第三章 机械波（培优复习课件）物理人教版选择性必修第一册

该高中物理课件系统梳理了机械波的核心知识，涵盖机械波的形成条件、描述量（波长、波速、频率）、波的图像、衍射干涉现象及多普勒效应，通过考点分设知识清单和思维导图，构建“定义-描述-现象-应用”的逻辑网络。 其亮点在于采用“知识梳理-典例剖析-分层巩固”的复习策略，通过波的图像与振动图像结合题（如例2）、衍射条件分析题（如例4）等，培养学生科学思维中的模型建构和科学推理能力。课堂巩固题分层设计，兼顾基础与提升，帮助学生夯实物理观念，也为教师提供精准复习的教学支持。

第三章 机械波 物理选择性必修第一册•人教版2019 “隔墙有耳”“一石激起千层浪”……我们对这些现象耳熟能详，它们都与波动有关。测绘科技人员利用声呐绘制海底地图，医生用“B超”诊断疾病，狂风巨浪使船舶颠簸，地震波对建筑物造成破坏……种种现象表明：波既能传递信息，又能传递能量。 多姿多彩的波有许多共同的特征和规律，我们应该很好地认识波，以便更好地利用波，或预防和减轻波所造成的破坏。 机械波及其描述 01 波的图像 02 波的反射、折射、衍射和干涉 03 第三章 机械波 多普勒效应 04 本章思维导图 第三章 机械波 考点01 机械波及其描述 第三章 机械波 知识一 机械波 1．形成条件： 2．特点 （1） 机械波传播的只是振动的 和 ，质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动，并不随波 。 （2） 介质中各质点的振幅相同，振动周期和频率都与 的振动周期和频率相同。 （3） 各质点开始振动（即起振）的方向均 。 （4） 一个周期内，质点完成一次全振动，通过的路程为 。 3．分类 （1）横波：质点振动方向与波的传播方向 。 （2）纵波:质点振动方向与波的传播方向在同一直线上，表现为疏部和密部。 波源 介质 形式 能量 迁移 波源 相同 4A 垂直 知识二 描述机械波的物理量 1．波长：在波动中，振动相位总是 的两个 质点间的距离，用 表示。 2．波速：波在介质中的传播速度，由 本身的性质决定。 3．频率：由 决定，等于  的振动频率。 4．波长、波速和频率的关系： 。 相同 相邻 介质 波源 波源 【例1】关于波的形成和特点，下列说法正确的是（ 　） A．随着波的传播，介质中各质点都在沿波的传播方向运动 B．随着波的传播，介质中的各质点也将由近及远地迁移出去 C．传播波的过程中相邻各质点间必有相互作用力 D．某一横波在介质中沿水平方向传播，介质中的质点必沿竖直方向上下振动 C 一、 机械波 一、 机械波 【详解】 【详解】AB．随着波的传播，介质中各质点都在各自的平衡位置附近来回振动，不随波迁移，故AB错误； C．波源的振动使质点一个个被带动，且与波源振动形式相同，且总滞后于前一个质点，可知各质点间有力的作用，故C正确； D．某一横波在介质中沿水平方向传播，介质中的质点的振动方向与波的传播方向垂直，但不一定沿竖直方向，故D错误。 故选C。 【例2】周期为2.0s的简谐横波沿x轴传播，该波在某时刻的图像如图所示，此时质点P沿y轴负方向运动，则该波（　　） A．波长为40m B．频率为0.5Hz C．沿x轴负方向传播，波速v=10m/s D．沿x轴正方向传播，波速v=20m/s B 二、描述机械波的物理量 【详解】 A．根据波的图像可知λ=20m，故A错误； B．根据题意可知T=2.0s 频率，故B正确； CD．已知质点P沿y轴负方向运动，根据同侧法可知，波沿x轴正方向传播，波速，故C错误，D错误。 故选B。 二、描述机械波的物理量 考点02 波的图像 第三章 机械波 知识一 机械波的图像 1．图像：在平面直角坐标系中，用横坐标表示介质中各质点的 ，用纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的 ，连接各位移矢量的末端，得出的曲线即该时刻波的图像，简谐波的图像是正弦（或余弦）曲线。 2．物理意义：某一时刻介质中各质点相对 的位移。 平衡位置 平衡位置 位移 【例3】一列简谐波某时刻的波形如图中实线所示。经过0.5s后的波形如图中的虚线所示。下列说法正确的是（　　） A．0.5s末，质点M可能运动到处 B．质点N向上振动 C．波的传播速度可能为 D．在0.5s内，质点M的路程可能为20cm 一、 机械波的图像 C 【详解】 A．介质中的质点在平衡位置做简谐运动，不随波迁移，故A错误； B．波传播的方向未知，无法确定N点的振动方向，B错误； C．若波向右传播，运动的位移可能为 波速 若波向左传播，运动的位移可能为 波速 所以C正确； 一、 机械波的图像 D．0.5s可能是或，一个周期内质点振动的路程为，所以质点M的路程可能为 或 故D错误。 故选C。 一、 机械波的图像 考点03　波的反射、折射、衍射和干涉 第三章 机械波 知识一 波的衍射 1．波的衍射 （1）定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象。 （2）发生明显衍射现象的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长 ，或者 时，才能观察到明显的衍射现象。 相差不多 比波长更小 知识二 波的干涉 2．波的干涉 （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，在它们重叠的区域里，介质中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 。 （2） 波的干涉 .定义：频率相同的两列波叠加时，某些区域的振动总是 、某些区域的振动总是 的现象。 .条件：两列波的 相同、 恒定、振动方向相同。 矢量和 加强 减弱 频率 相位差 【例4】如图所示，一小型渔港的防波堤两端M、N相距约60m，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防波堤传播，下列说法正确的有（　　） A．假设波浪的波长约为10m，则A、B两处小船完全不受波浪影响 B．假设波浪的波长约为10m，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70m，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70m，则A、B两处小船明显受到波浪影响 一、 波的衍射 D 一、 波的衍射 【详解】 AB．波发生明显衍射的条件是孔径、障碍物尺寸小于波长或者与波长相差不大，假设波浪的波长约为10m，防波堤两端MN相距约60m，大于波长，不会发生明显的衍射现象，A、B两处小船基本上不受波浪影响，故AB错误； CD．假设波浪的波长约为70m，防波堤两端MN相距约60m，两者相差不大，会有明显的衍射现象，则A、B两处小船明显受到波浪影响，故C错误，D正确。 故选D。 【例5】如图所示是水平面上两列频率相同的波在某时刻的叠加情况，图中实线为波峰，虚线为波谷。已知两列波的振幅均为2 cm，波速均为2 m/s，波长均为8 cm，E点是B、D和A、C连线的交点，F点位于A、E之间，下列说法中正确的是（　　）  A．A、C两处质点是振动加强的点 B．B、D两处质点在该时刻的竖直高度差是4 cm C．E、F两处质点是振动加强的点 D．经0.02 s，B处质点通过的路程是8 cm 二、 波的干涉 D 二、 波的干涉 【详解】 A．A、C处两质点是两列波波峰与波谷叠加的地方，振动减弱，故A错误。 B．B、D两点都是振动加强的点，振幅都是4cm，此时B点处于波峰，D点处于波谷，则B、D处两质点在该时刻的竖直高度差是8cm，故B错误。 C．B、D两点都是振动加强的点，它们的连线上各点振动也加强，形成振动加强的区域，所以E点处质点是振动加强的点，但F不是振动加强点，故C错误。 D．由 时间t=0.02s为半个周期，则B点处质点通过的路程是S=2A=2×4cm=8cm。故D正确。 故选D。 考点04　多普勒效应 第三章 机械波 知识一 多普勒效应 （1） 多普勒效应：由于波源和观察者之间有 ，使观察者接收到的波的频率发生变化的现象。 （2） 当波源与观察者有相对运动时，如果二者互相靠近，观察者接收到的频率 ；如果二者互相远离，观察者接收到的频率 。 相对运动 增大 减小 【例6】关于多普勒效应，下列说法正确的是（　　） A．只要波源在运动，就一定能观测到多普勒效应 B．只要观察者在运动，就一定能观测到多普勒效应 C．只有声波会发生多普勒效应 D．机械波、电磁波和光波都会发生多普勒效应 一、 多普勒效应 D 【详解】 AB．多普勒效应要求波源与观察者之间有相对运动，且运动方向需与波的传播方向存在分量，在圆周运动中，只有当观察者位于圆心时，波源运动方向才始终与波传播方向垂直，则频率不变，故不一定能观测到多普勒效应，故AB错误； C．多普勒效应不仅适用于声波（机械波），也适用于电磁波（如雷达波）和光波（如天文观测中的红移现象），故C错误； D．机械波、电磁波和光波均会发生多普勒效应，故D正确。 故选D。 一、 多普勒效应 　课堂巩固与总结 第三章 机械波 1．如图所示为沿x轴传播的简谐横波在t=0时刻的波形图，此时质点B刚刚开始振动，A处质点平衡位置位于x=5 m处，B处质点平衡位置位于x=3.5 m处，C处质点平衡位置位于x=1 m处。已知t=0.05 s时，机械波传播到C处质点位置，下列说法正确的是（　　） A．该机械波的波速为50 m/s B．C点的起振方向向下 C．该机械波的频率为250 Hz D．t=0.05 s时，A处质点处于波谷位置 A 课堂巩固 课堂巩固 【详解】 A．波从B传到C用时，距离，波速，故A正确； B．波向左传播，B点刚起振，由波形图可知B点起振方向向上，C点起振方向与B相同，也向上，故B错误； C．由波形图可知波长，频率，故C错误； D．时A点在波谷，经过后，A点位移为，即平衡位置，故D错误。 故选A。 2．一列沿x轴传播的简谐横波，t=0时刻的波形如图（a）所示，质点P的振动图像如图（b）所示，则下列说法错误的是（     ） A．该简谐横波的波长为8m B．介质质点的振动周期是6s C．该简谐横波的波速为1m/s D．该简谐横波沿x轴负方向传播 C 课堂巩固 课堂巩固 【详解】 A．由波形图可知，相邻两个波峰的位置分别为和，因此波长为 解得，故A正确； B．由质点的振动图像可知，质点从时经过平衡位置向上运动，到时再次经过平衡位置向上运动，运动状态完全相同，因此振动周期为，故B正确； C．简谐横波的波速为 代入数据解得，故C错误； D．由振动图像可知，时质点正向上运动；由波形图可知，质点右侧相邻质点位于平衡位置上方，若波形向左平移，右侧较高位置的波形将到达点，使质点向上运动，因此该波沿轴负方向传播，故D正确。 故选C。 3．O、P、Q为软绳上的三点，t=0时刻手持O点由平衡位置开始在竖直方向做简谐运动，至t1时刻恰好完成三次全振动，此时绳上OQ间形成的波形如图所示，下列四幅位移—时间图像中能反映Q点在0~t1时间内运动情况的是（     ） A 课堂巩固 A． B． C． D． 课堂巩固 【详解】 设振动周期为，波长为，波速为。由波形可知 又，故波从点传播到点所用时间为= 因，所以点在时才开始振动，到时恰好振动了，即一个半周期。波沿到方向传播，时点处的波形沿传播方向下降，根据“下坡上”可知点正向上运动。时点的运动状态与时相同，而点处的波形沿传播方向上升，根据“上坡下”可知点在时从平衡位置向下运动，所以点开始振动时也向下。因此点的振动图像应从平衡位置先向下，在一个半周期后回到平衡位置且速度向上。 故选A。 A 课堂巩固 4.在水槽里放两块挡板，中间留一个狭缝，水波通过狭缝的传播情况如图所示。在挡板后M点放置一乒乓球，乒乓球没有振动起来，为使乒乓球振动起来，下列操作可行的是（     ） A．适当减小狭缝的宽度 B．适当增加波源的振动频率 C．适当改变波源振动的初相位 D．适当减小波源的振幅 课堂巩固 【详解】 A．发生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸比波长小或者跟波长相差不多。乒乓球没有振动，说明水波没有发生明显的衍射现象传播到M点，即狭缝宽度远大于波长。适当减小狭缝的宽度，可以使狭缝宽度与波长相近或更小，从而发生明显的衍射现象，使水波传播到M点引起乒乓球振动，故A正确； B．水波在水槽中的传播速度由介质决定，保持不变。根据公式，适当增加波源的振动频率，波长会减小，狭缝宽度相对波长更大，衍射现象更不明显，故B错误； C．改变波源振动的初相位，不改变波长和狭缝宽度，不会影响衍射现象是否明显，故C错误； D．适当减小波源的振幅，只改变波的能量，不改变波长，无法使原本无法衍射到M点的波传播过去，故D错误。 故选A。 5．如图是水面上两列频率相同的波在某时刻的叠加情况，图中用实线表示波峰，虚线表示波谷。已知两列波的振幅均为，波速为，波长为，下列说法正确的是（     ）   A．点偏离平衡位置的位移始终为 B．点的振动周期为 C．该时刻、处两质点的高度差是 D．处质点是振动加强的点 B 课堂巩固 课堂巩固 【详解】 A．点处两列波均为波峰，此时叠加位移为，质点仍随时间振动，位移并非始终为，故A错误； B．点的振动周期与波源周期相同，由波长、波速与周期的关系有，故B正确； C．此时点处两列波的波峰相遇，位移为；点处两列波的波谷相遇，位移为，两点的高度差为，故C错误； D．点处一列波的波峰与另一列波的波谷相遇，两列波等振幅，叠加后振动减弱，故D错误。 故选B 6．医用彩色B超利用超声波的多普勒效应测量人体血液的流向与流速。在彩色多普勒超声图像中，红色代表朝向探头的血流，蓝色代表背离探头的血流。当超声波探头固定于皮肤表面时，在彩色多普勒超声图像中，显示红色时与显示蓝色时相比（    ） A．接收波的频率更小 B．接收波的波长更短 C．接收波的波速更小 D．接收波的波速更大 B 课堂巩固 课堂巩固 【详解】 A．根据多普勒效应可知，当血流朝向探头运动时，探头接收到的反射波频率高于血流背离时的接收频率，即显示红色时接收波频率更大，故A错误； BCD．超声波在人体组织中的传播速度由介质决定，与血流运动方向无关，所以同种介质中波速恒定，即接收波波速不变。由波速公式可知，频率越大则波长越小，所以显示红色时接收波频率更高，因此波长更短，故B正确，CD错误。 故选B 7．实线和虚线分别是沿轴正方向传播的一列简谐横波在和时刻的波形图。 (1)求该波可能的周期。 (2)求该波可能的波速。 课堂巩固 【答案】(1) (2) 【详解】（1）波沿x轴正向传播，则 则 （2）根据题图可得波长 该波可能的波速 课堂巩固 课堂小结 1.重点： 波长、波速、机械波、干涉、衍射等概念的辨析和应用；波的图像的认识与理解；波的图像与振动图像的结合；多普勒效应的认识与理解。 2.难点： （1）波的图像的意义。 （2）振动图像与波的图像的结合。 谢谢观看 $