2025高考物理步步高同步练习选修1练习学习笔记第三章 1　波的形成

2025高考物理步步高同步练习选修1练习学习笔记1波的形成[学习目标]1.理解波的形成过程，会判断质点的振动方向(难点)。2.知道横波和纵波的概念，能够区别横波和纵波。3.知道机械波的产生条件和传播特点(重点)。一、波的形成及特点如图所示，手拿绳的一端，上下振动一次，使绳上形成一个凸起状态，随后形成一个凹落状态，可以看到，这个凸起状态和凹落状态在绳上从一端向另一端移动。如果在绳子上某处做一红色标记，观察这一红色标记的运动。(1)红色标记有没有随波迁移？红色标记是怎样运动的？(2)当手停止抖动后，绳上的波会立即停止吗？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．波：________的传播称为波动，简称波。2．波的形成(以绳波为例)(1)一条绳子可以分成一个个小段，这些小段可以看作一个个________的质点，这些质点之间存在着____________的作用。(2)当手握绳端上下振动时，绳端________相邻的质点，使它也上下振动。这个质点又带动更远一些的质点…绳子上的质点都跟着振动起来，只是后面的质点总比前面的质点________一些开始振动，绳端这种________________________就沿绳子传了出去，整体上形成了凹凸相同的波形。1．绳上各质点开始振动的方向(起振方向)与振源起振的方向有什么关系？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2．振源振动停止后，波还能继续传播吗？________________________________________________________________________________波动过程中各质点的运动特点波动过程中各质点的振动周期都与波源的振动周期相同，其运动特点为：(1)先振动的质点带动后振动的质点——“带动”(2)后振动的质点重复前面质点的振动——“重复”(3)后振动的质点的振动状态滞后于先振动的质点的振动状态—“滞后”例1如图所示是某绳波形成过程的示意图。质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，带动2、3、4…各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端。已知t＝0时，质点1开始向上运动，t＝eq\f(T,4)时，1到达最上方，5开始向上运动。问：(1)t＝eq\f(T,2)时，质点6、10、14的运动状态(是否运动、运动方向)如何？(2)画出t＝eq\f(3T,4)时的波形，并说明质点6、10、14的运动状态。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________二、横波和纵波如图所示：(1)图甲是绳波，其中质点的振动方向与波的传播方向是什么关系？(2)图乙是推拉弹簧产生的波，其中质点的振动方向与波的传播方向是什么关系？横波和纵波的对比名称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同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例2(多选)关于横波和纵波，下列说法正确的是()A．对于横波，质点的振动方向与波的传播方向一定垂直B．振源上下振动形成的波为横波C．对于纵波，质点的振动方向和波的传播方向有时相同，有时相反D．形成纵波的质点随波一起迁移三、机械波1．介质(1)定义：波借以________的物质。(2)特点：组成介质的质点之间有____________，一个质点的振动会引起____________的振动。2．机械波机械振动在________中传播，形成了机械波。3．机械波的特点(1)介质中有机械波传播时，介质本身并不随波一起传播，它传播的只是________这种运动形式。(2)波是传递________的一种方式。(3)波可以传递________。1．机械波的特点(1)机械波的传播离不开介质，没有介质就无法形成机械波。(2)介质中各质点都在做受迫振动，所以各质点振动的周期(频率)均与波源的振动周期(频率)相同。(3)离波源越远，质点振动越滞后，但每一个质点的起振方向与波源起振方向相同。(4)机械波向前传播的是振动这种运动形式，各质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波迁移。2．几种常见的波(1)绳波是横波；(2)空气中产生的声波是纵波；(3)地震波中既有横波，又有纵波；(4)水波既不是横波，也不是纵波，是一种比较复杂的机械波。3．振动和波动的联系(1)振动是波动的原因，波动是振动的结果；有波动必然有振动，有振动不一定有波动。(2)波动中各质点振动的性质、频率和振幅与波源相同。(1)物体做机械振动，一定产生机械波。()(2)机械波的传播方向就是介质中质点的振动方向。()(3)除振源外，机械波中各质点都做受迫振动。()(4)机械波是介质随波迁移，也是振动能量的传递。()例3如图是以质点P为波源的机械波在绳上传到质点Q时的波形。(1)请判断此机械波的类型。(2)判断图示时刻Q质点的振动方向。(3)P点从平衡位置刚开始振动时，是朝着哪个方向运动的？(4)此波的形成是否是P质点移动到Q质点形成的？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

四、“带动法”判断质点的振动方向绳波在某时刻的形状如图所示，若O是波源，则此刻A点向什么方向运动？若O′是波源，则此刻A点向什么方向运动？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________拓展延伸某时刻一列波的形状如图所示。此刻质点a正在向上运动试判断此刻质点b的运动方向．________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(1)原理：先振动的质点带动邻近的后振动的质点。(2)方法：在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点P′，P′为先振动的质点，若P′在P上方，则P向上运动，若P′在P下方，则P向下运动，如图所示。例4一列横波沿绳子向右传播，某时刻绳子形成如图所示的形状，对此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点，下列说法正确的是()A．质点B向右运动B．质点D和质点F的速度方向相同C．质点A和质点C的速度方向相同D．从此时算起，质点B比质点C先回到平衡位置2波的描述[学习目标]1.理解波的图像的物理意义，能从波的图像中找出各物理量信息，能区分波的图像和振动图像(重点)。2.掌握波长、频率和波速的关系，知道三者的决定因素并会进行相关计算(重难点)。一、波的图像1．波的图像的画法(1)建立坐标系，描点用横坐标x表示在波的传播方向上各质点的________________，纵坐标y表示某一时刻各质点____________________________。得到一系列坐标为(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)，…的点。(2)连线用一条________的曲线把各点连接起来就是这一时刻________________，有时也称____________。2．简谐波(正弦波)(1)如果波的图像是________________，这样的波叫作正弦波，也叫简谐波。(2)简谐波中各质点的振动是________________，各质点振动的振幅均________。3．波形图与振动图像(1)简谐波的波形图与质点的振动图像都是________________。(2)波形图表示介质中的“各个质点”在“________________”的位移。(3)振动图像表示介质中“某一质点”在“________________”的位移。如图所示，观察甲、乙两个图像可知：(1)________图为波的图像；________图为振动图像。(均选填“甲”或“乙”)(2)甲图中M、P、Q三个点坐标的意义分别是什么？其中P点的振幅是多少？(3)乙图中M′、P′、Q′三个点坐标的意义分别是什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例1如图所示是一列向右传播的简谐横波某一时刻的波动图像。对于图中A、B、C、D、E、F、G、H、I九个质点，下列说法中正确的是()A．A、C、E、F、H具有相同的位移B．A、C速度相同，H、F速度方向相反C．B、I振幅相同D．aC>aB1．某一时刻简谐波中各个质点的位移可能不同，但各个质点的振幅是相同的。2．简谐波中的所有质点都做简谐运动，它们的周期均相同。二、波长、频率和波速1．波长λ(1)定义：在波的传播方向上，振动相位总是________的两个________质点间的距离。(2)特征①在横波中，两个相邻________或两个相邻________之间的距离等于波长。②在纵波中，两个相邻________或两个相邻________之间的距离等于波长。2．周期T、频率f(1)周期(频率)：在波动中，各个质点的________________叫作波的周期(或频率)。(2)周期T和频率f的关系：f＝________。(3)决定因素：由________决定。(4)波长与周期的关系：经过一个周期T，振动在介质中传播的距离等于____________。3．波速(1)定义：机械波在________中的传播速度。(2)决定因素：由________本身的性质决定，在不同的介质中，波速是________(选填“相同”或“不同”)的。(3)波长、周期、频率和波速的关系：v＝eq\f(λ,T)＝________。1．如图所示为某一波形图，介质中A、B两质点平衡位置之间的距离为5m，波源完成一次全振动的时间为2s。(1)该波的波长为________m，波的周期为________s。(2)波的波速为________。(3)若该时刻此波刚好传播到B点，试画出经过2s时的波形图。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2．声波由空气传入水中，波的频率和波长怎样变化？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________波长的三种确定方法(1)定义法：在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离等于一个波长。注意：两个关键词：“振动相位总是相同”、“两个相邻质点”。“振动相位总是相同”的两质点，在波的图像上振动位移总是相同，振动速度总是相同。(2)图像法①在波的图像上，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在波的图像上，振动位移总是相同的两个相邻质点间的距离为一个波长。(3)公式法：根据公式λ＝vT来确定。例2(2022·东莞市光明中学月考)一列简谐横波沿x轴正向传播，传到M点时波形如图所示。再经0.6s，N点开始振动，则该波的振幅A和频率f为()A．A＝1mf＝5HzB．A＝0.5mf＝5HzC．A＝0.5mf＝2.5HzD．A＝1mf＝2.5Hz例3湖面上停着A、B两条小船，它们相距20m。一列水波正在湖面上沿AB连线的方向由A向B传播，每条小船每分钟上下浮动20次。当A船位于波峰时，B船在波谷，两船之间还有一个波峰。求水波的波速。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________三、质点振动方向与波传播方向的关系1．带动法：后面质点依次重复前面质点的振动。2．同侧法：在水平传播的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，如图所示3．上下坡法：如图所示，沿波的传播方向，“上坡”的质点向下振动，如D、E、F；“下坡”的质点向上振动，如A、B、C。4．微平移法：如图所示，实线为t时刻的波形图，作出微小时间Δt(Δt<eq\f(T,4))后的波形如虚线所示，由图可知t时刻的质点P1(P2)经Δt后运动到P1′(P2′)处，这样就可以判断质点的运动方向了。例4简谐横波某时刻的波形如图所示，P为介质中的一个质点，波沿x轴的正方向传播。(1)此时刻与eq\f(1,4)T时刻，质点P的速度与加速度的方向各是怎样的？(2)经过一个周期，质点P通过的路程为多少？(3)有同学说，由此时刻起经过eq\f(1,4)T后，质点P通过的路程为A0，你认为这种说法对吗？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________针对训练(多选)如图所示为一列简谐波在某一时刻的波形图，此时刻质点F的振动方向如图所示。则()A．该波向右传播B．质点B和D的运动方向相同C．质点C比质点B先回到平衡位置D．此时质点F和H的加速度相同3波的反射、折射和衍射[学习目标]1.了解波的反射和折射现象，知道波的反射和折射规律(难点)。2.知道波的衍射现象和波发生明显衍射的条件(重点)。一、波的反射和折射1．波的反射(1)反射现象：波遇到介质界面(如水波遇到挡板)时会返回原介质继续传播的现象。(2)反射规律：反射线、法线与入射线在________________内，反射线与入射线分居________两侧，反射角________入射角。2．波的折射(1)波的折射：光从一种介质____________________时会发生折射，同样，其他波从一种介质进入另一种介质时也发生________。(2)水波的折射：一列水波在________不同的水域传播时，在交界面处将发生________。1．在波的反射和折射现象中，反射波与入射波、折射波与入射波的频率相同吗？波长相同吗？_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2．波在发生折射过程中，方向一定改变吗？_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________波的反射和折射中各物理量的变化(1)波的频率是由振源决定的，介质中各个质点的振动都是受迫振动，因此不论是反射还是折射，波的频率是不改变的。(2)波速是由介质决定的，波反射时是在同一均匀介质中传播，因此波速不变，波折射时是在不同介质中传播，因此波速改变。(3)波长是由频率和波速共同决定的，即在波的反射中，由于波的频率和波速均不变，根据公式λ＝eq\f(v,f)可知波长不改变；在波的折射中，当进入新的介质中波速增大时，由λ＝eq\f(v,f)可知波长变长，反之变短。例1一列声波在介质Ⅰ中的波长为0.2m。当该声波从介质Ⅰ中以某一角度传入介质Ⅱ中时，波长变为0.6m，如图所示，若介质Ⅰ中的声速是340m/s。(1)求该声波在介质Ⅱ中传播时的频率；(2)求该声波在介质Ⅱ中传播的速度；(3)若另一种声波在介质Ⅱ中的传播速度为1400m/s，按图中的方向从介质Ⅰ射入介质Ⅱ中，求它在介质Ⅰ和介质Ⅱ中的频率之比。_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例2某测量员利用回声测距，他站在两平行竖直墙壁间某一位置(不是中间位置)鸣枪，经过1s第一次听到回声，又经过0.5s再次听到回声，已知声速为340m/s，则两墙壁间的距离为多少？____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________回声测距的三种情况1.当声源不动时，声波遇到了静止障碍物会被反射回来继续传播，由于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。设经过时间t听到回声，则声源距障碍物的距离为s＝v声eq\f(t,2)。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，声波遇到障碍物经时间t返回，声源发声时障碍物到声源的距离为s＝(v声＋v)eq\f(t,2)。3.当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离静止的声源时，声波遇到障碍物经时间t返回，声源发声时障碍物到声源的距离为s＝(v声－v)eq\f(t,2)。针对训练1有一辆汽车以15m/s的速度匀速行驶，在其正前方有一陡峭山崖，汽车鸣笛2s后司机听到回声，此时汽车距山崖的距离有多远？(v声＝340m/s)________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________二、波的衍射如图所示是一个可观察水波衍射的发波水槽，振源的频率是可以调节的，槽中放置两块可移动的挡板形成宽度可调节的小孔，观察水波的传播，也可以在水槽中放置宽度不同的挡板，观察水波的传播。回答下列问题：水波遇到小孔时，会观察到什么现象？依次减小小孔尺寸，观察到的现象有什么变化？____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．波的衍射：波________________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______________，或者比波长________时，才能观察到明显的衍射现象。说明：衍射只有“明显”与“不明显”之分，障碍物或小孔的尺寸跟波长相差不多，或比波长小，是产生明显衍射的条件。3．波的衍射的普遍性：一切波都能发生衍射，________是波特有的现象。1．喇叭播放的音乐中，高音(频率大)和低音(频率小)的声波哪个更容易绕过高墙？____________________________________________________________________________2．俗话说：“隔墙有耳”，我们可以听到从墙外传过来的声音，却看不到人，说明声波可以发生衍射，光波不能发生衍射，这种说法对吗？(提示：声波波长较长，一般为1.7～17m，可见光波长较短，一般为0.39～0.77μm)____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(1)只有当障碍物的尺寸与波长相差不多或比波长小时，才会发生衍射现象。()(2)夏日雷声有时轰鸣不绝，这是声波的衍射现象。()(3)“闻其声不见其人”，是指声波的衍射现象。()例3(多选)如图所示是观察水波衍射的实验装置．AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O是波源。图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹(图中曲线)之间的距离表示一个波长，则关于波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是()A．此时能观察到波明显的衍射现象B．挡板前后波纹间距离相等C．如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象D．如果孔的大小不变，使波源频率增大，能观察到更明显的衍射现象针对训练2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例4(多选)(2023·长春外国语学校高二月考)沙尘暴是由于土地的沙化引起的一种恶劣的气象现象，发生沙尘暴时能见度只有几十米，天空变黄发暗，这是由于在这种情况下()A．只有波长较短的一部分光才能到达地面B．只有波长较长的一部分光才能到达地面C．只有频率较高的一部分光才能到达地面D．只有频率较低的一部分光才能到达地面4波的干涉[学习目标]1.理解波的叠加原理，会根据波的叠加原理判断振动加强点和振动减弱点(难点)。2.知道形成稳定干涉图样的条件，认识干涉图样(重点)。3.能利用波的干涉现象解释有关物理现象。一、波的叠加1．观察如图所示的两列波相遇时和相遇后的特点，说一说两列波在传播过程中，相遇时和相遇后遵循什么规律？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2．当教室内乐队合奏时，我们听到的某种乐器的声音与这种乐器独奏时发出的声音是否相同？这种声音是否受到了其他乐器的影响？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．波的独立传播：两列波在彼此相遇并穿过后，仍然保持各自的________、________等运动特征不变，继续沿着原来的方向传播，彼此之间互不影响。2．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，介质的质点________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____________。(1)两列波相遇并彼此穿过后各自的振动特点会受到影响。()(2)两列波叠加时，质点的位移一定增大。()(3)两列波叠加时，质点的位移可能减小。()(4)只有频率相同的两列波才可以叠加。()例1(多选)如图所示，波源S1在绳的左端发出频率为f1、振幅为A1的半个波形a，同时另一个波源S2在绳的右端发出频率为f2、振幅为A2的半个波形b，且f1<f2，P为两个波源连线的中点(图中未画出)。已知机械波在介质中传播的速度只由介质本身的性质决定。下列说法正确的是()A．两列波比较，a波将先到达P点B．两列波在P点叠加时，P点的位移最大可达A1＋A2C．b的波峰到达P点时，a的波峰还没有到达P点D．两列波相遇时，绳上位移可达A1＋A2的点只有一个，此点在P点的左侧例2(多选)如图所示为同种介质中两列相向传播的振幅、波长都相同的横波，它们在O点相遇后，下列图像可能存在的是()二、波的干涉1．定义________相同、____________恒定、________________相同的两列波叠加时，某些区域的振动总是加强，某些区域的振动总是减弱，这种现象叫作波的干涉。2．干涉条件(1)两列波的________必须相同。(2)两个波源的__________必须保持不变。(3)两列波的_____