2025版新教材高中物理第3章机械波章末小结新人教版选择性必修第一册

章末小结一、对波的图像的理解1．图像的物理意义波的图像是表示波的传播方向上的各质点在某一时刻相对平衡位置的位移状况的图像。2．由图像获得的信息应用波动图像解题时，关键要理解波的形成和传播过程、波的传播方向的双向性、波动图像的重复性。要明确由波的图像可获得的以下信息：(1)该时刻各质点的位移。(2)质点振动的振幅A。(3)波长λ。(4)若知道波速v的方向，可知各质点的运动方向。如图中，设波速向右，则1、4质点沿－y方向运动，2、3质点沿＋y方向运动。(5)若知道该时刻某质点的运动方向，可推断波的传播方向。如图中，设质点4向上运动，则该波向左传播。(6)若已知波速v的大小，可求频率f及周期T:f＝eq\f(1,T)＝eq\f(v,λ)。(7)若已知f或T，可求v的大小：v＝λf＝eq\f(λ,T)。(8)若已知波速v的大小和方向，可画出后一时刻的波形图：波在匀整介质中做匀速运动，在时间Δt内各质点的运动形式沿波速方向传播Δx＝vΔt，即把原波形图沿波的传播方向平移Δx，每过一个周期T，波向前传播一个波长λ的距离，波形复原一次。3．波的图像与振动图像相联系的问题处理波的图像和振动图像问题时可按如下步骤来分析：(1)先看两轴。由两轴确定图像种类。(2)读取干脆信息。从振动图像上可干脆读取周期和振幅；从波的图像上可干脆读取波长和振幅。(3)读取间接信息。利用振动图像可确定某一质点在某一时刻的振动方向；利用波的图像可进行波传播方向与某一质点振动方向的互判。(4)利用波速关系式。波长、波速、周期、频率间确定满足v＝eq\f(λ,T)＝λf。1．某横波在介质中沿x轴传播，如图甲为t＝0.25s时的波形图，图乙为质点P(x＝1.5m处的质点)的振动图像，下列说法正确的是(C)A．该波向左传播，速度为2m/sB．质点L与质点N的运动方向总是相同C．t＝0.75s时，质点M处于平衡位置，并正在往正方向运动D．t＝1.25s时，质点K向右运动了2m解析：由题图乙知，t＝0.25s时，质点P的位移在增大，结合图甲知，该波向右传播。因波长为4m，周期为2s，则波速为2m/s，A错误；质点L与质点N相距半个波长，运动方向总是相反，B错误；t＝0.75s时，质点M处于平衡位置，并正在向正方向运动，C正确；质点不随波迁移，D错误。二、波动问题的周期性及多解性机械波在传播过程中在时间和空间上的周期性、传播方向上的双向性、质点振动方向的不确定性等都是形成波动习题多解的缘由。1．波动图像的周期性形成多解机械波在一个周期内不同时刻图像的形态是不同的，但在相隔时间为周期整数倍的不同时刻图像的形态则是相同的，机械波的这种周期性必定导致波的传播距离、时间和速度等物理量有多值与之对应，即这三个物理量可分别表示为：s＝nλ＋Δst＝nT＋Δtv＝eq\f(s,t)＝eq\f(nλ＋Δs,nT＋Δt)，其中n＝0,1,2，…2.波的传播方向的双向性形成多解在一维条件下，机械波既可以向x轴正方向传播，又可以向x轴负方向传播，这就是波传播的双向性。3．波形的隐含性形成多解许多波动习题往往只给出完整波形的一部分，或给出了几个特殊点，而其余部分处于隐含状态。这样，一道习题就有多个图形与之对应，从而形成多解。2．如图所示，实线是一列简谐横波在t1＝0时刻的波形，虚线是这列波在t2＝0.5s时刻的波形。(1)写出这列波的波速表达式；(2)若波速大小为74m/s，波速方向如何？解析：(1)由图像可知λ＝8m当波向右传播时，波传播的距离s＝nλ＋eq\f(3,8)λ＝(8n＋3)m(n＝0,1,2，…)波速v＝eq\f(s,Δt)＝eq\f(8n＋3,0.5)m/s＝(16n＋6)m/s(n＝0,1,2，…)；当波向左传播时，波传播的距离s′＝nλ＋eq\f(5,8)λ＝(8n＋5)m(n＝0,1,2，…)波速v＝eq\f(s′,Δt)＝eq\f(8n＋5,0.5)m/s＝(16n＋10)m/s(n＝0,1,2，…)。(2)若波速大小为74m/s，在Δt＝t2－t1时间内波传播的距离为s″＝v·Δt＝74×0.5m＝37m。因为37m＝4λ＋eq\f(5,8)λ，所以波向左传播。答案：(1)向右传播，v＝(16n＋6)m/s(n＝0,1,2，…)向左传播，v＝(16n＋10)m/s(n＝0,1,2，…)(2)向左传播三、波的特有现象1．波的衍射当波传播过程中遇到障碍物时，它将绕过障碍物，传播到障碍物的后面去。发生明显衍射的条件是：障碍物或孔的尺寸跟波长差不多，或者比波长更小。2．波的叠加几列由不同波源产生的波，当它们在同一介质里传播时，无论它们是否相遇，都将保持其原有的特性，不受其他波的影响，并依据自己原来的方向向前传播，因此，在相遇处各质点的位移等于各个波单独存在时在该点所引起的位移的矢量和。这一被试验和理论所证明的规律叫波的叠加原理，它是探讨波的干涉的基础。叠加原理适用于一切波。3．波的干涉当两列波频率相等，波源振动的相位差保持恒定，那么就会出现干涉现象——振动加强与减弱的区域相互间隔，且加强区域始终加强，减弱区域始终减弱。3．(多选)如图所示为两个完全相同的波源在介质中形成的波相叠加而发生的干涉的示意图，实线表示波峰，虚线表示波谷，则以下说法正确的是(BC)A．A点为振动加强点，经过半个周期，这一点振动减弱B．B点为振动减弱点，经过半个周期，这一点振动仍减弱C．C点为振动加强点，经过半个周期，这一点振动仍加强D．D点为振动减弱点，经过半个周期，这一点振动加强解析：A点是波峰和波峰叠加，为振动加强点，且始终振动加强，故选项A错误；B点是波峰和波谷叠加，为振动减弱点，且始终振动减弱，故选项B正确；C点处于振动加强区，振动始终加强，故选项C正确；D点为波峰与波谷叠加，为振动减弱点，且始终振动减弱，故选项D错误。4．多普勒效应当波源与视察者之间有相对运动时，视察者会感觉到波的频率与两者相对静止时不同。4．(多选)(2024·浙江省嘉兴市高二第一学期期末)关于下列图片中的物理现象，描述正确的是(BCD)A．甲图，水波由深水区传播至浅水区，传播方向变更，属于波的反射现象B．乙图，水波穿过障碍物的小孔后，能传播至两侧区域，属于波的衍射现象C．丙图，两列同频率的水波在空间叠加，部分区域振动加强，属于波的干涉现象D．丁图，竹竿举起蜂鸣器快速转动，听到蜂鸣器频率发生变更，属于波的多普勒效应解析：水波从深水区传到浅水区变