第三章 机械波 章末总结 高中物理教科版选择性必修第一册（51页PPT）

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第三章 机械波
培优帮丨章末总结
巧梳理 知识框图
析课标 素养清单
物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任
1.能了解机械波、横 波和纵波的内涵， 能理解波速、波长 和频率的定量关 系，能认识波的反 射、折射、干涉、 衍射等现象及多普 勒效应. 1.能在熟悉的问题情 境中运用简谐波模型 解释机械波的问题. 2.能对波的形成与传 播现象进行分析和推 理，建构波动物理模 型. 1.观察、探究机械 波的形成与传播相 关现象，拓展对物 理世界的认识和理 解. 1.通过实验，认
识机械波的反
射、折射、衍
射、干涉和多普
勒效应，形成严
谨认真的科学态
度，培养科学探
究意识.
物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任
2.能解释身边与机械 波有关的物理现象. 3.具有与机械波相关 的运动与相互作用 观念和能量观念. 3.能通过波的干涉、 衍射规律等来说明机 械波的波动性. 4.能从相互作用和能 量等不同角度认识机 械波，增强科学论证 能力. 2.自主观察分析波 的反射、折射、衍 射和干涉等实验现 象，收集证据，形 成结论. 3.能与他人协作， 共同探究感兴趣的 物理问题，解释相 关波动现象. 2.通过对机械波
的形成与传播问
题的学习和研
究，体验认识科
学本质的方法，
激发求知欲，提
升科学论证能力.
续表
筑思维 思想方法
思想方法 用类比法理解波的传播现象
发生条件 概念 现象 共同点 波的反 射 遇到障碍物或 两种介质的分 界面时. 波在障碍物或两种介 质分界面上返回到原 介质中继续传播的现 象. 波返回到原介质， 入射波与反射波关 于界面法线对称. 都是波传播过程
中发生的现象，
波的干涉、波的
衍射、多普勒效
应都是波特有的
现象.
发生条件 概念 现象 共同点 波的折 射 遇到两种介质 的分界面时. 波从一种介质进入另 一种介质，传播方向 发生改变的现象. 都是波传播过程
中发生的现象，
波的干涉、波的
衍射、多普勒效
应都是波特有的
现象.
波的衍 射 遇到较小的障 碍物或小孔 时. 波可以绕过障碍物或 穿过小孔继续传播的 现象. 波能偏离直线而传 到直线传播以外的 空间. 续表
发生条件 概念 现象 共同点 波的干 涉 两列频率相 同、相位差恒 定、振动方向 相同的波在传 播中相遇时. 频率相同、相位差恒 定、振动方向相同的 两列波叠加，使某些 区域的振动加强，某 些区域的振动减弱， 而且加强和减弱的区 域相间分布的现象. 出现振动强弱相间 的区域. 都是波传播过程
中发生的现象，
波的干涉、波的
衍射、多普勒效
应都是波特有的
现象.
续表
发生条件 概念 现象 共同点 多普勒 效应 当波源与 观察者相 互靠近或 相互远离 时. 由于波源和观察者 相互靠近或相互远 离，使观察者接收 到的波的频率发生 变化的现象. 当波源与观察者相互接 近时，观察者接收到的 频率变大；当波源与观 察者相互远离时，观察 者接收到的频率变小.
续表
会整合 专题归纳
专题1 理解机械波的形成及特点
1.机械波的形成
机械振动在介质中传播,形成机械波.
机械波的形成是有条件的:一是必须有持续振动的波源;二是必须有传播的介质.
2.机械波的特点
（1）各质点都做受迫振动，其振动的频率（或周期）都与波源的频率（或周期）相
同，各质点的起振方向都与波源相同，但不同步，离波源越远的质点振动越滞后.
（2）机械波传播的是波源的运动形式和波源提供的能量，介质中各质点并不随波迁
移，而是在自己的平衡位置附近振动.
（3）介质中各质点靠弹力相互作用，前一质点带动后一质点振动,后一质点跟着前
一质点振动，故可根据前一质点的位置确定后一质点的运动方向.此外，若不计能量
损失，在均匀介质中各质点振动的振幅应相同.
（4）机械波在传播时也可以传递信息.
例1 （多选）一列横波某时刻的波形如图3-1所示，则关于质点 的回复力，下列说
法正确的是( )
BD
图3-1
A.如果波源在左端，则质点 受到向上的作用力
B.如果波源在左端，则质点 受到向下的作用力
C.如果波源在右端，则质点 受到向上的作用力
D.如果波源在右端，则质点 受到向下的作用力
【解析】无论波向左还是向右传播，回复力始终指向平衡位置，此时刻质点 的回复
力方向向下.
专题2 应用波的图像分析求解问题
1.从波的图像与振动图像上获取信息
对波的图像和振动图像的考查是历年高考命题的热点，分析波的图像与振动图像问
题的步骤如下.
（1）看两轴:由两轴确定图像种类.
（2）读取信息:从振动图像上可直接读取周期和振幅，从波的图像上可直接读取波
长和振幅.
（3）利用波速关系式分析:波长、波速、周期（频率）间满足.
（4）如果是相互联系的波的图像与振动图像，要注意质点的振动方向与波的传播方
向的相互确定.
①已知波形图和波的传播方向，可以确定质点的振动方向.
②已知质点的振动方向和波的图像，可以确定波的传播方向.
2.有关波的图像的综合问题分析与求解
波的图像描述的是在波的传播方向上介质中的各个质点在某一时刻离开平衡位置的
位移，只要明确了波的图像、波的传播方向和介质中各质点振动方向三者的关系，
再结合就可求解.一般包括如下问题：
（1）已知波形图和波的传播方向，确定质点的振动方向.
（2）已知波的图像和介质中质点的振动方向，确定波的传播方向.
（3）已知质点的振动方向和波的传播方向，确定某时刻的波形图.
（4）已知某时刻的波形图，画该时刻前、后的波形图.
（5）已知两时刻的波形图，求解相关的物理量.
（6）已知振动图像和某时刻的波形图，求相关的物理量.
例2 （2023·湖南卷）如图3-2（a），在均匀介质中有、、和四点，其中 、
、三点位于同一直线上，,,垂直 时，位于
、、 处的三个完全相同的横波波源同时开始振动，振动图像均如图（b）所示，
振动方向与平面垂直，已知波长为 .下列说法正确的是( )
C
图3-2
A.这三列波的波速均为
B.时， 处的质点开始振动
C.时，处的质点向 轴负方向运动
D.时，处的质点与平衡位置的距离是
【解析】
专题3 波的干涉中振动加强点、减弱点的判断方法
1.条件判断法
某质点的振动是加强还是减弱，取决于该点到两相干波源的距离差.
（1）当两波源振动步调一致时，若，则振动加强;若
,则振动减弱.
（2）当两波源振动步调相反时，若，则振动加强;若
，则振动减弱.
2.现象判断法
在某时刻波的干涉图样上，波峰与波峰（或波谷与波谷）的交点，一定是振动加强
点，而波峰与波谷的交点一定是振动减弱点，各加强点或减弱点各自连接而成的以
两波源为中心向外辐射的连线，形成振动加强线和振动减弱线，两种线互相间隔，
加强点与减弱点之间各质点的振幅介于加强点与减弱点的振幅之间.
例3 （2025·江苏省扬州中学，多选）如图3-3所示，、 是两个相干波源，它们的
相位及振幅均相同.实线和虚线分别表示在某一时刻它们所发出的波的波峰和波谷，
关于图中所标的、、 三点，下列说法正确的是( )
AC
图3-3
A.质点振动减弱，、 质点振动加强
B.质点振动加强，、 质点振动减弱
C.由图示时刻再过，、 两质点都将处于各自的平衡位置
D.点一直在平衡位置，点一直在波峰， 点一直在波谷
【解析】质点处是两列波波峰与波谷叠加的地方，振动始终减弱，而、 质点处分
别是两列波波峰与波峰、波谷与波谷叠加的地方，振动始终加强，故A正确，B错误；
图示时刻点在波峰位置，点在波谷位置，则再过，、 两质点都将处于各自的平
衡位置，故C正确；由于两个波源的振幅相同， 点是振动减弱点，所以其振幅为零，
一直在平衡位置，、 两点的振动始终是加强的，它们一直在振动，位移随时间做
周期性变化，故D错误.
设情境 素养提升
问题情境1 B超成像——科学态度与责任
例4 （2025·河南郑州期中，多选）B超成像的基本原理是探头向人体发射一组超声
波，超声波遇到人体组织会产生不同程度的反射，探头接收到反射回来的超声波信
号形成B超图像.如图3-4所示为血管探头沿轴正方向发射的简谐超声波图像，
时刻波恰好传到质点.已知此超声波的频率为 ，下列说法正确的是
( )
图3-4
A.超声波在血管中的传播速度为
B.内质点 运动的路程
为
C.质点开始振动的方向沿 轴正方向
D.时质点 恰好处于波谷
√
√
本题以B超成像为背景进行命题.解题时根据时间与周期的关系求质点 通过的路程；
根据波形平移法判断质点 开始振动的方向；根据图像读出波长，由波速公式
求出波速；根据波的传播规律，确定质点 的位置.
【解析】由题可知，该超声波的波长 ,超声波在血管中的传播速度
为，根据波形平移法可知，质点 开
始振动的方向沿轴负方向，选项A正确，C错误；此超声波周期 ,
振幅,,故质点运动的路程为 ，选项
B错误；质点第一次到达波谷的时间为 ，选项
D正确.
问题情境2 海啸——模型建构
例5 （2025·广东华侨中学月考）资料记载，海啸波是重力长波，波长可达
以上,由于其传播速度在深海区与浅海区不同，使得在开阔的深海区低于几米的单
个波浪，到达浅海区时波长减小，振幅增大，可掀起 高的拍岸巨浪，
有时最先到达海岸的可能是波谷，水位下落，暴露出浅滩海底,几分钟后波峰到
来，一退一进，造成毁灭性的破坏.
（1）在深海区有一海啸波（忽略海水深度变化引起的波形变化），如图3-5甲所示，
实线是该波某时刻的波形图，虚线是后首次出现的波形图.已知波沿 轴正
方向传播，波源到浅海区的水平距离 ，求海啸波到浅海区的时间
；
【答案】
【解析】由图甲得波长
依题意有
波速，又
解得， .
图3-5
（2）第（1）问中的海啸波进入浅海区后的波形（忽略海水深度变化引起的波形变
化）变为如图乙所示，若浅海区到达海岸的水平距离为 ，求该海啸波从进入
浅海区到波谷最先到达海岸的时间 .
【答案】
【解析】由图乙得波的振幅，波长
海啸波在浅海区的传播速度
故波谷最先到达海岸的时间 .
本题研究海啸的形成及海啸波的传播，引导学生认识物理研究是对自然现象进行抽
象的创造性工作，培养探索身边物理问题的兴趣，关注科学为人类生活服务的事件，
利用科学知识防灾救灾，培养科学态度与责任.
问题情境3 降噪耳机——科学技术
例6 为了降低噪声带来的影响，人们通常在声源处、传播过程中以及人耳处采取措
施.耳机通常会采取两种方式降噪——被动降噪与主动降噪.被动降噪方式主要是通过
物理隔绝或者耳机上的特殊结构尽量阻挡噪声.主动降噪方式通常是在耳机内设置两
个麦克风，一个麦克风用来收集周围环境中的噪声信号，有助于耳机的处理器能够
预测下一时刻的噪声情况，并产生相应的抵消声波；另一个麦克风用来检测合成后
的噪声是否变小，如图3-6所示，有助于处理器进一步优化抵消声波，达到最佳的降
噪效果.根据上述信息及所学的知识可以判断( )
图3-6
A.被动降噪方式利用了声波的多普勒效应
B.主动降噪时产生的理想抵消声波和噪声声波
频率、振幅都相同，相位相反
C.无论主动降噪方式还是被动降噪方式，都可
以使进入人耳的声波频率变小
D.无论主动降噪方式还是被动降噪方式，都是
利用了声波的衍射现象
√
本题以降噪耳机的降噪方式为背景进行命题，考查波的干涉的条件和原理，引导学
生关注科学技术的发展.
【解析】被动降噪方式主要是通过物理隔绝或者耳机上的特殊结构尽量阻挡噪声，
并不是利用了声波的多普勒效应，故A错误；主动降噪耳机利用了波的干涉原理，
抵消声波与噪声声波的振幅、频率相同，相位相反，两列波叠加后相互抵消来实现
降噪，故B正确，D错误；声波的频率取决于波源，所以无论主动降噪方式还是被动
降噪方式都不会改变进入人耳的声波频率，C错误.
尖子生 强基自招
命题点 多普勒效应
设波源、观察者以及它们的运动方向在同一直线上，观察者相对介质的速度记为 ，
指向波源为正；波源相对于介质的速度记为，指向观察者为正；介质中的波速为 ，
波源、观察者相对介质静止时，观察者接收到的频率为 ，当波源和观察者同时运动
时，观察者接收到的频率为,则 .
例7 （清华大学夏令营试题）一辆汽车以 的速度向前行驶，在与之平行的高
速铁路上迎面开过来一趟鸣笛的动车.交错之后,汽车上的人听到的鸣笛声比交错前降
低了一个八度,即频率减半.空气中声速取 ,则动车速度是( )
B
A. B. C. D.
【解析】设汽车的速度为,动车的速度为,声速为,声源频率为 ，交错前，有
，交错后有，其中，联立解得 .所以B选
项正确.
【学会了吗丨变式题】
1.（清华大学领军计划试题）一辆警车以 的速度向前行驶,对正在警车前方
的汽车用设备进行探测,测试仪发出声波的频率为,接收频率为 .空气中声
速取 ,则前车的速度约为( )
D
A. B. C. D.
【解析】设警车的速度为，汽车的速度为，声速为 ，则汽车接收到的声波频率
为 ，汽车将此频率的声波向警车反射回去，警车接收到的频率为
，从而，解得 .所以D选项正确.
图3-7
2.（清华大学领军计划试题）如图3-7所示,一观察者位于波源
和反射屏之间,观察者和波源的连线与反射屏垂直,波源和反射
屏的速率均为,方向相反,观察者的速率为 ,方向向右.已知波
源频率为,波速为 ,介质静止,则观察者接收到的波源发出的波
的频率与经反射屏反射后的波的频率差 为( )
A
A. B. C. D.
【解析】观察者接收到波源发出波的频率为 ，反射屏接收到波源发出波的
频率为，观察者接收到反射屏发出波的频率为 ，
观察者接收到的频率差为 ，选项A正确.
刷真题 体验高考
图3-8
1.（2023·黑吉辽卷改编，多选）“球鼻艏”是
位于远洋轮船船头水面下方的装置，当轮船
以设计的标准速度航行时，球鼻艏推起的波
与船首推起的波如图3-8所示，两列波的叠加
可以大幅度减小水对轮船的阻力.下列现象的
物理原理与之相同的是( )
BD
A.插入水中的筷子，看起来折断了 B.主动式降噪耳机，有效降低噪音
C.驶近站台的火车，汽笛音调变高 D.振动音叉的周围，声音忽高忽低
【解析】
选项 分析 正误
A 插入水中的筷子看起来折断了，是光的折射现象，与该问题的物理 原理不相符.
B 主动式降噪耳机降低噪音，是波的叠加造成的干涉现象，与该问题 的物理原理相符. √
C 驶近站台的火车汽笛音调变高是多普勒效应，与该问题的物理原理 不相符.
D 振动音叉的周围声音忽高忽低，是声音的叠加造成的干涉现象，与 该问题的物理原理相符. √
图3-9
2.（2023·浙江1月选考科目试题）主动降噪耳机能收集
周围环境中的噪声信号，并产生相应的抵消声波，某一
噪声信号传到耳膜的振动图像如图3-9所示，取得最好降
噪效果的抵消声波（声音在空气中的传播速度为
）( )
B
A.振幅为
B.频率为
C.波长应为 的奇数倍
D.在耳膜中产生的振动与图中所示的振动同相
【解析】主动降噪耳机利用的是波的干涉原理，根据波的干涉条件可知，抵消声波
与噪声信号的振幅、频率相同，相位相反，二者叠加后才能相互抵消以实现降噪，
故抵消声波的振幅为 ，A错误；抵消声波与噪声信号的频率相同，由题图可知
,故 ，B正确；抵消声波与噪声信号的波速、频率相同，
则波长也相同，为，为 的偶数倍，C错误；
抵消声波在耳膜中产生的振动与题图中所示的振动反相，D错误.
3.（2024·江苏卷）如图3-10所示，水面上有、、三点共线，，
时刻在点的水面给一个振动，时刻开始振动，则 振动的时刻为( )
图3-10
B
A. B. C. D.
【解析】在同种介质中机械波的传播速度不变，设，则 ，
，振动的时刻为 ,故选B.
4.（2024·全国甲卷，多选）一列简谐横波沿轴传播，周期为， 时刻的波形
曲线如图3-11所示，此时介质中质点向 轴负方向运动，下列说法正确的是
( )
ACD
图3-11
A.该波的波速为
B.该波沿 轴正方向传播
C.时质点和质点 的运动方向相反
D.时介质中质点向 轴负方向运动
E.时介质中质点 的速率达到最大值
【解析】由题图可知波长为，则该波的波速为 ，故
A正确；题图所示时刻介质中质点向轴负方向运动，根据微平移法可知，该波沿
轴负方向传播，故B错误；由于质点和质点 之间的距离为半个波长，则同一时刻
质点和质点的振动完全相反，所以时质点和质点 的运动方向相反，故
C正确；时刻质点处于波峰位置，则时，质点 刚好经过平衡位
置向轴负方向运动，故D正确；时刻质点处于平衡位置向 轴负方向运动，
则时，质点刚好处于波峰位置，此时质点的速率为0，故 错误.故选
A、C、D.
图3-12
5.（2022·山东卷，多选）一列简谐横波沿 轴传播，平衡位
置位于坐标原点的质点振动图像如图3-12所示.当 时，
简谐波的波动图像可能正确的是( )
AC
A. B. C. D.
【解析】
由题可获取信息如下：
图像信息 物理量及其关系
通过分析时平衡位置位于坐标原点 的质点的位移及振动方向确定波形图.
6.（2023·湖北卷）一列简谐横波沿轴正向传播，波长为，振幅为 ，介
质中有和两个质点，其平衡位置分别位于和处.某时刻 质
点的位移为，且向轴正方向运动.从该时刻开始计时， 质点的振动图像为
( )
A
A. B. C. D.
【解析】
分析 依据 结论
分析 依据 结论
振动图像
续表
7.（2022·浙江6月选考科目试题，多选）位于的波源从 时刻开始振
动，形成的简谐横波沿轴正负方向传播，在时波源停止振动， 时
的部分波形如图3-13所示，其中质点的平衡位置，质点 的平衡位置
.下列说法正确的是( )
BD
图3-13
A.沿 轴正负方向传播的波发生干涉
B. 时，波源的位移为正
C.时，质点沿 轴负方向振动
D.在0到内，质点运动总路程是
【解析】波从波源发出后，向 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，波的波长，由题意可知 内波传播
四分之一波长，可得，解得，根据同侧法结合 时的波形图
可知，波源的起振方向向上，即 时，波源向上振动，位移为正，
故B正确；从到历时，即 ，结合题图可知，
时，质点的位移为正且向轴正方向运动，故C错误；波传到 点所需的时
间，在0到内，质点振动的时间为 ，
则质点运动总路程 ，故D正确.
图3-14
8.（2024·山东卷，多选）甲、乙两列简谐横波
在同一均匀介质中沿 轴相向传播，波速均为
.时刻二者在 处相遇，波形图
如图3-14所示.关于平衡位置在 处的质点
，下列说法正确的是( )
BC
A.时， 偏离平衡位置的位移为0
B.时，偏离平衡位置的位移为
C.时，向 轴正方向运动
D.时，向 轴负方向运动
【解析】在 内，甲、乙两列波传播的距离均为
根据微平移法可知，时，图中处甲波的波谷刚好传到 处，图中
处乙波的平衡位置的振动刚好传到处，根据波的叠加原理可知，
时，偏离平衡位置的位移为 ，故A错误，B正确.
在 内，甲、乙两列波传播的距离均为
根据微平移法可知，时，图中处甲波的平衡位置的振动刚好传到 处，
图中处乙波的平衡位置的振动刚好传到处，且此时两列波的振动都沿 轴正
方向，根据波的叠加原理可知，时，向 轴正方向运动，故C正确，D错误.
故选B、C.