第三章　机械波 章末素养提升动 学案（含答案 学生版+教师版）

第三章机械波章末素养提升物理观念机械波(1)形成条件：________、________，二者缺一不可(2)特点：传播______________、传递________和信息，质点________随波迁移(3)波与振动的关系：有机械振动__________有机械波，有机械波必有机械振动(4)分类：按机械波传播方向和振动方向的关系分为________和________描述波的物理量(1)波长λ：一个周期传播的距离(2)频率f(周期T)：由________决定(3)波速v：由________决定(4)关系：v＝λf或v＝eq\f(λ,T)波的一些现象波的反射、波的折射、波的衍射、波的叠加、波的干涉、多普勒效应。科学思维图像法波的图像：(1)物理意义：横坐标表示波的传播方向上各质点的___________，纵坐标表示________________________________(2)图像信息：波长λ、各质点的振幅A、各质点的位移x等(3)波的传播方向和各质点的振动方向互判模型法横波和纵波模型多普勒效应模型科学探究1.通过实验认识波的反射和折射现象2．探究波发生明显衍射现象的条件3．通过实验研究和分析波的干涉现象科学态度与责任1.通过了解机械波在介质中的传播速度及影响因素，让学生理解物理学的本质2．通过分析多普勒效应的产生原理，认识超声波的多普勒测速仪、“彩超”等具体应用，培养学生对物理学的兴趣例1分析下列所描述的四个物理现象：①听到迎面而来越来越尖锐的汽笛声②水塘中的水波能绕过障碍物继续传播③夏天里一次闪电过后，有时雷声会轰鸣不绝④围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音这些现象分别是波的()A．多普勒效应、反射现象、衍射现象、干涉现象B．多普勒效应、衍射现象、反射现象、干涉现象C．干涉现象、衍射现象、多普勒效应、折射现象D．多普勒效应、反射现象、干涉现象、衍射现象例2(2022·北京卷)在如图所示的xOy坐标系中，一条弹性绳沿x轴放置，图中小黑点代表绳上的质点，相邻质点的间距为a。t＝0时，x＝0处的质点P0开始沿y轴做周期为T、振幅为A的简谐运动。t＝eq\f(3,4)T时的波形如图所示。下列说法正确的是()A．t＝0时，质点P0沿y轴负方向运动B．t＝eq\f(3,4)T时，质点P4的速度最大C．t＝eq\f(3,4)T时，质点P3和P5相位相同D．该列绳波的波速为eq\f(8a,T)例3如图所示，波源O垂直于纸面做简谐运动，所激发的横波在均匀介质中向四周传播，图中虚线表示两个波面。t＝0时，离O点5m的A点开始振动，且向上振动；t＝1s时，离O点10m的B点也开始振动，此时A点回到平衡位置向下运动。则下列判断正确的是()A．该波的波速一定为10m/sB．该波的波长一定为2mC．波源开始振动时振动方向向下D．t＝1s时，AB连线上可能有3个点处于最大位移例4一根长20m的软绳拉直后放置在光滑水平地板上，以绳中点为坐标原点，以绳上各质点的平衡位置为x轴建立图示坐标系。两人在绳端沿y轴方向不断有节奏地抖动，形成两列振幅分别为10cm、20cm的相向传播的机械波P、Q。已知P的波速为2m/s，t＝0时刻的波形如图所示。下列判断正确的有()A．两波源的起振方向相反，Q的传播速度小于2m/sB．t＝4.5s时，坐标原点处质点位移为30cmC．两列波的频率均为2Hz，叠加区域有稳定干涉图样D．两波在t＝3.5s时第一次相遇，相遇处质点位移为10cm例5位于x＝0.25m的波源P从t＝0时刻开始振动，形成的简谐横波沿x轴正负方向传播，在t＝2.0s时波源停止振动，t＝2.1s时的部分波形如图所示，其中质点a的平衡位置xa＝1.75m，质点b的平衡位置xb＝－0.5m。下列说法正确的是()A．沿x轴正负方向传播的波可以发生干涉B．t＝0.42s时，波源的位移为负C．t＝2.25s时，质点a沿y轴负方向振动D．0～2s内，质点b运动总路程是2.55m章末素养提升物理观念机械波(1)形成条件：波源、介质，二者缺一不可(2)特点：传播振动形式、传递能量和信息，质点不会随波迁移(3)波与振动的关系：有机械振动不一定有机械波，有机械波必有机械振动(4)分类：按机械波传播方向和振动方向的关系分为横波和纵波描述波的物理量(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＝eq\f(λ,T)波的一些现象波的反射、波的折射、波的衍射、波的叠加、波的干涉、多普勒效应。科学思维图像法波的图像：(1)物理意义：横坐标表示波的传播方向上各质点的平衡位置，纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移(2)图像信息：波长λ、各质点的振幅A、各质点的位移x等(3)波的传播方向和各质点的振动方向互判模型法横波和纵波模型多普勒效应模型科学探究1.通过实验认识波的反射和折射现象2．探究波发生明显衍射现象的条件3．通过实验研究和分析波的干涉现象科学态度与责任1.通过了解机械波在介质中的传播速度及影响因素，让学生理解物理学的本质2．通过分析多普勒效应的产生原理，认识超声波的多普勒测速仪、“彩超”等具体应用，培养学生对物理学的兴趣例1分析下列所描述的四个物理现象：①听到迎面而来越来越尖锐的汽笛声②水塘中的水波能绕过障碍物继续传播③夏天里一次闪电过后，有时雷声会轰鸣不绝④围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音这些现象分别是波的()A．多普勒效应、反射现象、衍射现象、干涉现象B．多普勒效应、衍射现象、反射现象、干涉现象C．干涉现象、衍射现象、多普勒效应、折射现象D．多普勒效应、反射现象、干涉现象、衍射现象答案B解析①听到迎面而来越来越尖锐的汽笛声是多普勒效应；②水塘中的水波能绕过障碍物继续传播是衍射现象；③夏天里一次闪电过后，有时雷声会轰鸣不绝是反射现象；④围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音是干涉现象，故B正确，A、C、D错误。例2(2022·北京卷)在如图所示的xOy坐标系中，一条弹性绳沿x轴放置，图中小黑点代表绳上的质点，相邻质点的间距为a。t＝0时，x＝0处的质点P0开始沿y轴做周期为T、振幅为A的简谐运动。t＝eq\f(3,4)T时的波形如图所示。下列说法正确的是()A．t＝0时，质点P0沿y轴负方向运动B．t＝eq\f(3,4)T时，质点P4的速度最大C．t＝eq\f(3,4)T时，质点P3和P5相位相同D．该列绳波的波速为eq\f(8a,T)答案D解析由t＝eq\f(3,4)T时的波形图可知，波刚好传到质点P6，根据“上下坡法”可知此时，质点P6沿y轴正方向运动，波源起振的方向也沿y轴正方向，故t＝0时，质点P0沿y轴正方向运动，故A错误；由题图可知，在t＝eq\f(3,4)T时质点P4处于正的最大位移处，故速度为零，故B错误；由题图可知，在t＝eq\f(3,4)T时，质点P3沿y轴负方向运动，质点P5沿y轴正方向运动，故两个质点的相位不相同，故C错误；由题图可知eq\f(λ,4)＝2a，解得λ＝8a，故该列绳波的波速为v＝eq\f(λ,T)＝eq\f(8a,T)，故D正确。例3如图所示，波源O垂直于纸面做简谐运动，所激发的横波在均匀介质中向四周传播，图中虚线表示两个波面。t＝0时，离O点5m的A点开始振动，且向上振动；t＝1s时，离O点10m的B点也开始振动，此时A点回到平衡位置向下运动。则下列判断正确的是()A．该波的波速一定为10m/sB．该波的波长一定为2mC．波源开始振动时振动方向向下D．t＝1s时，AB连线上可能有3个点处于最大位移答案D解析分析题意可知，1s时间内，波传播了5m的距离，波速v＝eq\f(Δx,Δt)＝5m/s，故A错误；1s时间内，A点从开始向上振动到回到平衡位置向下运动，则1s＝(n＋eq\f(1,2))T(n＝0,1,2,3，…)解得T＝eq\f(2,2n＋1)s(n＝0,1,2,3，…)则λ＝vT＝5×eq\f(2,2n＋1)m＝eq\f(10,2n＋1)m(n＝0,1,2,3，…)波长不一定是2m，故B错误；波源开始振动的方向与每个质点开始振动的方向相同，由题意可知t＝0时A点开始向上振动，则波源开始振动的方向向上，故C错误；若n＝1，则波长为λ1＝eq\f(10,2n＋1)m＝eq\f(10,3)mAB间距Δx＝5m＝eq\f(5,\f(10,3))λ1＝1.5λ1则t＝1s时，AB连线上有3个点处于最大位移处，故D正确。例4一根长20m的软绳拉直后放置在光滑水平地板上，以绳中点为坐标原点，以绳上各质点的平衡位置为x轴建立图示坐标系。两人在绳端沿y轴方向不断有节奏地抖动，形成两列振幅分别为10cm、20cm的相向传播的机械波P、Q。已知P的波速为2m/s，t＝0时刻的波形如图所示。下列判断正确的有()A．两波源的起振方向相反，Q的传播速度小于2m/sB．t＝4.5s时，坐标原点处质点位移为30cmC．两列波的频率均为2Hz，叠加区域有稳定干涉图样D．两波在t＝3.5s时第一次相遇，相遇处质点位移为10cm答案B解析P起振方向沿y轴负方向，而Q起振方向沿y轴正方向，因此起振方向相反，波速由介质决定，因此两列波的速度大小相等，则Q的传播速度等于2m/s，故A错误；t＝4.5s时，两列波都向前传播了Δx＝vΔt＝9m则P、Q的波峰传播到了坐标原点处，该质点位移为10cm＋20cm＝30cm，故B正确；由于波长λ＝4m两列波的速度大小相等，根据v＝λf＝eq\f(λ,T)可知f＝0.5Hz，T＝2s因此两列波的频率均为0.5Hz，叠加区域有稳定干涉图样，故C错误；两波第一次相遇时，有Δx′＝2vt′解得t′＝eq\f(Δx′,2v)＝eq\f(6＋8,2×2)s＝3.5s故t＝3.5s时两波第一次相遇，且相遇处两列波都在平衡位置，因此质点位移为0，故D错误。例5位于x＝0.25m的波源P从t＝0时刻开始振动，形成的简谐横波沿x轴正负方向传播，在t＝2.0s时波源停止振动，t＝2.1s时的部分波形如图所示，其中质点a的平衡位置xa＝1.75m，质点b的平衡位置xb＝－0.5m。下列说法正确的是()A．沿x轴正负方向传播的波可以发生干涉B．t＝0.42s时，波源的位移为负C．t＝2.25s时，质点a沿y轴负方向振动D．0～2s内，质点b运动总路程是2.55m答案D解析波沿x轴正负方向传播，向相反方向传播的波不会相遇，不会发生干涉，故A错误；由题图可知，波长λ＝1m，由题意可知0.1s内波传播四分之一波长，可得eq\f(T,4)＝0.1s，解得T＝0.4s，波源振动了2s，即波传播了5个周期，故波源的起振方向与t＝2.1s时x＝1.5m处质点的振动方向相同，则波源的振动方向向上，在t＝0.42s，即T<t<eq\f(5T,4)时，波源会向上振动，位移为正，故B错误；波的波速v＝eq\f(λ,T)＝2.5m/s，波源停止振动后到质点a停止振动的时间为t1＝eq\f(1.75－0.25,2.5)s＝0