第三章 机械波（复习课件）物理人教版2019选择性必修第一册

该高中物理机械波单元复习课件系统梳理了机械波的形成条件、描述方法（图像、波长频率波速）、传播现象（反射折射衍射干涉多普勒效应）及多解问题等核心知识，通过思维导图串联振源、介质、波速公式等关键要素，结合知识清单构建从基础概念到综合应用的完整知识网络。 其亮点在于采用“题型剖析+针对训练+分层巩固”复习策略，如通过“上下坡法”“同侧法”等模型建构突破波传播方向与质点振动方向互判，结合多解问题周期性、双向性分析培养科学推理能力，课堂巩固题覆盖基础到综合层次，助力学生深化物理观念，教师可依托清晰知识脉络与分层设计精准开展复习教学。

第三章 机械波 人教版（2019）必修 第一册 单元复习 单元学习目标 1.理解波速、波长和频率的关系。 2.能用波动图像和振动图像综合描述机械波。 3.知道波的反射和折射现象、波的干涉、衍射现象和多普勒效应。 4.能够掌握和处理有关机械波的多解问题。 单元学习重难点 1.重点： (1)能用波动图像和振动图像综合描述机械波。 (2)利用波的干涉规律，处理有关波的叠加加强和减弱的问题。 (3)能够掌握和处理有关机械波的多解问题。 2.难点： (1)波动图像和振动图像综合应用。 (2)有关机械波的多解问题。 1. 本章思维导图 2. 各节知识清单 3. 题型剖析及针对训练 4. 课堂巩固 5. 课堂总结 学习内容 一、本章思维导图 第三章 机械波 本章思维导图 第三章 机械波 振源　 介质　 形式　 垂直　 平行　 机械波 本章思维导图 第三章 机械波 周期　 λf　 所有　 波长　 振幅　 机械波 本章思维导图 第三章 机械波 返回　 传播方向　 障碍物　 相干　 频率　 机械波 二、各节知识清单 第三章 机械波 第1节 波的形成 1.质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波，叫作横波。在横波中，______________叫作波峰，______________叫作波谷。 2.质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波，叫作____波。在____波中，______________的位置叫作密部，______________的位置叫作疏部。 3.横波和纵波是按照__________方向和________方向的关系来区别的。 4.发声体振动时在空气中产生的声波是____波。声波不仅能在空气中传播，也能在液体、固体中传播。 一、横波和纵波 凸起的最高处 凹下的最低处 纵 纵 质点分布最密 质点分布最疏 质点振动 波传播 纵 第1节 波的形成 二、机械波 1.形成：机械振动在______中传播，形成了机械波。 2.产生条件：①______；②传播振动的______。 3.特点 ①介质中有机械波传播时，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介质中本来静止的质点，随着波的传来而发生振动，这表示它获得了能量，可见波是传递______的一种方式。 ③我们能用语言进行交流，说明波可以传播______。 介质 波源 介质 振动 能量 信息 第2节 波的描述 一、波的图像 1.正弦波 (1)概念：波的图像是________，这样的波称为正弦波，也叫简谐波，如图所示。 (2)介质中有正弦波传播时，介质中的质点做______运动。 2.振动图像和波的图像 (1)振动图像表示介质中的“某个质点”在“__________”的位移。 (2)波的图像表示介质中的“各个质点”在“__________”的位移。 正弦曲线 简谐 各个时刻 同一时刻 第2节 波的描述 1.波长(λ) (1)定义：在波动中，振动相位______相同的两个______质点间的距离。通常用 ____表示。 (2)在横波中，两个______波峰或两个______波谷之间的距离等于一个波长。在纵波中，两个______密部或两个______疏部之间的距离等于一个波长。波长反映了波在空间的周期性。 二、波长、频率和波速 总是 相邻 λ 相邻 相邻 相邻 相邻 第2节 波的描述 第3节 波的反射、折射和衍射 一、波的反射和波的折射 1.波的反射 (1)波的反射：波传播过程中遇到介质界面会______原介质继续传播的现象。 (2)反射波的______、______、频率跟入射波的相同。 (3)波的反射定律：反射线、入射线和法线在同一平面内，反射线和入射线分别位于法线两侧，反射角______入射角。如图所示。 返回 波长 波速 等于 第3节 波的反射、折射和衍射 2.波的折射 (1)波的折射：波从一种介质______另一种介质时，波的__________发生改变的现象。 (2)波的折射中，波的______不变，波速和波长发生改变。 进入 传播方向 频率 第3节 波的反射、折射和衍射 二、波的衍射 1.定义：波可以绕过________继续传播的现象。 2.实验现象 (1)实验器材：在水槽里放两块挡板，中间留一个______。 (2)现象：狭缝宽度比波长大得多，波的传播如同光沿__________一样，在挡板后面产生“阴影区”；在狭缝宽度与波长相差不多或者狭缝宽度比波长更小时，水波可以______挡板后面继续传播。 3.发生明显衍射现象的条件 缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长__________，或者比波长______。 障碍物 直线传播 绕到 相差不多 更小 狭缝 第4节 波的干涉 一、波的叠加 1.波的独立性 两列波相遇后，每列波将保持各自原来的波形继续向前传播，互不干扰。如图甲、乙所示，在同一直线上，向右传播的波1和向左传播的波2相遇以后，各自还是按照相遇前的波速、振幅、频率，继续沿着各自的方向传播，不会因为相遇而发生任何变化。 第4节 波的干涉 2.波的叠加原理：几列波相遇时能够保持各自的运动特征，继续传播，在它们重叠的区域里，介质的质点______参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的________。 同时 矢量和 第4节 波的干涉 二、波的干涉 1.定义：______相同的两列波叠加时，某些区域的振幅______、某些区域的振幅______，这种现象叫作波的干涉，形成的图样常常叫作__________。 2.产生干涉的两个必要条件是：两列波的______必须相同和两个波源的________必须保持不变。满足这两个条件的一切波都能发生干涉，干涉是波所______的现象。 3.产生稳定干涉图样的两列波的振幅越接近，干涉图样越明显。 频率 加大 减小 干涉图样 频率 相位差 特有 第5节 实验：多普勒效应 1.多普勒效应 波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的__________都会发生变化，这种现象叫作多普勒效应。 2.多普勒效应产生的原因 (1)当波源与观察者相对静止时，1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是______的，观察到的频率______波源振动的频率。 (2)当波源与观察者相向运动时，1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目______，观察到的频率_____；反之，当波源与观察者互相远离时，观察到的频率_____。 波的频率 一定 等于 增加 增加 变小 三、题型剖析及针对训练 第三章 机械波 题型一：由波的传播方向确定质点振动方向的方法 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 波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧 “微平移”法 将波形沿传播方向进行微小的平移，再由对应同一x坐标的两波形曲线上的点来判断振动方向 【例1】一列简谐横波沿x轴正方向传播，时的波形如图所示，已知波的周期，P、Q两质点平衡位置的横坐标分别为、。下列说法正确的是（　　） A．时Q质点在波谷 B．经过6s，P质点向右移动了3m C．P、Q两质点第一次速度相同的时刻是 D．该波的波速为2m/s C 题型一：由波的传播方向确定质点振动方向的方法 题型一：由波的传播方向确定质点振动方向的方法 【答案】C 【详解】D．由题意可知，该波的波速选项D错误； A．由同侧法可知题中图示时刻Q质点沿y轴正方向运动，经过3s后波形向右移动 Q质点处于波峰，选项A错误； B．P质点只在其平衡位置附近上下振动，选项B错误； C．设平衡位置的横坐标为2m处的质点称为M质点，则当M质点处于平衡位置时，P、Q两质点速度相同，又因为波沿x轴正方向传播，则M质点从0时刻起至第一次到达平衡位置经历的时间选项C正确。 故选C。 题型二：波动图像和振动图像 振动图像 波的图像 图像 物理意义 表示某质点各个时刻的位移 表示某时刻各质点的位移 图像信息 (1)质点振动周期(2)质点振幅(3)各时刻质点位移(4)各时刻速度、加速度方向 (1)波长、振幅(2)任意一质点在该时刻的位移(3)任意一质点在该时刻加速度方向(4)传播方向、振动方向的互判 图像变化 随时间推移，图像延续，但已有形状不变 随时间推移，图像沿传播方向平移 形象比喻 记录着一个人一段时间内活动的录像带 记录着许多人某时刻动作、表情的集体照片 1.波动图像和振动图像的比较 题型二：波动图像和振动图像 2．求解波的图像与振动图像综合问题的三关键：“一分、一看、二找” 题型二：波动图像和振动图像 A 【例2】一列简谐横波在时的波形图如图甲所示，P是平衡位置在处的质点，质点P的振动图像如图乙所示。Q是平衡位置在处的质点。下列说法正确的是（　　） A．波速为 B．波的传播方向向左 C．时，质点Q的动能最大 D．时，质点Q的加速度比质点P的小 题型二：波动图像和振动图像 【答案】A 【详解】A．该波的波长λ=8m，周期为T=2s，可得波速为，A正确； B．由P点的振动图像可知，t=2s时刻质点P在平衡位置向下振动，结合波形图可知，波的传播方向向右，B错误； C．时，质点Q到达波谷位置，速度为零，则动能最小，C错误； D．时，质点P加速度为零，而质点Q加速度最大，即质点Q的加速度比质点P的大，D错误。 故选A。 题型三：波的多解问题 1.造成波动问题多解的主要因素 (1)周期性 ①时间周期性:时间间隔Δt与周期T的关系不明确; ②空间周期性:波传播距离Δx与波长λ的关系不明确。 (2)双向性 ①传播方向双向性:波的传播方向不确定; ②振动方向双向性:质点振动方向不确定。 (3)波形的隐含性 在波动问题中,往往只给出完整波形的一部分,或给出几个特殊点,而其余信息均处于隐含状态。这样,波形就有多种情况,形成波动问题的多解性。 题型三：波的多解问题 2.解决波的多解问题的思路 一般采用从特殊到一般的思维方法,即找出一个周期内满足条件的关系Δt或Δx,若此关系为时间,则t=nT+Δt(n=0,1,2…);若此关系为距离,则x=nλ+Δx(n=0,1,2…)。步骤如下 (1)根据初、末两时刻的波形图确定传播距离与波长的关系通式。 (2)根据题设条件判断是唯一解还是多解。 (3)根据波速公式 或 求波速。 题型三：波的多解问题 C 【例3】一列沿x轴传播的简谐横波，t=0时刻的波形如图中实线所示，t=0.2s时刻的波形如图中的虚线所示，则（　　） A．t=0.2s时，质点P的振动方向一定竖直向上 B．波的周期可能为0.27s C．波的频率可能为1.25Hz D．波的传播速度可能为20m/s 题型三：波的多解问题 【答案】C 【详解】A．如果简谐横波沿x轴正方向传播，由波形平移法知t=0.2s时质点P的运动方向向+y方向；如果简谐横波沿x轴负方向传播，由波形平移法知t=0.2s时质点P的运动方向向-y方向；故A错误； B．如果简谐横波沿x轴正方向传播，则 解得周期 若，则说明波的周期不可能为0.27s。如果简谐横波沿x轴负方向传播，则 解得周期 若，则说明波的周期不可能为0.27s。故B错误； C．若波的频率为1.25Hz，则周期如果简谐横波沿x轴正方向传播，则解得所以波的频率可能为1.25Hz，故C正确； D．由图可知，波长如果简谐横波沿x轴正方向传播，则则说明简谐横波沿x轴正方向传播，波的传播速度不可能为20m/s。如果简谐横波沿x轴负方向传播，则则说明简谐横波沿x轴负方向传播，波的传播速度不可能为20m/s。故D错误。 故选C。 题型四：波的干涉 波的干涉现象中振动加强点、减弱点的两种判断方法 1.公式法 某质点的振动是加强还是减弱，取决于该点到两相干波源的距离之差Δr。 ①当两波源振动步调一致时 若Δr＝nλ(n＝0,1,2，…)，则振动加强； 若Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2，…)，则振动减弱。 ②当两波源振动步调相反时 若Δr＝(2n＋1) (n＝0,1,2，…)，则振动加强； 若Δr＝nλ(n＝0,1,2，…)，则振动减弱。 题型四：波的干涉 2.波形图法 在某时刻波的干涉的波形图上，波峰与波峰(或波谷与波谷)的交点，一定是加强点，而波峰与波谷的交点一定是减弱点，各加强点或减弱点各自连接而成以两波源为中心向外辐射的连线，形成加强线和减弱线，两种线互相间隔，加强点与减弱点之间各质点的振幅介于加强点与减弱点的振幅之间。 题型四：波的干涉 C 【例4】如图甲所示，在平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源和。两波源的振动图像分别如图乙和图丙所示，两列波的波速均为。0时刻两波源产生的波均已到达质点和处，则（    ） A．质点A位于振动加强区 B．质点A比质点B振动得快 C．0~4s内，质点A的最小位移为0 D．0~4s内，质点B的最大位移为2m 题型四：波的干涉 【答案】C 【详解】AC．由两波源的振动图像可知，两波源起振方向相反，因A点到两振源的距离之差为零，可知质点A位于振动减弱区，振幅为A1=4m-2m=2m，则质点A的最小位移为0，选项A错误，C正确；     B．两列波的波长均为B点到两波源距离之差为则B点振动加强，A点振动减弱，但是两质点振动频率仍相同，即质点A比质点B振动得快慢相同，选项B错误； D．因B点振动加强，可知振幅为A2=2m+4m=6m，可知0~4s内，质点B的最大位移为6m，选项D错误。 故选C。 题型五：波的衍射和多普勒效应 1.机械波的衍射 波的衍射现象是指波能绕过障碍物继续传播的现象,产生明显衍射现象的条件是缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不大或者小于波长。 2.多普勒效应 多普勒效应的成因分析： (1)接收频率:观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数。当波以速度v通过观察者时,时间t内通过的完全波的个数为N=,因而单位时间内通过观察者的完全波的个数,就是接收频率。 (2)当波源与观察者相互靠近时,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。 题型五：波的衍射和多普勒效应 A 【例5-1】图中S为在水面上振动的波源，M、N为在水面上的两块挡板，其中N板可以上下移动，两板中间有一狭缝，此时测得A处水没有振动。为使A处水也能发生振动，下列方法无效的是（　　） A．移动N使狭缝的距离增大 B．使波源的频率减小 C．使波源的周期增大 D．移动N使狭缝的距离减小 题型五：波的衍射和多普勒效应 【答案】A 【详解】BCD．当障碍物、缝、孔的尺寸和波长相比，相差不多或者比波长更小时，可以发生明显衍射现象，由题意可知，减小波源的频率或增大周期，可使波长增大，移动N使狭缝的距离减小，这些都可以使衍射现象更加明显，故BCD不符合题意； A．移动N使狭缝的距离增大，不能使衍射现象更加明显，故A符合题意。 故选A。 题型五：波的衍射和多普勒效应 B 【例5-2】如图所示，声源S连续发射频率一定的声波，与S共面的圆周上有四个静止的观察者a、b、c、d，当声源以一定的速度由a向b运动的过程中，接收到的频率始终高于声源发射的频率的观察者是（　　） A．a B．b C．c D．d 题型五：波的衍射和多普勒效应 【答案】B 【详解】根据多普勒效应可知，当声源靠近观察者时观察者接收到的频率大于声源发出的频率，则声源由a向b运动的过程中，观察者a接收的频率始终低于声源发射的频率，观察者c和d接收的频率先大于后小于声源发射的频率，接收到的频率始终高于声源发射的频率的是观察者b。 故选B。 四、课堂巩固 第三章 机械波 四、课堂巩固 D 1．一列沿x轴正方向传播的简谐横波，在t=0时刻波刚好传播到x=6m处的质点A，如图所示。已知波的传播速度为48m/s，下列说法中错误的是（　　） A．波源的起振方向是向下 B．从t=0时刻起再经过0.5s时间质点B第一次出现波峰 C．在t=0时刻起到质点B第一次出现波峰的时间内，质点A经过的路程是24cm D．从t=0时刻起再经过0.35s时间质点B开始起振 四、课堂巩固 【答案】D 【详解】A．由题图知质点A起振方向是向下，故波源的起振方向是向下，A正确，不符题意； B．从t＝0时刻起到质点B第一次出现波峰的时间为 B正确，不符题意； C．由图可知解得该波的波长故该波的周期当时，质点A通过的路程为，C正确，不符题意； D．从t＝0时刻起再经过时间质点B开始起振，D错误，符合题意。 故选D。 四、课堂巩固 A 2．图甲为一列沿x轴传播的简谐横波在t=2s时的波形图，图乙为x=2m处的质点的振动图像，下列说法正确的是（　　） A．该波的波速为1m/s B．该波向x轴负方向传播 C．在1s时间内，x=2m处的质点沿x方向运动的位移为1m D．t=0时，x=1m处的质点处于平衡位置 四、课堂巩固 【答案】A 【详解】A．由图甲可知波长为，由图乙可知周期为，该波的波速为故A正确； B．由图乙可知t=2s时，x=2m处的质点向下振动，根据同侧法，该波向x轴正方向传播，故B错误； C．x=2m处的质点在平衡位置附近上下振动，不会随波迁移，故C错误； D．t=2s时，x=1m处的质点处于波谷，t=0时，即之前，x=1m处的质点处于波峰，故D错误。 故选A。 四、课堂巩固 C 3．一简谐横波沿x轴负向传播，时刻的波形如图甲所示，处的质点振动图像如图乙所示，以下说法正确的是（　　） A．时刻处的质点沿y轴负方向运动 B．该质点的振动方程为 C．若该波的波长大于0.50m，则该波波长一定为4m D．若该波的波长小于0.50m，则该波波长可能为0.4m 四、课堂巩固 【答案】C 【详解】A．由图乙可知时刻处的质点振动方向沿y轴正方向，A错误； B．由图乙可知，则 位移为，则初相则有，B错误； CD．由甲、乙两图可知，该质点的位置满足，当时，波长大于0.50m，且，若该波的波长小于0.50m，则该波波长不可能为0.4m，C正确，D错误。故选C。 四、课堂巩固 D 4．如图（a）所示在均匀介质中有A、B、C三点，。时，位于A、C两点的两个横波波源同时开始振动，A、C两点振动图像分别如图（b）甲和图（b）乙所示，振动方向与平面垂直，两列波在该介质中的传播速度均为，下列说法正确的是（　　） A．B点始终位于振幅处 B．两列波的波长均为 C．A、C间有3个振动减弱点 D．时B点的位移为 四、课堂巩固 【答案】D 【详解】AB．两横波的周期均为，由公式，可知两波的波长均为，故B错误，波源A发出的横波在末先到达B点，B点开始振动，在末波源C发出的横波才到达B点，之后B点是振动加强点，故A也错误； C．两波源A、C的起振方向相反，则与A、C距离差为波长的整数倍的位置为振动减弱点，距离差为、、的位置分别有1个、2个、2个，共5个，故C错误； D．可知在时，单独来看，波源A的横波在B点产生的位移为，波源C的横波在B点产生的位移为，则叠加后的总位移为，故D正确。 故选D。 四、课堂巩固 D 5．关于下列四幅图片所对应的物理规律，说法正确的是（　　） A．如图甲为汽车消音器结构简化图，声音从入口进入，经a，b传播后从出口排出，消音原理主要是波的衍射 B．如图乙，观察者不动，波源S向右运动，相等的时间内，左边观察者接收到波的个数比右边的多 C．如图丙为利用水波槽观察到的水波衍射图样，从图样可知B侧波是衍射波，增大挡板之间的间隙，衍射现象将更明显 D．如图丁为某位同学在“用单摆测重力加速度”实验中根据测量数据作出的摆长L与周期T的L-T2图像，图线不过原点是因为摆长测短了 四、课堂巩固 【答案】D 【详解】A．消音原理主要是波的干涉，故A错误； B．观察者不动，波源S向右运动，左边观察者离波源越来越远，所以相等的时间内左边观察者接收到波的个数比右边的少，故B错误； C．从图样可知A侧波是衍射波，减小挡板之间的间隙，衍射现象将更明显，故C错误； D．根据单摆的周期公式可得结合图线可知，图线不过原点是因为摆长测短了，故D正确。 故选D。 五、课堂总结 第一章 运动的描述 五、课堂总结 1.你是否已经理解了描述机械波的物理量的含义？ 2.明确振动图像和波动图像的区别，并且能够利用两种图像处理有关综合性问题。 3.对机械波多解问题是一个难点，你是否有了更加清晰的处理方法？ 4.对于机械波的干涉、衍射和多普勒效应三种现象出现的条件是否有能够充分利用，解决实际的问题？ eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(机械波的形成\b\lc\{\rc\ (\a\vs8\al\co1(条件：同时存在________和________,原因：介质中各质点之间存在相互作用力,实质：传播振动________、能量、信息)),波的分类\b\lc\{(\a\vs8\al\co1(横波：振动方向跟传播方向________，如水面波和绳波等,纵波：振动方向跟传播方向________，如声波和弹簧波等)))) eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\a\vs0\al(波,的,描,述)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(物理量\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(波长λ：一个________波传播的距离，体现了空间周期性,周期T：波源的振动周期，时间的周期性,频率f：波源的振动频率，或波形每秒钟重复出现的次数, ,波速v：由介质决定，v＝______)),各物理量间的关系：v＝________或λ＝\f(v,f), \a\vs4\al(波动,图像) \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(意义：反映某时刻参与波动的________质点离开平衡位,    置的情况,坐标：横轴表示平衡位置，纵轴表示位移,物理信息：________，________等))))))) eq \f(Δx,Δt) eq \b\lc\{(\a\vs0\al\co1(\a\vs4\al(波,的,现,象)\b\lc\{(\a\vs8\al\co1(反射：波从两种介质的界面上________原介质,折射：波从一种介质进入另一种介质____________发生改变,衍射：绕过__________或孔继续传播,干涉：两列________波源在空间的叠加,多普勒效应：观察者与波源有相对运动，观察到的________,    发生变化)))) $