第三章 机械波 章末素养提升(Word教参)-【步步高】2024-2025学年高二物理选择性必修第一册学习笔记（教科版）

本高中物理讲义以核心素养为统领，通过表格系统梳理机械波单元知识，涵盖物理观念（波的形成条件、描述量关系、传播现象）、科学思维（波的图像信息提取、振动与传播方向互判）及科学态度与责任，构建清晰知识框架，突出重难点内在联系。 该讲义亮点在于分层例题设计，含多选（如波的干涉条件判断）、计算题（波形平移与周期计算）等，通过科学推理培养波速公式应用能力，结合多普勒效应实例渗透科学态度，助力学生巩固基础与提升思维，支持教师精准教学。

章末素养提升 物理观念 波的形成 (1)形成：前面的质点带动后面的质点，将振动形式传播出去 (2)条件：波源(振源)、介质，二者缺一不可 (3)特点：传播振动形式、传递能量和信息，质点不随波迁移 (4)分类：按机械波传播方向与质点振动方向的关系分为横波和纵波 波的描述 (1)波长λ：一个周期传播的距离 (2)频率f(周期T)：由波源决定 (3)波速v：由介质决定 (4)关系：v＝λf或v＝ (5)图像：正弦曲线；表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移 波的传播 (1)反射和折射 (2)衍射：波可以绕过障碍物继续传播的现象。只有在缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或者比波长更小的情况下，才能观察到明显的衍射现象 (3)叠加原理：几列波相遇时保持各自的振动状态，各质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和 (4)干涉：频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱的现象 (5)多普勒效应：是由波源与观察者相对运动(距离变化)产生的，一切波都能发生多普勒效应 科学思维 波的图像 (1)图像信息：波长；各质点的位移大小和方向；各质点的振幅 (2)波的传播方向和各质点的振动方向互判 波动形式 (1)波动的产生原因、过程 (2)波动的时间周期性、空间周期性 科学态度与责任 (1)通过观察绳波、水波及一些声音现象，养成从物理学的视角观察自然现象的习惯，产生对自然界的好奇心 (2)了解多普勒效应在生产生活中的广泛应用，进一步激发学习物理的兴趣 例1　(多选)(2023·自贡市高二期中)关于机械振动和机械波，以下说法正确的是(　　) A．有机械波一定存在机械振动，有机械振动就一定能够产生机械波 B．机械振动在介质中传播形成机械波 C．参与振动的质点的振动频率是由波源决定的，与介质的性质无关 D．波源振动得越快，波在介质中的传播速度就越大 答案　BC 解析　机械振动在介质中传播形成机械波，则有机械波一定存在机械振动，有机械振动不一定能够产生机械波，还需要传播振动的介质，故A错误，B正确；质点的振动频率等于波源的振动频率，可知参与振动的质点的振动频率是由波源决定的，与介质的性质无关，故C正确；波在介质中的传播速度由介质的性质决定，与波源的振动快慢无关，故D错误。 例2　(2023·湖州市高二期末)如图所示，某同学利用平低水槽研究水波传播时的现象，下列说法正确的是(　　) A．甲图是观察水波穿过狭缝后的情景，此时水波没有发生衍射现象 B．甲图中狭缝的宽度变窄时，可以观察到明显的衍射现象 C．乙图是两列水波相遇时的干涉现象，两列水波的频率不同 D．乙图中某些区域在某时刻振动加强，经过半个周期后振动减弱 答案　B 解析　题图甲中水波发生了衍射现象，故A错误；波长一定，缝越窄衍射现象越明显，当题图甲中狭缝的宽度变窄时，可以观察到明显的衍射现象，故B正确；题图乙是两列水波相遇时的干涉现象，两列水波的频率相同，故C错误；题图乙中某些区域在某时刻振动加强，经过半个周期后依旧为振动加强点，故D错误。 例3　(2023·自贡市高二期中)波源S产生一列沿x轴正方向传播的波，波速v＝400 m/s，已知t＝0时，波已传播到x＝40 m处，如图所示，在x＝400 m处，有一接收器A(图中未标出)，则下列说法正确的是(　　) A．波源的起振方向向上 B．x＝40 m处的质点在t＝0.5 s时位移为最大 C．若波源向x轴负方向运动，则接收器接收到的波的频率将变小 D．t＝1 s时接收器才能接收到此波 答案　C 解析　波在传播过程中，各个质点的起振方向都与波源的起振方向相同，由质点带动法，知波源S开始振动时方向向下，故A错误；该波的周期为T＝＝ s＝0.05 s，因t＝0.5 s＝10T，根据波的周期性可知x＝40 m处的质点在t＝0.5 s又回到平衡位置，位移为0，故B错误；若波源向x轴负方向运动，波源与接收器间的距离增大，产生多普勒效应，则接收器接收到的波的频率将变小，故C正确；波从图示位置传到接收器的时间为t＝＝ s＝0.9 s，故D错误。 例4　(多选)(2023·宜宾市高二期中)如图甲为一列简谐横波在t＝2 s时的波动图像，图乙为该波中x＝2 m处质点P的振动图像。下列说法正确的是(　　) A．该波的波速大小为1 m/s B．该波沿x轴正方向传播 C．t＝1 s时，质点P的速度最小，加速度最大 D．在0～2 s内，质点P的速度和加速度的方向均未发生改变 答案　AC 解析　根据图像可知波长λ＝4 m，T＝4 s，则该波的波速大小为v＝＝1 m/s，故A正确；结合波形图与振动图像，分析可知质点P在t＝2 s时向下振动，根据同侧法可知该波向x轴负方向传播，故B错误；根据振动图像，t＝1 s时质点P处于正向最大位移处，速度最小，加速度最大，故C正确；0～2 s内，质点P的速度先正向减小，后负向增大，速度方向发生了改变，加速度先负向增大，后负向减小，加速度方向未发生改变，故D错误。 例5　(2023·绵阳市高二期中)如图所示，实线为一列简谐横波在某一时刻的波形曲线，经过t＝0.3 s后，其波形曲线如图中虚线所示。 (1)若该波的周期T大于0.3 s，且波是沿x轴负方向传播的，求该波传播速度大小v1和周期T1； (2)若该波的周期T小于0.3 s，且波是沿x轴正方向传播的，求该波的周期T2。 答案　(1) m/s　1.2 s　(2) s(n＝1,2,3…) 解析　(1)若波沿x轴负方向传播，波形移动了x1＝nλ＋5 cm(n＝0,1,2…)，波速v＝，由题图可知波长λ＝20 cm，解得v＝ cm/s(n＝0,1,2…)，由T＝，解得T＝ s(n＝0,1,2…)，由题可知T>0.3 s，则可知n＝0，即v1＝ m/s，T1＝1.2 s。 (2)若波沿x轴正方向传播，且周期T<0.3 s，波形移动了x2＝(20n＋15) cm(n＝1,2,3…)，波速v2＝＝(n＝1,2,3…)，由T2＝，代入数据解得T2＝ s(n＝1,2,3…)。 例6　(多选)(2023·重庆沙坪坝区高二期末)如图甲、乙分别为两列横波Ⅰ、Ⅱ的振动图像，t＝0时刻分别同时从图丙的A、B两点开始向四周传播，并在t＝2 s时恰好相遇，已知A、B相距0.8 m，C为AB中点，D距A点0.15 m，则(　　) A．直线上A、B外侧均为振动加强点 B．直线上A、B间(不包括A、B点)共有6个振动加强点 C．t＝4 s内直线上C点通过的路程为零 D．t＝3.75 s时D点经平衡位置向下振动 答案　CD 解析　由题意知，A、B相距0.8 m，t＝2 s时相遇，则波速v＝0.2 m/s，由图知T＝1.0 s，则波长为0.2 m，A、B两质点的起振方向相反，AB间距满足波长的整数倍，故A、B外侧均为减弱点，故A错误；加强点满足该点距A、B两点的路程差为半波长的奇数倍，共有8个点，分别距A点的距离为0.05 m,0.15 m,0.25 m,0.35 m,0.45 m,0.55 m,0.65 m,0.75 m，故B错误；C点距A点0.4 m，为减弱点，其位移始终为零，故C正确；D点为加强点，t＝3.25 s时，波Ⅱ刚传到D点，从平衡位置向上振动，此时波Ⅰ已知在D点振动了2.5 s，也从平衡位置向上振动，再经0.5 s，质点D经平衡位置向下振动，故D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $