新教材粤教版高中物理选择性必修第一册第三章机械波-知识点考点解题方法规律归纳总结

1、第三章 机械波 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc78186799 第一节机械波的产生和传播 PAGEREF _Toc78186799 h - 1 - HYPERLINK l _Toc78186800 第二节机械波的描述 PAGEREF _Toc78186800 h - 5 - HYPERLINK l _Toc78186801 第三节机械波的传播现象 PAGEREF _Toc78186801 h - 10 - HYPERLINK l _Toc78186802 第四节多普勒效应 PAGEREF _Toc78186802 h - 18 -第一节机械波的产生和传播知识点

2、一认识机械波1机械波的定义机械振动在媒介中的传播叫作机械波2波源要产生机械波，必须有一个振动源，称为波源3形成机械波需要两个条件机械振动的波源和传播振动的介质知识点二机械波的传播1产生机理波源带动相邻质点做受迫振动，该质点振动后会同样带动其相邻质点做受迫振动2传播特点(1)机械波既传播振动的运动形式，同时也将波源的能量传播出去(2)在波传播的过程中，每个质点只是在平衡位置附近做上下振动，并未形成沿传播方向的宏观移动知识点三横波与纵波1横波的定义介质质点的振动方向与波的传播方向垂直的机械波2纵波的定义波的传播方向和质点的振动方向在同一直线上的机械波 考点1波的形成和传播艺术体操也叫韵律体操，是一

3、种艺术性很强的女子竞赛体操项目19世纪末20世纪初起源于欧洲艺术体操表演项目有很多，丝带舞表演就是其中之一，如图所示是一幅丝带舞的表演图丝带舞讨论：(1)丝带上的各点有没有随波迁移？(2)运动员的手停止抖动后，丝带上的波会立即停止吗？提示：(1)没有(2)不会1机械波的形成 2机械波的特点(1)机械波传播的是振动形式、能量和信息，介质中各质点本身并不随波传播而迁移，而是在各自的平衡位置附近振动(2)由于波的形成实际上是从波源开始依次带动介质中的各个质点参与振动，所以各个质点都在做受迫振动，因此各个质点振动的周期(频率)与波源的周期(频率)相同(3)在不考虑能量损失时，各质点振动的振幅相同，各质

4、点的起振方向都与波源开始振动的方向相同【典例1】(多选)如图是一条软绳，绳上选有18个质点，质点1在外力作用下首先向上振动，其余质点在相互作用力的带动下依次振动，从而形成简谐波由波的形成及图示可知，下列说法中正确的是()A质点1带动质点2是利用绳上质点间的弹力实现的，因此每个质点均做受迫振动B每个质点开始运动后，在水平方向做匀速运动，在竖直方向做简谐运动C绳子上的每一个质点开始振动时，方向都向上，振动周期都相同D绳子上波的传播过程，也是能量的传播过程，虽然每个质点均做等幅振动，但每个质点的机械能并不守恒ACD质点1带动质点2是利用绳上质点间的弹力实现的，因此每个质点都做受迫振动，A正确；每个质

5、点开始振动后，只在竖直方向做简谐运动，水平方向不随波迁移，B错误；绳子上每一个质点的起振方向都相同，振动周期等于波源振动周期，C正确；波的传播过程，也是能量的传播过程，虽然每个质点均做等幅振动，但每个质点的机械能并不守恒，D正确波动过程介质中各质点的运动特点波动过程介质中各质点的振动周期都与波源的振动周期相同，其运动特点可用三句话来描述，即：(1)先振动的质点带动后振动的质点(2)后振动的质点重复前面质点的振动(3)后振动质点的振动状态落后于先振动的质点概括起来就是“带动、重复、落后” 考点2横波和纵波根据图甲和图乙讨论下列问题 甲乙(1)图甲是绳波，其中质点的振动方向与传播方向是什么关系？(

6、2)图乙是声波，其中质点的振动方向与传播方向是什么关系？提示：(1)相互垂直(2)在同一条直线上横波和纵波的比较项目横波纵波概念在波动中，质点的振动方向和波的传播方向相互垂直在波动中，质点的振动方向和波的传播方向在一条直线上介质只能在固体介质中传播在固体、液体和气体介质中均能传播特征在波动中交替、间隔出现波峰和波谷在波动中交替、间隔出现密部和疏部【典例2】某次地震波中的横波和纵波传播速率分别约为4 km/s和9 km/s一种简易地震仪由竖直弹簧振子P和水平弹簧振子H组成，如图所示，在一次地震中，震源在地震仪下方，观察到两振子相差5 s开始振动，则()AP先开始振动，震源距地震仪约36 kmBP

7、先开始振动，震源距地震仪约25 kmCH先开始振动，震源距地震仪约36 kmDH先开始振动，震源距地震仪约25 km思路点拨(1)弹簧振子P测量纵波的传播，弹簧振子H测量横波的传播(2)纵波的速率大，故P先振动A纵波比横波传得快，P先开始振动，设震源与地震仪相距为x，则eq f(x,4 km/s)eq f(x,9 km/s)5 s，解得x36 km，故选A第二节机械波的描述知识点一机械波的图像1波的图像选定某一时刻，然后在平面直角坐标系中，用横坐标表示介质中各个质点的平衡位置，用纵坐标表示这一时刻各个质点偏离平衡位置的位移，连接各位移矢量末端，就得出一条光滑曲线，就是该时刻波的图像2波的图像与

8、振动图像的区别振动图像表示的是某个质点在各个时刻的位移，机械波的图像表示的是某一时刻各个质点的位移 知识点二描述机械波的物理量1波长(1)定义：在波动中，对平衡位置的位移总是相同的两个相邻质点之间的距离，叫作波长，用表示(2)横波波长：横波相邻波峰或波谷的距离等于横波波长(3)纵波波长：纵波的两个相邻最密部或者相邻最疏部的距离等于纵波波长2波的周期(或频率)波的周期(或频率)等于波源的振动周期(或频率)3波速(1)定义：振动状态(以波峰或者波谷作为标志)在介质中的传播速度叫作波速，用v表示(2)公式：veq f(,T)f，veq f(x,t)(3)波长、周期(或频率)、波速都是描述机械波的物理

9、量4波速的特点(1)波从一种介质进入另一种介质中传播时，波速与波长将会改变，频率(或周期)不变(2)机械波在介质中的传播速度由介质的性质决定 考点1波的图像一列波的图像如图甲，其中某一点的振动图像如图乙 甲乙(1)如何区分波的图像与振动图像(2)两种图像纵坐标的最大值相同吗？提示：(1)看图像的横坐标是x还是t(2)相同1由波的图像获得的三点信息(1)可以直接看出在该时刻沿传播方向上各个质点的位移(2)可以直接看出在波的传播过程中各质点的振幅A(3)若已知该波的传播方向，可以确定各质点的振动方向；或已知某质点的振动方向，可以确定该波的传播方向2波的图像的周期性在波的传播过程中，各质点都在各自的

10、平衡位置附近振动，不同时刻质点的位移不同，则不同时刻波的图像不同质点的振动位移做周期性变化，则波的图像也做周期性变化经过一个周期，波的图像复原一次3波的传播方向的双向性如果只知道波沿x轴传播，则有可能沿x轴正向传播，也可能沿x轴负向传播，具有双向性4波的图像与振动图像的比较异同简谐运动的图像简谐波的图像不同点图像研究对象某个振动质点所有质点研究内容某质点位移随时间的变化规律某时刻所有质点的空间分布规律图像变化随时间延伸随时间推移一个完整图像所占横坐标的距离表示一个周期T表示一个波长比喻单人舞的录像抓拍的集体舞照片相同点及联系图像形状正弦曲线可获得的信息质点振动的振幅、位移、加速度的方向联系质点

11、的振动是组成波动的基本要素【典例1】如图所示是一列简谐横波在某时刻的波形图若此时质点P正处于加速运动过程中，则此时()A此波沿x轴正向传播B质点N比质点Q先回到平衡位置C质点N处于减速运动过程中D质点Q和质点N运动情况恰好相反B质点P加速运动，知P向平衡位置振动，即方向向下振动，根据“上下坡法”知，波向左传播，则Q点向上振动，N点向上振动，则可知N点直接到达平衡位置，而Q点先向上再向下，故N点比Q点先回到平衡位置，故A错误，B正确；因N点向上振动，此时在向平衡位置运动，速度增大，为加速过程，故C错误；波向左传播，根据“带动法”可知，N点和Q点均向上运动，运动方向相同，故D错误故选B判断质点振动

12、方向或波传播方向的方法(1)带动法：先振动的质点带动邻近的后振动质点，在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点P，若P在P点上方，则P向上振动，若P在下方，则P向下振动(如图甲所示)甲乙丙丁(2)上下坡法：沿波的传播方向看去，“上坡”处的质点向下振动；“下坡”处的质点向上振动，简称“上坡下、下坡上”(如图乙所示)(3)同侧法：在波的图像上的某一点，沿竖直方向画出一个箭头表示质点振动方向，并设想在同一点沿水平方向画一个箭头表示波的传播方向，那么这两个箭头总是在曲线的同侧(如图丙所示)(4)微平移法：如图丁所示，实线为t时刻的波形，作出微小时间t(teq f(T,4)后的波形如虚线所示由图可见t时

13、刻的质点由P1(或P2)位置经t后运动到P1(或P2)处，这样就可以判断质点的振动方向了 考点2波长、波速和频率地震时，震源的振动会以横波和纵波两种形式向外传播，两种波在地壳中的传播速度并不一样，首先到达地面的是纵波，接着横波传来，所以在震中的人们会先感到上下颠簸，然后又会感到左右摇摆(1)地震时，在地壳中纵波的速度与横波的速度谁大？(2)同一种波的传播速度取决于什么？提示：(1)纵波的速度大(2)波的传播速度取决于介质1关于波长的定义：“振动相位总是相同”和“相邻两质点”是波长定义的两个必要条件，缺一不可；在波的图像中，无论从什么位置开始，一个完整的正(余)弦曲线对应的水平距离为一个波长2关

14、于波长与周期：质点完成一次全振动，波向前传播一个波长，即波在一个周期内向前传播一个波长可推知，质点振动eq f(1,4)周期，波向前传播eq f(1,4)波长；反之，相隔eq f(1,4)波长的两质点的振动的时间间隔是eq f(1,4)周期并可依此类推3波速的实质：波的传播速度即波形的平移速度4波从一种介质进入另外一种介质，波源没变，波的频率不会发生变化；介质的变化导致了波速和波长的改变5波速和波长、频率的决定因素及关系：物理量决定因素关系周期和频率取决于波源，而与v、无直接关系vf或veq f(,T)波长波长则只取决于v和T，只要v、T其中一个发生变化，值必然发生变化波速取决于介质的物理性质

15、它与T、无直接关系【典例2】一列简谐横波在t0时刻的波形如图中的实线所示，t0.02 s时刻的波形如图中虚线所示若该波的周期T大于0.02 s，则该波的传播速度可能是()A2 m/sB3 m/sC4 m/sD5 m/s思路点拨(1)对波的传播方向要有两种假设(2)由于波的周期性可以确定波的周期有多解但由于题目条件的限制，多解可变为单解或几个解B(1)设波向右传播，则在0时刻x4 cm处的质点往上振动，设经历t时间时质点运动到波峰的位置，则teq blc(rc)(avs4alco1(f(1,4)n)T(n0,1,2)即Teq f(4t,4n1)eq f(0.08,4n1) s(n0,1,2，)当

16、n0时，T0.08 s0.02 s，符合要求，此时veq f(,T)eq f(0.08,0.08) m/s1 m/s；当n1时，T0.016 s0.02 s，不符合要求(2)设波向左传播，则在0时刻x4 cm处的质点往下振动，设经历t时间时质点运动到波峰的位置，则teq blc(rc)(avs4alco1(f(3,4)n)T(n0,1,2，)，即Teq f(4t,4n3)eq f(0.08,4n3) s(n0,1,2，)当n0时，Teq f(0.08,3) s0.02 s，符合要求，此时veq f(,T)eq f(0.08,f(0.08,3) m/s3 m/s；当n1时，Teq f(0.08,

17、7) s0.02 s，不符合要求综上所述，只有B选项正确第三节机械波的传播现象知识点一机械波的衍射与惠更斯原理1波的衍射：水波在遇到小障碍物或者小孔时，能绕过障碍物或穿过小孔继续向前传播的现象2一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象3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知识点二机械波的反射和折射在波的反射中，波的频率、波速和波长都不变在波的折射中，频率不变，波速和波长发生改变知识点三机械波的干涉1波的叠加原理两列波在相遇叠加时，每列波都是独立地保持自己原有的特性，如同在各自的传播路径中并没有遇到其他波一样相遇区域中各点的位移

18、，就是这两列波引起的位移的合成这一规律称为波的叠加原理2波的干涉(1)条件：两列波产生干涉的必要条件是频率相同，相位差恒定，振动方向相同(2)波的干涉：对于频率相同的两列波，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这两个区域在水面上的位置是固定的，且互相隔开这种现象为波的干涉 考点1惠更斯原理波面一定是平面吗？根据如图思考波线与波面的关系是怎样的提示：波面不一定是平面波线与波面互相垂直，一定条件下由波面可确定波线，由波线可确定波面1对波线与波面的理解(1)波面不一定是面，如水波，它只能在水面传播，水波的波面是以波源为圆心的一簇圆(2)波线是有方向的一簇线，它的方向代表了波

19、的传播方向(3)波线与波面互相垂直，一定条件下由波面可确定波线，由波线可确定波面2惠更斯原理的实质波面上的每一点(面源)都是一个次级球面波的子波源，子波的波速与频率等于初级波的波速和频率，此后每一时刻的子波波面的包络面就是该时刻总的波动的波面其核心思想是介质中任一处的波动状态是由各处的波动决定的3惠更斯原理的局限性光的直线传播、反射、折射等都能用此来进行较好的解释但是，惠更斯原理是比较粗糙的，用它不能解释衍射现象与狭缝或障碍物大小的关系，而且由惠更斯原理推知有倒退波的存在，而倒退波显然是不存在的【典例1】(多选)下列叙述中正确的是()A空间点波源发出的球面波，其波面是一个球面，波线就是以波源为

20、圆心的同心圆B平面波的波线是一条直线，其波线相互平行C根据惠更斯原理，波面各点都可看作一个子波源，子波前进的方向的包络面就是该时刻的波面D利用惠更斯原理，只要知道t时刻波面的位置和波速，就可确定tt时刻波面的位置BCD球面波的波线沿球面的半径方向，A错误；平面波的波线是一条直线，由于波线与波面垂直，故平面波的波线相互平行，B正确；由惠更斯原理可知，C正确；利用惠更斯原理，只要知道t时刻波面的位置和波速，就可确定另一时刻波面的位置，D正确利用惠更斯原理解释波的传播的一般步骤(1)确定一列波某时刻一个波面的位置(2)在波面上取两点或多个点作为子波的波源(3)选一段时间t(4)根据波速确定t时间后子

21、波波面的位置(5)确定子波在波前进方向上的包络面，即为新的波面(6)由新的波面可确定波线及其方向 考点2波的反射和波的折射如图所示，一场大雪过后，人们会感到外面万籁俱静这是怎么回事？难道是人的活动减少了吗？提示：刚下过的雪是新鲜蓬松的，它的表面层有许多小气孔.当外界的声波传入这些小气孔时便要发生反射.由于气孔往往是内部大而口径小.所以，仅有少部分波的能量能通过口径反射回来，而大部分的能量则被吸收掉了.所以不是人的活动减少了.1对波的反射的理解(1)波发生反射时波的传播方向发生了变化(2)反射波和入射波在同一介质中传播，介质决定波速，因此波速不变，波的频率是由波源决定的，因此波的频率也不改变，根

22、据公式eq f(v,f)，可知波长也不改变2波的反射、折射现象中各量的变化(1)波向前传播在两种介质的界面上会同时发生反射现象和折射现象，一些相关物理量变化如下：波现象波的反射波的折射传播方向改变ii改变ri频率f不变不变波速v不变改变波长不变改变(2)说明：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等于入射波的频率波速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；折射波与入射波在不同介质中传播，波速变化根据vf，波长与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，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，v不同，f相同，故不同3波

23、的反射现象的应用(1)回声测距：当声源不动时，声波遇到了障碍物会返回来继续传播，反射波与入射波在同一介质中传播速度相同，因此，入射波和反射波在传播距离一样的情况下，用的时间相等，设经时间t听到回声，则声源距障碍物的距离为sv声eq f(t,2)当声源以速度v向静止的障碍物运动或障碍物以速度v向静止的声源运动时，声源发声时障碍物到声源的距离为s(v声v)eq f(t,2)当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离声源时，声源发声时障碍物到声源的距离s(v声v)eq f(t,2)(2)超声波定位：蝙蝠能发出超声波，超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来，蝙蝠就根据接收到的反射回来的超声波

24、来确定障碍物或食物位置，从而确定飞行方向另外海豚、雷达也是利用波的反射来定位或测速的【典例2】有一辆汽车以15 m/s的速度匀速行驶，在其正前有一陡峭山崖，汽车鸣笛2 s后司机听到回声，此时汽车距山崖的距离多远？(v声340 m/s)解析若汽车静止，问题就简单了现在汽车运动，声音传播，如图所示为汽车与声波的运动过程示意图设汽车由A到C路程为s1，C点到山崖B距离为s；声波由A到B再反射到C路程为s2，因汽车与声波运动时间同为t，则有s2s12s，即v声tv汽t2s，所以seq f(v声v汽t,2)eq f(340152,2) m325 m答案325 m 考点3波的叠加与波的干涉如图所示，操场中

25、两根竖直杆上各有一个扬声器，接在同一扩音机上，一位同学沿着AB方向走来(1)他听到的声音会有什么变化？(2)这属于什么物理现象？提示：(1)声音忽强忽弱(2)声波的干涉现象1波的干涉与波的叠加(1)波的叠加是无条件的，任何频率的两列波在空间相遇都会叠加，但干涉必须是满足一定条件的两列波叠加后形成的现象(2)稳定干涉图样的产生是有条件的，必须是两列同类的波，并且波的频率相同、振动方向相同、相位差恒定如果两列波的频率不相等，在同一种介质中传播时其波长就不相等，这样不能形成稳定的振动加强点和减弱点因此我们就看不到稳定的干涉图样，只能是一般的振动叠加现象2干涉图样及其特征(1)干涉图样：(2)特征：加

26、强区和减弱区的位置固定不变加强区始终加强，减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化)加强区与减弱区互相间隔【典例3】(多选)如图所示，S1、S2是振幅均为A的两个水波波源，某时刻它们形成的波峰和波谷分别由实线和虚线表示则下列说法中正确的是()A两列波在相遇区域发生干涉B两列波在相遇区域内发生叠加C此时各点的位移是：xA0，xB2A，xC2ADA处振动始终减弱，B、C处振动始终加强思路点拨(1)从图中可以看出，两列水波波长不同，频率不同，不能发生干涉现象(2)两列波叠加，任何一个质点的总位移等于两列波在该点上的位移的矢量和BC两列波发生干涉的条件是：频率相同，相位差恒定从题图上可知122，则2

27、f1f2，这两列波不是相干波，故不能产生干涉现象，A错误；两列机械波在相遇区域发生叠加，这是波的基本现象之一其结果是：任何一个质点的总位移，都等于这两列波引起的位移的矢量和所以B、C选项正确；由于频率不同，叠加情况会发生变化如C处此时两波峰相遇，但经eq f(T2,2)，S2在C处是波谷，S1则不是，故C处不能始终加强，D错误确定振动加强点和减弱点的技巧(1)波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇的点为振动加强点，波峰与波谷相遇的点为振动减弱点(2)在波的传播方向上，加强点的连线为加强区，减弱点的连线为减弱区(3)不管波如何叠加，介质中的各质点均在各自的平衡位置附近振动 考点4波的衍射光是一种波，如图

28、为灯泡发光的情况(1)生活中见到的光的传播有何特点(2)满足什么条件才能使光发生衍射？提示：(1)沿直线传播(2)障碍物或孔的尺寸与光的波长相差不大1关于衍射的条件应该说衍射是没有条件的，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，障碍物或小孔的尺寸跟波长差不多，或比波长小是产生明显衍射的条件2波的衍射实质分析波传到小孔(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衍射图样(1)图甲为水波遇到较宽的缝(2)图乙为水波遇到较窄的缝【典例4】如图所示，O是水面上

29、一波源，实线和虚线分别表示某时刻的波峰和波谷，A是挡板，B是小孔若不考虑波的反射因素，则经过足够长的时间后，水面上的波将分布于()A整个区域B阴影以外区域C阴影以外区域D阴影和以外的区域B从图中可以看出A挡板宽度比波长大，所以不能发生明显的衍射，而B小孔与波长相差不多，能发生明显的衍射，所以经过足够长的时间后，水面上的波将分布于阴影以外区域，故B正确衍射是波所特有的现象(1)衍射是波所特有的现象，一切波都会产生衍射现象(2)衍射现象总是存在的，只有明显和不明显的差异(3)一般情况下，波长越大的波越容易产生明显的衍射现象第四节多普勒效应知识点一认识多普勒效应1定义如果波源或观察者或两者都相对于传播介质运动，那么观察者接收到的频率与波源发出的频率就不相同了这样的现象叫作多普勒效应2多普勒效应产生的原因(1)波源与观察者相对静止时，单位时间内通过观察者的完全波的个数是一定的，观察者观测到频率等于波源振动的频率(2)波源与观察者相互靠近时，单位时间内通过观察者的完全波的个数增加，观察者观测到的频率大于波源的频率，即观察到的频率增大(3)波源与观察者相互远离时，观察到的频率变小知识点二多普勒效应的应用1铁路工人可以从火车的汽笛声