的振动频率,绳波的波长将增大
D.若停止手的振动,绳中波形立即消失
　　
答案
　
B
解析
　
根据“同侧法”可知,A点的起振方向向上,由于 A点的起振方向与手的起振方向相同,故
手的起振方向向上,A 项错误;由于机械波的传播速度只与介质有关,故减小手的振动频率,绳波的
传播速度不发生变化,B 项正确;根据公式λ=
v
f
及机械波的传播速度只与介质有关可知,绳波的传
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播速度不发生变化,若增大手的振动频率,绳波的波长将减小,C 项错误;若停止手的振动,绳中波形
会继续传播,不会立即消失,D 项错误。
波的传播方向与质点振动方向的两种互判方法
方法 内容 图像
上下
坡法
沿波的传播方向,“上坡”时质点向下振动,“下
坡”时质点向上振动
同侧法 波形图上表示某点传播方向和振动方向的箭头
在图线同侧
角度 2
　
波动方程的理解与应用
波动方程就是简谐运动表达式在平面简谐波中的拓展应用。不同的是,简谐运动表达式描述的是
单个质点的振动;波动方程描述的是所有质点的振动,依据是“依次牵连”,后一质点总是重复前
一质点的振动状态,“滞后”一定的时间 Δt=
Δ x
v
和相位 Δφ=ωΔt=
2π
T
·
Δ x
v
=
。
(2021 年全国甲卷)均匀介质中质点 A、B的平衡位置位于 x轴上,坐标分别为xA=0和
xB=16 cm。某简谐横波沿 x轴正方向传播,波速 v=20 cm/s,波长大于 20 cm,振幅 y=1 cm,
且传播时无衰减。t=0时刻 A、B偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同,运动方向相反,此后
每隔Δt=0.6 s 两者偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同。已知在 t1时刻(t1>0),质点 A位
于波峰。求:
(1)从t1时刻开始,质点 B最少要经过多长时间位于波峰。
(2)t1时刻质点 B偏离平衡位置的位移。
　　
答案
　
(1)0.8 s　(2)-0.5 cm
解析
　
(1)因为波长大于 20 cm,所以波的周期 T=
λ
v
>1.0 s,由题可知,波的周期 T=2Δt=1.2 s,
波的波长 λ=vT=24 cm。在 t1(t1>0)时刻,质点 A位于波峰。因为A、B间的距离小于一个波
长,B到波峰最快也是A的波峰传过去,所以 从t1时刻开始,质点 B运动到波峰所需要的最少时间
tmin=
xAB
v
=0.8 s。
(2)在t1(t1>0)时刻,A位于波峰,由题意可知,此时图像的函数是y=cos
2π x
λ
=cos
π
12
x
(cm)。t1时刻,质点 B偏离平衡位置的位移 yB=cos
π
12
xB (cm)=-0.5 cm。
角度 3
　
波的图像
(2024 届河北模拟)一列沿 x轴正方向传播的简谐横波在 t=0时刻的波形图如图所示。已
知x=1 m 处质点 b的振动周期为 2 s,下列说法正确的是(
　　
)。
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