第三章 机械波 章末素养提升（配套教参Word）-【步步高】2025-2026学年高二物理选择性必修第一册学习笔记（教科版）

本讲义聚焦机械波核心知识点，系统梳理物理观念中波的形成条件、描述量（波长、频率、波速及关系）、传播现象（反射、折射、叠加、干涉、衍射、多普勒效应），科学思维中波的图像信息提取与振动方向互判、波动周期性等，构建完整知识支架。 资料以素养为导向，通过“素养再现”整合物理观念与科学思维要点，“提能训练”精选6道例题（如结合地震波考波速衍射、用多普勒效应分析频率变化），强化模型建构与科学推理。联系生活现象培养科学态度，课中辅助教师素养教学，课后助力学生查漏补缺。

章末素养提升 素养再现 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)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 (3)干涉：频率相同、相位差恒定的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱的现象 (4)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大小跟波长相差不多或者比波长小的情况下，才能观察到明显的衍射现象 (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 提能训练 例1　(多选)(2024·宜宾市高二月考)如图所示，在坐标原点的波源产生一列沿x轴正方向传播的简谐横波，波速v=200 m/s，已知t=0时，波刚好传播到x=40 m处。在x'=400 m处有一处于静止状态的接收器(图中未画出)，则下列说法正确的是(　　) A.波源振动周期为0.1 s B.波源开始振动时方向沿y轴正方向 C.t=0.15 s时，x=40 m的质点已运动的路程为30 cm D.若波源向x轴正方向运动，接收器接收到的波的频率可能为15 Hz 答案　AD 解析　由题图可知波长为λ=20 m，则波源振动周期为T== s=0.1 s，故A正确； 由波形平移法可知，此时x=40 m处质点的起振方向沿y轴负方向，则波源开始振动时方向沿y轴负方向，故B错误； 由于Δt=0.15 s=T，则t=0.15 s时，x=40 m的质点已运动的路程为s=×4A=6A=60 cm，故C错误； 波源的振动频率为f==10 Hz，若波源向x轴正方向运动，根据多普勒效应可知，接收器接收到的波的频率大于波源的振动频率，则接收器接收到的波的频率可能为15 Hz，故D正确。 例2　(2024·达州市高二期中)2023年2月，广东省某地发生了3.2级地震，震源深度8千米。地震监测站监测到了一列沿x轴传播的地震横波，t=0时刻的波形图如图甲所示，质点P的振动图像如图乙所示。下列说法正确的是(　　) A.该波沿x轴正方向传播 B.该地震横波传播的速度为4 km/s C.该波在传播过程中遇到宽为50 m的障碍物时不会发生明显的衍射现象 D.该波与频率为1.2 Hz的简谐横波相遇，可以形成稳定的干涉图样 答案　B 解析　由题图乙可知，质点P在t=0时刻沿y轴负方向振动，结合题图甲根据同侧法可知，该波沿x轴负方向传播，故A错误； 由题图甲可知，波长为4 km，由题图乙可知周期为1 s，波速v===4 km/s，故B正确； 由于波长为4 km，该波在传播过程中遇到50 m宽的障碍物时，波长远大于障碍物的尺寸，因此会发生明显的衍射现象，故C错误； 该波的频率f==1 Hz，该波与频率为1.2 Hz的简谐横波相遇，频率不相同，不能形成稳定的干涉图样，故D错误。 例3　(多选)(2024·泸州市高二月考)甲、乙两列简谐横波在同一均匀介质中沿x轴相向传播，甲的波速为2 m/s，某时刻的波形如图所示，M、N、P、Q为介质中的四个质点，则下列说法正确的是(　　) A.以P点开始振动时为计时起点，则质点P的振动方程为y=15sin (t) cm B.从图示时刻开始，经过1 s质点M、N的速度相等 C.经过足够长的时间，两列波可以形成稳定的干涉图样，其中Q点为振动减弱点 D.Q点的质点从图示时刻开始经2.5 s通过的路程为50 cm 答案　CD 解析　根据题意，两列波的波速相等，波长相同，则周期为T==2 s，两列波同时到达P点，P点振幅为两列波的振幅之和，则振动方程为y=(10+5)sin (t) cm=15sin (πt) cm，故A错误； 此时甲波形图的表达式为y=10sin (x) cm 因此可知xM= m，xN= m 甲波向右传播，经过1 s传播距离为Δx=2 m 即x=- m的质点的振动形式传给M，x= m的质点的振动形式传给N，因此1 s后两质点速度大小相同，方向不同，故B错误； 乙波传播到Q点需要的时间为Δt= s=3.5 s=T 此时，甲波在Q的振动形式为处于平衡位置向下振动，则Q点为振动减弱点，Q点的质点从图示时刻开始经2.5 s通过的路程为s=×4A=50 cm，故C、D正确。 例4　(2025·成都市高二期中)某波源S位于坐标原点，从t1=0时刻开始沿竖直方向做简谐运动，形成振幅均为4 cm的简谐横波分别沿x轴正负方向传播。坐标轴y轴两侧是两种不同的介质，波在介质2中的传播速度是在介质1中的两倍。t2=6 s时，y轴右侧的全部波形图如图所示，y轴左侧的波形图未画出，其中质点A坐标为(12，0)，质点B坐标为(-4，0)，质点C坐标为(-16，0)。下列说法正确的是(　　) A.波源S的起振方向沿y轴正方向 B.波在介质1中的传播速度为2 m/s C.t2=6 s时，质点B位于平衡位置 D.0~6 s内，质点C通过的路程为8 cm 答案　D 解析　由波形平移法可知，A点的起振方向沿y轴负方向，则波源S在t1=0时刻的起振方向沿y轴负方向，故A错误； 根据题意可知波在介质1中的传播速度为v1==2 cm/s，故B错误； 波的周期为T==4 s，波在介质2中的传播速度为v2=2v1=4 cm/s，波传播到质点B时间为tB==1 s，根据波形平移法可知，t2=6 s时，质点B位于波谷位置，故C错误； 波传播到质点C时间为tC==4 s，0~6 s内，质点C运动的时间为t'=2 s=T 通过的路程为s=2A=8 cm，故D正确。 例5　(多选)(2025·成都市高二期中)一列简谐横波在t=0.2 s时的波形如图甲所示，P是介质中的质点，图乙是质点P的振动图像。已知波在该介质中的波长为12 m，则下列说法正确的是(　　) A.波速为10 m/s B.波速为20 m/s C.质点P的平衡位置坐标为x=2 m D.质点P的平衡位置坐标为x=3 m 答案　AD 解析　由题图乙可知，波的周期为1.2 s，则波速为v==10 m/s，故A正确，B错误； 质点P的振动方程为y=Asin t=10sin πt(cm) 可知t=0.2 s时，质点P的位置坐标为yP=5 cm 由题图甲可知，t=0.2 s时，该列波的波动方程为y=10sin (x+π) cm 将yP=5 cm代入，可得x+π= 解得x=3 m，故C错误，D正确。 例6　(多选)(2024·重庆卷)一列沿x轴传播的简谐波，在某时刻的波形图如图甲所示，一平衡位置与坐标原点距离为3米的质点从该时刻开始的振动图像如图乙所示，若该波的波长大于3米。则(　　) A.最小波长为 m B.频率为 Hz C.最大波速为 m/s D.从该时刻开始2 s内该质点运动的路程为(4-) cm 答案　BD 解析　由题图乙知，平衡位置与坐标原点距离为3米的质点的振动方程y=Asin (ωt+φ)，A=1.0 cm，代入点(0，)和(2，0)，解得φ=，ω=，可得T=2.4 s，f= Hz，故B正确；在题图甲中标出位移为 cm的质点，如图所示，若波沿x轴正方向传播则该质点为Q点，若波沿x轴负方向传播则该质点为P点，则波长可能为λ=3 m，即λ=18 m，或λ'=3 m，即λ'=9 m，故A错误； 根据v=，可得v=7.5 m/s，v'=3.75 m/s，故C错误；由题图乙知，该质点在2 s内运动的路程为s=(4-) cm，故D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $