第三章 机械波 章末小结与质量评价（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册（教科版2019）

　一、知识体系建构——理清物理观念　 二、综合考法融会——强化科学思维　 [典例]　(多选)关于图中的物理现象，描述正确的是 (　 ) A．图甲，水波由深水区传播至浅水区，波线方向改变，属于波的反射现象 B．图乙，水波穿过障碍物的小孔后，能传播至两侧区域，属于波的衍射现象 C．图丙，两列同频率的水波在空间叠加，部分区域振动加强，属于波的干涉现象 D．图丁，两人听到汽车鸣笛音调不同，属于波的多普勒效应 波的特有现象的比较 [解析]　题图甲，水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的折射现象，故A错误；题图乙，水波穿过障碍物的小孔后，能传播至两侧区域，属于波的衍射现象，故B正确；题图丙，两列同频率的水波在空间叠加，部分区域振动加强，属于波的干涉现象，故C正确；题图丁，两人听到汽车鸣笛音调不同，属于波的多普勒效应，故D正确。 [答案]　BCD [融会贯通] 波特有现象的比较   波的衍射 波的干涉 多普勒效应 发生条件 遇到较小的障碍物或小孔时 两列频率相同的波在传播中相遇时 当波源与观察者之间发生相对运动时 定义 波可以绕过障碍物继续传播的现象 频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且加强和减弱的区域相间分布的现象 由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者接收到的波的频率发生变化的现象 现象 波能偏离直线而传到直线传播以外的空间 振动强弱相间的区域、明暗相间的条纹或圆环 当波源与观察者相互接近时，观察者接收到的频率变大；当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频率变小 共同点 都是波特有的现象 续表 [对点训练] 1． (多选)在下列现象中，可以用多普勒效应解释的有 (　 ) A．雷雨天看到闪电后，稍过一会儿才能听到雷声 B．超声波被血管中的血流反射后，探测器接收到的超声波频率发生变化 C．观察者听到远去的列车发出的汽笛声，音调会变低 D．同一声源发出的声波，在空气和水中传播的速度不同 E．天文学上观察到双星(相距较近、均绕它们连线上某点做圆周运动的两颗恒星)光谱随时间的周期性变化 解析：雷雨天看到闪电后，稍过一会儿才能听到雷声，这是光的速度比声波的速度大引起的，A错误；超声波被血管中的血流反射后，探测器接收到的超声波频率发生变化，是由于血液发生流动，探测器与血液的观测点的距离发生变化引起的，可以用多普勒效应解释，B正确；观察者听到远去的列车发出的汽笛声，音调会变低，是由于列车与观察者的距离发生变化引起的，可以用多普勒效应解释，C正确；同一声源发出的声波，在空气和水中的传播速度不同，是声速与介质有关，不是多普勒效应，D错误；天文学上观察到双星光谱随时间的周期性变化是多普勒效应，E正确。 答案：BCE 2．(多选)如图表示两列同频率相干水波在t＝0时刻的叠加情况，图中实线表示波峰，虚线表示波谷，已知两列波的振幅均为2 cm(且在图中所示范围内振幅不变)，波速为 2 m/s，波长为0.4 m，E点为BD连线和AC连线的交点。下列叙述正确的是 (　 ) A．A、C两点都是振动减弱点 B．振动加强的点只有B、E、D C．直线BD上的所有点都是振动加强点 D．B、D两点在该时刻的竖直高度差为4 cm 解析：A、C两点都是振动减弱点，A正确；直线BD上的所有点都是振动加强点，B错误，C正确；B点是波谷与波谷相遇，D点是波峰与波峰相遇，所以B、D两点该时刻竖直高度相差为8 cm，D错误。 答案：AC [典例]　(多选)一列简谐横波，某时刻的波形图如图甲所示，从该时刻开始计时，质点M的振动图像如图乙所示，则 (　 ) A．波沿x轴正方向传播 B．波速是25 m/s C．经过Δt＝0.4 s，质点M通过的路程是4 m D．质点P比质点Q先回到平衡位置 波的图像与振动图像的综合 [答案]　BC [融会贯通] 1．求解波的图像与振动图像综合类问题可采用“一分、一看、二找”的方法 (1)分清振动图像与波的图像。此问题最简单，只要看清横坐标即可，横坐标为x则为波的图像，横坐标为t则为振动图像。 (2)看清横、纵坐标的单位，尤其要注意单位前的数量级。 (3)找准波的图像对应的时刻。 (4)找准振动图像对应的质点。 2．经Δt时间波形的画法 已知波速v和波形图，作出再经过Δt时间后的波形图问题的常用方法： 平移法 先算出经Δt时间后波传播的距离Δx＝vΔt，再把波形沿波的传播方向平移Δx即可。因为波的图像的重复性，若已知波长λ，则波形平移n个λ时波形不变，当Δx＝nλ＋x时，可采取去nλ留x的方法，只需平移x即可。 特殊 点法 在波形图上找两个特殊点，如处于平衡位置的点和与它相邻的波峰(谷)点，先确定这两点的振动方向，若Δt＝nT＋t，由于经nT后波形不变，所以也采取去nT留t的方法，分别作出两特殊点经t后的位置，然后按正弦规律画出新的波形图。 [对点训练] 1．(多选)一列简谐横波沿x轴传播，图(a)为t＝1 s时的波的图像，N、P、Q为介质中x＝1 m、x＝2 m和x＝3 m处的三个质点，图(b)为某质点的振动图像，由图像可知，下列说法中正确的是 (　 ) A．该简谐横波一定沿x轴正方向传播 B．图(b)不可能是质点P的振动图像 C．t＝2 s时刻，质点P的速度一定最大，且一定沿y轴负方向 D．t＝3 s时刻，质点Q的加速度一定最大，且一定沿y轴负方向 答案：BC 2．(多选)图甲为一列简谐横波在t＝0.10 s时刻的波形图，P是平衡位置为x＝1 m处的质点，Q是平衡位置为x＝4 m处的质点，如图乙为质点Q的振动图像，则 (　 ) A．t＝0.15 s时，质点Q的加速度达到正向最大 B．t＝0.15 s时，质点P的运动方向沿y轴负方向 C．从t＝0.10 s到t＝0.25 s，该波沿x轴正方向传播了6 m D．从t＝0.10 s到t＝0.25 s，质点P通过的路程为30 cm 答案：AB　 　　三、价值好题精练——培树科学态度和责任　 1．(多选)如图所示，一小型渔港的防波堤两端M、N相距约60 m，在 防波堤后A、B两处有两个小船进港躲避风浪。某次海啸引起的波 浪沿垂直于防波堤的方向向渔港传播，下列说法正确的有 (　 ) A．假设波浪的波长约为10 m，则A、B两处小船基本不受波浪影响 B．假设波浪的波长约为10 m，则A、B两处小船明显受到波浪影响 C．假设波浪的波长约为50 m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响 D．假设波浪的波长约为50 m，则A、B两处小船明显受到波浪影响 解析：发生明显衍射的条件是障碍物或狭缝尺寸小于波长或者与波长相差不大。当波浪的波长约为10 m时，与防波堤两端距离相比较小，不会有明显的衍射现象，小船基本不受波浪影响，故A正确，B错误；当波浪的波长约为50 m时，接近防波堤两端距离，会有明显的衍射现象，故小船明显受到波浪的影响，C错误，D正确。 答案：AD　 3．实线和虚线分别是沿x轴传播的一列简谐横波在t1＝0和t2＝0.06 s时刻的波形图。已知在t＝0时刻，x＝1.5 m处的质点沿y轴正方向运动。 (1)判断该波的传播方向； (2)求该波的最小频率。 4．(2023·全国甲卷)分别沿x轴正向和负向传播的两列简谐横波P、Q的振动方向相同，振幅均为5 cm，波长均为8 m，波速均为4 m/s。t＝0时刻，P波刚好传播到坐标原点，该处的质点将自平衡位置向下振动；Q波刚好传到x＝10 m处，该处的质点将自平衡位置向上振动。经过一段时间后，两列波相遇。 (1)在给出的坐标图上分别画出P、Q两列波在t＝2.5 s 时刻的波形图(P波用虚线，Q波用实线)； (2)求出图示范围内的介质中，因两列波干涉而振动振幅最大和振幅最小的质点的平衡位置。 解析：(1)根据Δx＝vt得Δx＝4×2.5 m＝10 m 可知t＝2.5 s时，P波刚好传播到x＝10 m处，Q波刚好传播到x＝0处，根据“上下坡法”可得波形图如图所示。 [解析]　由题图乙可知质点M在t＝0时刻在平衡位置且向上运动，则波沿x轴负方向传播，A错误；由题图甲可知波长λ＝20 m，由题图乙可知周期T＝8×10－1 s，所以波速v＝＝25 m/s，B正确；Δt＝0.4 s＝，所以质点M通过的路程为2A＝4 m，C正确；由于波沿x轴负方向传播，可知P点振动方向向下，回到平衡位置所需的时间大于，而Q点回到平衡位置所需的时间为，D错误。 解析：根据振动图像可以确定，t＝1 s时质点经平衡位置向y轴正方向振动，若(b)图是质点N的振动图像，则根据平移法可判断，波向x轴负向传播，A错误；图(b)不可能是质点P的振动图像，B正确；根据图(b)，可以求出质点振动周期T＝4 s，t＝1 s时质点P处于波峰，t＝2 s时刻，质点P在平衡位置速度最大，向y轴负向运动，C正确；若波向x轴负向传播，t＝3 s时刻，即再过T，则质点Q在平衡位置向y轴正方向运动，D错误。 解析：由题图乙可知，t＝0.15 s时，质点Q在负向最大位移处，加速度达到正向最大，故A对；t＝0.10 s时，Q点正向y轴的负向运动，则知波沿x轴负方向传播，此时P点沿y轴向正向最大位移处运动，t＝0.15 s时，即经过Δt＝0.05 s＝，P点沿y轴负方向运动，故B对；从0.10 s到0.25 s，在Δt＝0.15 s＝T内，波沿x轴负方向传播了λ＝6 m，在t＝0.10 s时，质点P处在平衡位置和最大位移处之间，经过T时，通过的路程不等于3倍振幅，故C、D错。 2．(2023·湖北高考)一列简谐横波沿x轴正向传播，波长为100 cm，振幅为8 cm。介质中有a和b两个质点，其平衡位置分别位于x＝－ cm和x＝120 cm处。某时刻b质点的位移为y＝4 cm，且向y轴正方向运动。从该时刻开始计时，a质点的振动图像为(　 ) 解析： a、b之间的距离为Δx＝ cm＋120 cm＝λ，此时b点的位移为4 cm且向y轴正方向运动，令此时b点的相位为φ，则有4 cm＝8 cm·sin φ，解得φ＝或φ＝(向下振动，舍去)，由a、b之间的距离关系可知φa－φ＝·2π＝π，则φa＝π，可知a点此时的位移为y＝8 cm·sin φa＝4 cm，且向下振动，故选A。 答案：A　 解析：(1)由题意可知该波沿x轴正方向传播。 (2)因波的传播具有周期性，设波的周期为T，t2＝0.06 s 时刻，则有T＝0.06 s(n＝0,1,2，…) 得T＝ s(n＝0,1,2，…) 则f＝＝ Hz(n＝0,1,2，…) 当n＝0时，f最小，为fmin＝ Hz＝12.5 Hz。 答案：(1)沿x轴正方向　(2)12.5 Hz (2)在图示范围内任一位置到两波源的波程差为 Δx＝|(10－x)－x|，(0<x<10 m) 根据题意可知，P、Q两波振动频率相同，起振方向相反，两波叠加时，振动加强点的条件为到两波源的距离差Δx＝(n＝0,1,2…) 解得振幅最大的平衡位置有x＝3 m、x＝7 m 振动减弱点的条件为到两波源的距离差Δx＝nλ(n＝0,1,2…) 解得振幅最小的平衡位置有x＝1 m、x＝5 m、x＝9 m。 答案：(1)见解析图　(2)见解析 $$