第3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（粤教版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．甲图，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．乙图，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．丙图，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．丁图，竹竿举起蜂鸣器快速转动，听到蜂鸣器频率发生变化，属于波的多普勒效应 波的特有现象的比较 [解析]　甲图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；乙图，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；丙图，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；丁图，竹竿举起蜂鸣器快速转动，听到蜂鸣器频率发生变化，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   发生条件 定义 现象 共同点 波的衍射 遇到较小的障碍物或小孔时 波可以绕过障碍物继续传播的现象 波能偏离直线而传到直线传播以外的空间 都是波特有的现象 波的干涉 两列频率相同的波在传播中相遇时 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 振动强弱相间的区域、明暗相间的条纹或圆环 多普勒效应 当波源与观察者之间发生相对运动时 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 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 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 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 答案： B [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 机械波的图像与振动图像的综合 [答案]　BC [融会贯通] 1．由波的图像画振动图像或由振动图像画波的图像 (1)给出波的图像，已知波的传播方向时，可粗略画出任一点的振动图像(周期T未知)。如果能再给出波速便可准确画出任一质点的振动图像。 (2)给出振动图像和波的传播方向，便可画出任一时刻的波形图；或是给出两个质点的振动图像，加上两质点平衡位置的间距和波源方位，便可画出多种情况下的波形图。 2．求解波的图像与振动图像综合类问题的方法 (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。 [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　 答案：AB　 波的多解问题 [融会贯通] 波动问题多解的原因 (1)传播方向的不确定性。 (2)某过程时间间隔对应周期个数的不确定性。 (3)沿传播方向某两点间距对应波长个数的不确定性。 答案：A　 2．如图所示，实线是某时刻的波形图线，虚线是0.2 s后的波形图线。 (1)若波向左传播，求它传播的距离及最小距离； (2)若波向右传播，求它的周期及最大周期； (3)若波速为35 m/s，求波的传播方向。 三、价值好题精练——培树科学态度和责任 1．(2023·广东高考)渔船常用回声探测器发射的声波探测水下鱼群与障碍物。声波在水中传播速度为1 500 m/s，若探测器发出频率为1.5×106 Hz的声波，下列说法正确的是(　 ) A．两列声波相遇时一定会发生干涉 B．声波由水中传播到空气中，波长会改变 C．该声波遇到尺寸约为1 m的被探测物时会发生明显衍射 D．探测器接收到的回声频率与被探测物相对探测器运动的速度无关 2． 干涉型消声器能有效地消除低频噪声，发动机(正常工作期间)周 期性排气噪声，就是一种典型的低频噪声。一台四缸四冲程发动 机，当它以2 000 r/min的转速运转时，其峰值频率在200 Hz以下 的噪声较大。所以常用干涉型消声器来消除这类低速转动发动机所发出的低频噪声，一台带有干涉消声器的柴油发动机经消声处理后，其排气噪声可以降低10 dB以上，干涉型消声器以其结构简单，价格低廉，消声效果好，得到了很好的应用，如图是其结构原理图，试分析其工作原理。 答案：见解析 2.(2023·浙江1月选考)主动降噪耳机能收集周围环境中的噪声信号，并产生相应的抵消声波。某一噪声信号传到耳膜的振动图像如图所示，取得最好降噪效果的抵消声波(声音在空气中的传播速度为340 m/s)(　 ) A．振幅为2A B．频率为100 Hz C．波长应为1.7 m的奇数倍 D．在耳膜中产生的振动与图中所示的振动同相 解析：由振动图像得：振幅为A，f＝＝100 Hz，λ＝vT＝3.4 m，当主动降噪耳机产生的声波与周围环境中的噪声信号的振幅、频率、波长都相同且二者恰好振动反相时，降噪效果最好，故B正确，A、C、D错误。 [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；因为图(b)显示t＝1 s时质点经平衡位置向y轴正方向振动，而质点P此时正在波峰位置，所以图(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。 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 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。 [典例]　一列简谐横波图像如图所示，t1时刻的波形如图中实线所示，t2时刻的波形如图中虚线所示，已知Δt＝t2－t1＝0.5 s，问： (1)这列波的可能的波速表达式； (2)若波向左传播，且3T＜Δt＜4T，波速为多大？ (3)若波速v＝68 m/s，则波向哪个方向传播？ [解析]　(1)未明确波的传播方向和Δt与T的关系，故有两组系列解。由题图可知波长λ＝8 m。 当波向右传播时Δt＝nT＋ v右＝＝4(4n＋1)m/s(n＝0,1,2，…) 当波向左传播时Δt＝nT＋T v左＝＝4(4n＋3)m/s(n＝0,1,2，…)。 (2)明确了波的传播方向向左，并限定3T＜Δt＜4T，则Δt＝3T，T＝ s，v左＝＝60 m/s。 (3)由给定的波速可得给定时间Δt内波传播的距离 x＝vΔt＝68×0.5 m＝34 m＝4λ，故波向右传播。 [答案]　(1)向右：v＝4(4n＋1)m/s(n＝0,1，2，…)；向左：v＝4(4n＋3)m/s(n＝0,1,2，…) (2)60 m/s　(3)向右传播 [对点训练] 1．一列波长大于1 m的横波沿着x轴正方向传播，处在x1＝1 m和x2＝2 m的两质点A、B的振动图像如图所示。由此可知 (　 ) A．波长为 m B．波速为1 m/s C．3 s末A、B两质点的位移相同 D．1 s末A质点的振动速度大于B质点的振动速度 解析：波从A向B传播，AB间的距离Δx＝λ，n＝0,1,2，…，由题意知波长大于1 m，则n只能取0，即有Δx＝λ，波长λ＝ m，波速为v＝＝ m/s，故A正确，B错误；3 s末A、B两质点的位移分别为yA＝－2 cm，yB＝0，位移不同，故C错误；由振动图像读出，1 s末A质点的位移yA＝2 cm，处于波峰，速度最小，B质点的位移yB＝0，处于平衡位置，速度最大，所以1 s末A质点的速度小于B质点的速度，故D错误。 解析：(1)由题图知，λ＝4 m 若波向左传播，传播的距离的可能值为Δx＝nλ＋λ＝(4n＋3)m (n＝0,1,2…) 当n＝0时，传播的距离最小，此时Δxmin＝3 m。 (2)若波向右传播，Δx＝m 所用时间为Δt＝T＝0.2 s，故T＝ s 当n＝0时，周期最大，此时Tmax＝0.8 s。 (3)Δx＝v·Δt＝35×0.2 m＝7 m＝(λ＋3)m 由以上分析易知，波向左传播。 答案：(1)(4n＋3)m (n＝0,1,2…)　3 m　 (2) s　0.8 s　(3)向左 解析：根据多普勒效应可知，探测器接收到的回声频率与被探测物相对探测器运动的速度有关，而两列声波发生干涉的条件是频率相等，所以两列声波相遇时不一定发生干涉，故A、D错误；声波由水中传播到空气中时，声波的波速发生变化，频率不变，所以波长会发生改变，故B正确；根据波长的计算公式可得λ＝＝ m＝1×10－3 m，当遇到尺寸约为1 m的被探测物时不会发生明显衍射，故C错误。 答案：B　 解析：设一列波长为λ的声波，沿水平管道自左向右传播。当入射波到达a处时，分成两束相干波，它们分别通过r1和r2，再到b处相遇。若Δr＝r1－r2恰好等于声波半波长的奇数倍，即Δr＝　(k＝0,1,2，…)时，两声波干涉后的振幅A＝0。这就是说该频率的声波被削弱。利用这一原理，可以达到控制噪声的目的。 $$