3.4 第三节　机械波的传播现象-【正禾一本通】2025-2026学年高二物理选择性必修第一册同步课堂高效讲义教师用书（粤教版）

本讲义聚焦机械波的传播现象，系统梳理衍射（含惠更斯原理）、反射、折射、叠加与干涉等核心知识点，以“现象观察-原理阐释-规律应用”为脉络，构建完整知识体系，为学生提供从基础概念到综合应用的学习支架。 资料通过情境导入（如水波衍射实验）、师生互动（男低音衍射分析）及例题与针对练，融合科学探究（实验观察）、科学思维（推理分析）与物理观念（波的相互作用）。课中助力教师引导学生主动建构知识，课后通过测评与归纳帮助学生巩固规律，查漏补缺。

第三节　机械波的传播现象 【素养目标】　1.知道机械波的衍射、惠更斯原理。　2.认识机械波的反射、折射现象。　3.知道波的叠加原理、波的干涉现象。 知识点一　机械波的衍射与惠更斯原理 【情境导入】　如图是一个可观察水波衍射的发波水槽，波源的频率是可以调节的，槽中放置两块可移动的挡板形成宽度可调节的窄缝，观察水波的传播，也可以在水槽中放置宽度不同的挡板，观察水波的传播。回答下列问题： (1)调整窄缝的宽度和水的波长，观察水波能绕到挡板后边吗？比较窄缝宽度和水波波长，什么情况下这种现象比较明显？ (2)同理，将大小不同的石块放入水波中，什么情况下水波更容易绕到石块的后面？ 提示：(1)水波遇到窄缝时，水波能穿过窄缝，并能到达挡板后面，当窄缝宽度小于波长时，水波到达挡板后面的现象更加明显。 (2)障碍物的尺寸小于或等于水波波长时，现象更明显。 【教材梳理】 (阅读教材P76—P77完成下列填空) 1．波的衍射 (1)定义：波绕过障碍物或者穿过小孔继续向前传播的现象。 (2)发生明显衍射的条件：缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相近，或者比波长更小。 (3)衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射。 2．惠更斯原理 介质中波动传到的各点都可以看作是发射子波的波源，在其后的任一时刻，这些子波的包络就形成新的波面。 【师生互动】　隔墙有耳，表述的是声波的衍射现象。思考是女高音(频率大)更容易发生衍射，还是男低音(频率小)更容易发生衍射？ 提示：低音，由v＝λf得λ＝，由此可知，声速相同情况下，低音的频率小，波长长，在障碍物相同的情况下，低音更容易发生衍射现象，因此低音更容易绕过高墙。 如图所示，挡板M是固定的，挡板N可以上下移动。现在把M、N两块挡板中的空隙当作一个“小孔”做水波的衍射实验，出现了如图所示的图样，P点的水没有振动起来。为了使挡板左边的振动传到P点处，下列措施中正确的一组是(　　) A．保持N板不动，减小振源频率 B．保持N板不动，增大振源频率 C．增大振源频率，把N板下移 D．保持振源频率不变，把N板下移 答案：A 解析：P处质点没有振动，说明P点没有明显衍射过去的波，原因是M、N间的缝太宽或波长太短，因此若要使P处质点振动，可采用N板上移减小小孔的间距，或增大波的波长即减小频率，故A正确，B、C、D错误。 学生用书第84页 1．衍射是波特有的现象：一切波都可以发生衍射，衍射只有“明显”与“不明显”之分。 2．波的衍射的实质：波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)仿佛是一个新波源，由它发出的与原来同频率的波在小孔(障碍物)后传播，就偏离了直线方向。波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况。　　 3．理解衍射现象的两点注意 (1)波的衍射是不需要条件的，但要发生明显的衍射必须满足一定的条件。 (2)波长比小孔(或障碍物)尺寸大得越多，衍射现象越明显。但是当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射明显，但衍射波的能量很弱，不容易观察。　　 针对练1．如图是利用水波槽观察到的水波衍射图样，从图样可知(　　) A．B侧波是衍射波 B．A侧波速与B侧波速相等 C．增大水波波源的频率，衍射现象将更明显 D．增大挡板之间的距离，衍射现象将更明显 答案：B 解析：小孔是衍射波的波源，则A侧波是衍射波，故A错误；在同一种介质中，机械波的波速相等，故B正确；波速不变，增大水波波源的频率，水波的波长将减小，而挡板间距没变，所以衍射现象将没有原来的明显，故C错误；在波长不变的情况下，增大挡板间距，衍射现象将没有原来的明显，故D错误。 针对练2．(2024·佛山市高二校考)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两处有两艘小船进港躲避风浪。某次海啸引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤传播，下列说法中正确的有(　　) A．假设波浪的波长约为60 m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响 B．假设波浪的波长约为60 m，则A、B两处小船明显受到波浪影响 C．无论波浪的波长约为10 m还是60 m，则A、B两处小船都明显受到波浪影响 D．无论波浪的波长约为10 m还是60 m，则A、B两处小船都基本上不受波浪影响 答案：B 解析：当障碍物或缝隙的尺寸比波长小或跟波长相差不多时才能发生明显的衍射现象，波浪的波长约为10 m时，不能发生明显的衍射现象，则A、B两处小船基本上不受波浪影响，C错误；波浪的波长约为60 m时，能发生明显的衍射现象，则A、B两处小船明显受到波浪影响，B正确，A、D错误。故选B。 知识点二　机械波的反射和折射 【情境导入】 1．如图甲所示，我们在山中对着山谷大声喊出“你好……”时会听到“连绵不断”的“你好……”的回声；我们在较大的空旷房间里说话时也会听到回声。这些属于波的什么现象？ 2．如图乙所示，我们对着家中的鱼缸大喊时会看见鱼缸中的鱼儿受到“惊吓”而急速游动，好像听到了我们的喊声。这属于波的什么现象？ 提示：1．属于声波的反射现象。 2．属于声波的折射现象。 【教材梳理】 (阅读教材P77—P78完成下列填空) 1．反射现象 (1)定义：机械波遇到介质界面会返回原介质继续传播的现象。 (2)特点：频率、波速和波长都不变。 2．折射现象 (1)定义：机械波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生改变的现象。 (2)特点：频率不变，波速和波长发生改变。 3．反射和折射是波的普遍性质。 【师生互动】　观察如下两幅示意图。 任务1．在波的反射中，反射波与入射波的频率相同吗？波长相同吗？ 任务2．在波的折射现象中，折射波与入射波的频率相同吗？波长相同吗？ 提示：任务1.在波的折射现象中，反射波和入射波的频率都与波源的频率相同；反射现象是在同种介质中传播，波速相同，由v ＝λf 可知，波长也相同。 任务2.在波的折射现象中，波从一种介质进入另一种介质，频率不变，由于介质不同，故波速不同，由λ＝可知，波长也不同。 学生用书第85页 图中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波，则(　　) A．2与1的波长、频率相等，波速不等 B．2与1的波速、频率相等，波长不等 C．3与1的波速、频率、波长均相等 D．3与1的频率相等，波速、波长均不等 答案：D 解析：波1、2都在介质a中传播，故1、2的频率、波速、波长均相等，A、B错误；波1、3是在两种不同介质中传播，波速不等，但波源没变，因而频率相等，由λ＝得波长不等，故C错误，D正确。 在波的反射和折射过程中波的频率、波速和波长的变化分析 1．频率f由波源决定，故无论是反射波的频率还是折射波的频率都与入射波的频率相同。　　 2．波速v由介质决定，因反射波与入射波在同一介质中传播，故波速不变；而折射波与入射波在不同介质中传播，所以波速变化。 3．由v＝λf知，波长λ与v及f有关，即与介质和波源有关，反射波与入射波在同一介质中传播，波速相同，频率相同，故波长相同。折射波与入射波在不同介质中传播，波速不同，频率相同，故波长不同。　 针对练．一列声波在介质Ⅰ中的波长为0.2 m。当该声波从介质Ⅰ中以某一角度传入介质Ⅱ中时，波长变为0.6 m，如图所示，若介质Ⅰ中的声速是340 m/s。求： (1)该声波在介质Ⅱ中传播时的频率； (2)该声波在介质Ⅱ中传播的速度； 答案：(1)1 700 Hz　(2)1 020 m/s 解析：(1)声波在介质Ⅰ中传播时，f＝＝ Hz＝1 700 Hz 由于声波在不同介质中传播时，频率不变，所以声波在介质Ⅱ中传播时，频率为1 700 Hz。 (2)声波在介质Ⅱ中的传播速度为 v2＝λ2f＝0.6×1 700 m/s＝1 020 m/s。 知识点三　机械波的干涉 【情境导入】　1．观察如图所示的两列水波相遇时和相遇后的特点，说一说两列波在传播过程中，相遇时和相遇后遵循什么规律？ 2．如图甲所示，在一水波槽中将一根金属丝固定在振动片上，当振动片发生振动时，金属丝会周期性地振动水面，形成波源。水面就会出现从波源发出的一列圆形波。 (1)将两根金属丝固定在不同的振动片上，使生成的两列波的频率不同，观察两列波相遇时有什么现象？ (2)将两根金属丝固定在同一振动片上，使生成的两列波相同，观察两列波相遇时(如图乙)有什么现象？ 提示：1．相遇时水波凸起的高度比原来的更大一些；两列波相遇后仍然保持原有的波形继续前行。 2．(1)两列波相遇时会彼此穿过，仍保持各自原来的运动状态继续传播下去。 (2)频率相同的两列波，在相遇的区域水面上，会出现稳定的相对平静的区域和剧烈振动的区域。 【教材梳理】 (阅读教材P78—P81完成下列填空) 1．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，在相遇的区域中，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的合成。 2．波的干涉 (1)定义：频率相同的两列波在相遇的区域中，会出现稳定的相对平静的区域和剧烈振动的区域，这些区域的位置是固定的，且互相隔开。 (2)两列波的稳定干涉条件：①频率必须相同；②相位差恒定；③振动方向相同。 3．干涉的普遍性：一切波都能够发生干涉，干涉是波特有的现象。 学生用书第86页 【师生互动】　在波的干涉现象中，能不能认为振动加强点的位移始终最大，振动减弱点的位移始终为零？为什么？ 提示：不能，振动加强(减弱)点是指质点的振幅最大(小)，而不是指振动的位移最大(小)，因为位移是在时刻变化的，加强点和减弱点的位移均可以为零，只有发生干涉的两列波振幅大小相等，减弱点位移才始终为零。 机械波的叠加 (2024·广州市高二段考)两列沿相反方向传播的振幅和波长都相同的半波，同时从绳子的两端产生，如图甲所示，相遇过程某时刻如图乙，下列说法正确的是(　　) A．该波是纵波，增大抖动频率，波在绳子上传播的时间不变 B．两列波相遇时，绳子中点的波峰可达原来各自振幅的两倍 C．两列波相遇后各自保持原来波形独立传播 D．乙图中a质点和b质点都静止 答案：C 解析：由题图甲可知，波的传播方向与振动方向垂直，故该波是横波，故A错误；由题图乙可得两列波相遇时，绳子的中点振动减弱，且合振幅为零，故B错误；因为波具有独立性，互不干扰，即两列波相遇后各自保持原来波形独立传播，故C正确；因为两列沿相反方向传播的完全相同的波，相遇后叠加产生波“消失”的现象，但题图乙中a质点和b质点并不是都静止，而是这一瞬间速度为零，下一时刻又会各自振动，故D错误。故选C。 1．波的独立传播特性：几列波相遇时，各自的波长、频率等运动特征，不受其他波的影响。　　 2．波的叠加原理：在几列波重叠的区域里，介质的质点同时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矢量和。所以叠加区域的质点的位移可能增大，也可能减小。　　 针对练．两列振动方向相同、振幅分别为A1和A2的波发生干涉现象。下列说法正确的是(　　) A．波峰与波谷相遇处，质点的振幅为 B．波峰与波峰相遇处，质点离开平衡位置的位移始终为A1＋A2 C．波峰与波谷相遇处，质点的位移总是小于波峰与波峰相遇处质点的位移 D．波峰与波峰相遇处，质点的振幅一定大于波谷与波谷相遇处质点的振幅 答案：A 解析：波峰与波谷相遇处为振动减弱点，其振幅相消，所以实际振幅为，故A正确；波峰与波峰相遇处为振动加强点，合振幅为A1＋A2，但此处的质点仍处于振动状态中，其位移随时间按正弦规律变化，故B错误；波峰与波谷相遇处为振动减弱点，波峰与波峰相遇处为振动加强点，振动减弱点和振动加强点的位移随时间按正弦规律变化，所以波峰与波谷相遇处，质点的位移不一定总是小于波峰与波峰相遇处质点的位移，故C错误；波峰与波峰相遇处为振动加强点，波谷与波谷相遇处也为振动加强点，所以波峰与波峰相遇处，质点的振幅一定等于波谷与波谷相遇处质点的振幅，故D错误。故选A。 机械波的干涉 (2024·广州六中校考期中)如图是水面上两列频率相同的波在某时刻的叠加情况，以波源S1、S2为圆心的两组同心圆弧分别表示同一时刻两列波的波峰(实线)和波谷(虚线)，S1的振幅A1＝4 cm，S2的振幅A2＝3 cm，则下列说法正确的是(　　) A．质点D是振动减弱点 B．再过半个周期，质点B是振动加强点 C．质点A、D在该时刻的高度差为14 cm D．A和B两个质点间的水平距离为vT 答案：C 解析：由题图可知，质点D处为两波谷相遇，是振动加强点， A错误；由于两波的频率相等，叠加后会形成稳定的干涉图样，所以加强点始终是加强点，减弱点始终是减弱点， B错误；此时质点A在加强后的最高点，质点D在加强后的最低点，由叠加关系可知质点在该时刻的高度差为14 cm，C正确；两个相邻的振动加强的质点之间的距离等于一个波长，即x＝λ＝vT，但A和B不是两个相邻的振动加强点， D错误。故选C。 对干涉的理解 1．产生干涉的条件 (1)两列波的频率必须相同。 (2)两个波源的相位差必须保持不变。 (3)两列波的振动方向必须相同。 2．关于加强点(区)和减弱点(区) (1)加强点(区) 质点振动的振幅等于两列波的振幅之和，即A＝A1＋A2。 (2)减弱点(区) 质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，即A＝|A1－A2|，若A1＝A2，则质点振动的合振幅就等于零。 3．干涉图样及其特征 (1)干涉图样如图所示。 学生用书第87页 (2)特征：①加强区和减弱区的位置固定不变。 ②加强区始终加强，减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化而改变)。 ③加强区与减弱区互相间隔。　　 针对练1．(2024·天津市蓟州区第一中学校联考期末)两列振动情况完全相同的水波某时刻的波峰和波谷位置如图所示，实线表示波峰，虚线表示波谷，相邻实线与虚线间的距离为0.2 m，波速为1 m/s，两列波的振幅均为1 cm，C点是BD的中点，则(　　) A．图示时刻A、B两点的竖直高度差为4 cm B．图示时刻C点正处于平衡位置且向水面下运动 C．经0.2 s，A点偏离平衡位置的位移为－1 cm D．F点到两波源的路程差为零 答案：A 解析：实线表波峰，虚线表波谷，则A、D是波峰与波峰相遇，B点是波谷与波谷相遇，它们均属于振动加强点，所以A、B的竖直高度相差2×(1＋1) cm＝4 cm，故A正确；题图示时刻C点处于平衡位置，因下一个波峰经过C点，所以向水面上运动，故B错误；因周期T＝＝ s＝0.4 s，所以经0.2 s，A点处于波谷位置，即其的位移为－2 cm，故C错误；由题图可知，F点为振动减弱点，则到两波源的路程差为半个波长的奇数倍，故D错误。 针对练2．如图为某一报告厅主席台的平面图，AB是讲台，O是AB的中点，S1、S2是与讲台上话筒等高的喇叭，它们之间的相互位置和尺寸如图所示。报告者的声音放大后经喇叭传回话筒再次放大时可能会产生啸叫。已知空气中声速为340 m/s，若报告人声音的频率为136 Hz，问 (1)声波的波长是多少？ (2)讲台上的O点和B点是加强点还是减弱点？ (3)讲台上因干涉而加强的位置有多少个？ 答案：(1)2.5 m　(2)均为干涉加强点　(3)5个 解析：(1)声波的波长是λ＝＝2.5 m。 (2)题图中，O是AB的中点，设P是AB上任一点，－＝k 当k＝0，2，4，6，…时，从两个喇叭来的声波因干涉而加强；当k＝1，3，5，…时，从两个喇叭来的声波因干涉而相消。 由此可知，O是干涉加强点； 对于B点，则有－＝20 m－15 m＝4·，所以，B点也是干涉加强点。 (3)由对称性可知，AB上有5个干涉加强点。 1．(2024·佛山市高二校考)在水波槽里放两块挡板，中间留一窄缝，已知窄缝的宽度为15 cm，水波的波长为20 cm，则如图所示的衍射图样中正确的是(　　) 答案：C 解析：已知窄缝的宽度为15 cm，水波的波长为20 cm，明显窄缝的宽度比水波的波长小，符合产生明显衍射现象的条件，且水波是以水中某点为中心的弧线，且波长不变。故选C。 2．(2024·昆明一中月考)以下关于波的认识，不正确的是(　　) A．潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的反射原理 B．隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质，是为了减少波的反射，从而达到隐形的目的 C．超声雷达的工作原理是利用波的折射 D．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 答案：C 解析：潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，利用了波的反射原理，A正确；隐形飞机隐形的原理是通过降低飞机的声、光、电等可探测特征量，使雷达等防空探测器无法发现，可在隐形飞机机身表面涂高效吸收电磁波的物质，或使用吸收雷达电磁波的材料，或利用自身怪异的外形改变反射电磁波的方向，这样在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱，使得隐形飞机很难被发现，B正确；超声雷达发射超声波， 然后根据被障碍物反射回的波判断状况，即利用了波的反射，C错误；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，D正确。 3．(鲁科版P84T3)(多选)如图所示，两列相同的波沿一直线相向传播。当它们相遇时波形可能是下列四种波形中的(　　) 答案：BC 解析：当左边波的波谷和右边波的波峰相遇时，出现选项B波形，当左边波和右边波完全相遇时，出现选项C波形。故选BC。 4．(2024·广州市高二期中)如图所示，S1、S2是两个相干波源，它们振动同步且振幅相同。实线和虚线分别表示某一时刻两列波的波峰和波谷。关于a、b、c、d四点的振动情况下列说法中正确的是(　　) A．d点不是振动加强的点 B．b、c、d点振动的位移总为两列波的振幅和 C．a点的位移可能不等于零 D．经四分之一周期后，a、b、c三点均到达平衡位置，但d点不在平衡位置 答案：D 解析：d点和b、c点一样是振动加强点，A错误；b、c、d是振动加强点，但位移并不是始终处于最大值；a是振动减弱点，a的位移始终等于零，B、C错误；由题图可知，经四分之一周期后，a、b、c三点均到达平衡位置，但d点不在平衡位置，D正确。故选D。 学科网（北京）股份有限公司 $