高中物理 第二章 機械波 5 波的干涉、衍射 6 多普勒效應課件 教科版選修34

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1、5波的干涉、衍射 6多普勒效應第二章機械波學習目標1.知道波的疊加原理，知道波的干涉現(xiàn)象實質(zhì)上是波的一種特殊的疊加現(xiàn)象.2.知道波的干涉圖樣的特點，理解形成穩(wěn)定干涉圖樣的條件.3.知道波的衍射現(xiàn)象，理解波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件.4.了解多普勒效應，能運用多普勒效應解釋一些物理現(xiàn)象.內(nèi)容索引重點探究啟迪思維 探究重點達標檢測檢測評價 達標過關(guān)自主預習預習新知 夯實基礎自主預習自主預習一、波的疊加原理一、波的疊加原理1.波的疊加原理在幾列波傳播的重疊區(qū)域內(nèi)，質(zhì)點要 參與由幾列波引起的振動，質(zhì)點的總位移等于各列波單獨存在時在該處引起的振動位移的 .2.理解(1)如果介質(zhì)中某些質(zhì)點處于兩列波波峰與波峰

2、、波谷與波谷相遇處，則振動 (填“加強”或“減弱”)，合振幅將 (填“增大”“不變”或“減小”).(2)如果質(zhì)點處于波峰與波谷相遇處，則振動 (填“加強”或“減弱”)，合振幅 (填“增大”“不變”或“減小”).同時矢量和加強增大減弱減小二、波的干涉現(xiàn)象二、波的干涉現(xiàn)象1.波的干涉： 的兩列波疊加，使介質(zhì)中某些區(qū)域的質(zhì)點振動始終 ，另一些區(qū)域的質(zhì)點振動始終 ，并且這兩種區(qū)域互相間隔、位置 .這種穩(wěn)定的疊加現(xiàn)象(圖樣)叫做波的干涉.2.產(chǎn)生干涉的一個必要條件是兩列波的 必須相同.3.波的干涉現(xiàn)象是在特殊條件下波的 . 只要滿足一定條件都能發(fā)生干涉現(xiàn)象.頻率相同加強減弱保持不變疊加頻率一切波三、波的

3、衍射現(xiàn)象三、波的衍射現(xiàn)象1.波的衍射波能夠繞到 的后面?zhèn)鞑サ默F(xiàn)象.2.波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件當縫的寬度或障礙物的尺寸大小與 相差不多或比 小時，就能看到明顯的衍射現(xiàn)象.3.波的衍射的普遍性一切波都可發(fā)生 現(xiàn)象.障礙物波長波長衍射四、多普勒效應及其應用四、多普勒效應及其應用1.定義：當觀測者和波源之間有相對運動時，觀測者測得的頻率與波源頻率 .2.成因(1)波源S與觀測者A相對于介質(zhì)都靜止時，觀測者單位時間內(nèi)接收到的完整波的數(shù)目與單位時間內(nèi)波源發(fā)出的 ，所以，觀測者接收到的頻率和波源的振動頻率 .(2)當觀測者與波源兩者相互靠近時，觀測者在單位時間內(nèi)接收到的完整波的數(shù)目 ，接收到的頻率將 波源

4、振動的頻率.不同相同相同增多大于(3)當觀測者與波源兩者相互遠離時，觀測者在單位時間內(nèi)接收到的完整波的數(shù)目 ，接收到的頻率將 波源振動的頻率. 3.應用(1)測量心臟血流速度；(2)測定人造衛(wèi)星位置的變化；(3)測定流體的流速；(4)檢查車速；(5)判斷遙遠的天體相對于地球的運動速度.減少小于1.判斷下列說法的正誤.(1)只有當障礙物的尺寸與波長差不多或比波長小時，才會發(fā)生衍射現(xiàn)象.()(2)敲擊音叉使其發(fā)聲，然后轉(zhuǎn)動音叉，聽到聲音忽強忽弱是聲波的干涉現(xiàn)象.()(3)只有頻率相同的兩列波才可以疊加.()(4)當波源和觀察者向同一個方向運動時，一定發(fā)生多普勒效應.()即學即用即學即用答案2.兩個

5、頻率、振動方向、初始相位均相同的波源S1、S2，產(chǎn)生的波在同一介質(zhì)中傳播時，某時刻t形成如圖1所示的干涉圖樣，圖樣中兩波源S1、S2同時為波谷(實線表示波峰，虛線表示波谷)，在圖中標有A、B、C三個點，則振動加強的點是_，振動減弱的點是_.答案圖1A、BC解析解析由題圖可知A點為波峰與波峰相遇，是振動加強點；B點是波谷與波谷相遇，是振動加強點；C點是波峰與波谷相遇，是振動減弱點.解析重點探究重點探究一、波的疊加導學探究導學探究(1)兩個同學分別抓住繩子的兩端，各自抖動一下，繩上產(chǎn)生兩列凸起且相向傳播的波，兩列波相遇后是否還保持原來的運動狀態(tài)繼續(xù)傳播？答案答案兩列波相遇后仍然保持原來各自的運動狀

6、態(tài)繼續(xù)傳播，并沒有受到另一列波的影響.(2)當教室內(nèi)樂隊合奏時，我們聽到的某種樂器的聲音與這種樂器獨奏時發(fā)出的聲音是否相同？這種聲音是否受到了其他樂器的影響？答案答案相同，沒有受到其他樂器的影響.答案知識深化知識深化對波的疊加的理解對波的疊加的理解(1)波的獨立傳播特性：幾列波相遇時各自的波長、頻率等運動特征，不受其他波的影響.(2)波的疊加原理：在幾列波重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點同時參與這幾列波引起的振動，質(zhì)點的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的位移的矢量和.例例1(多選)如圖2所示，波源S1在繩的左端發(fā)出頻率為f1、振幅為A1的半個波形a，同時另一個波源S2在繩的右端發(fā)出頻率為f2、振幅為A2

7、的半個波形b，且f1f2，P為兩個波源連線的中點.已知機械波在介質(zhì)中傳播的速度只由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定.下列說法正確的是答案解析A.兩列波相比，a波將先到達P點B.兩列波在P點疊加時，P點的位移最大可達A1A2C.b的波峰到達P點時，a的波峰還沒有到達P點D.兩列波相遇時，繩上位移可達A1A2的點只有一 個，此點在P點的左側(cè) 圖2解析解析因兩列波波速相等，故兩列波能同時到達P點，A錯誤；因f12，故當兩列波同時到達P點時，a波的波峰離P點的距離比b波的波峰離P點的距離大，因此兩波峰不能同時到達P點，兩波峰應相遇在P點左側(cè)，此位置對應的位移為A1A2，位移最大，綜上所述，B錯誤，C、D正確.二、波

8、的干涉導學探究導學探究如圖3所示，與振動發(fā)生器相連的兩個小球，在振動發(fā)生器的帶動下上下振動，形成兩個振動頻率和振動步調(diào)相同的波源，在水面上形成兩列步調(diào)、頻率相同的波，兩列波在水面上相遇時，能觀察到什么現(xiàn)象？如果改變其中一個小球振動的快慢，還會形成這種現(xiàn)象嗎？答案答案在水面上出現(xiàn)一條條從兩個波源中間伸展開的相對平靜的區(qū)域和劇烈振動的區(qū)域.改變其中一個小球振動的快慢，這種現(xiàn)象將消失.答案圖3知識深化知識深化對波的干涉的理解對波的干涉的理解(1)發(fā)生干涉的條件：兩列波的頻率相同；相位差恒定.(2)產(chǎn)生穩(wěn)定干涉圖樣的兩列波的振幅越接近，干涉圖樣越明顯.(3)干涉圖樣及其特點干涉圖樣：如圖4所示.圖4特

9、點a.加強區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變.b.加強區(qū)始終加強，減弱區(qū)始終減弱(加強區(qū)與減弱區(qū)不隨時間變化).c.加強區(qū)與減弱區(qū)互相間隔.(4)振動加強點和振動減弱點振動加強點：振動的振幅等于兩列波振幅之和，AA1A2.振動減弱點：振動的振幅等于兩列波振幅之差，A|A1A2|.振動加強點和振動減弱點的判斷a.條件判斷法：振動頻率相同、振動情況完全相同的兩波疊加時，設點到兩波源的路程差為x，當x|x2x1|k(k0,1,2，)時為振動加強點；當x|x2x1|(2k1) (k0,1,2，)時為振動減弱點.若兩波源振動步調(diào)相反，則上述結(jié)論相反.b.現(xiàn)象判斷法：若某點是波峰與波峰或波谷與波谷相遇，該點為振動加

10、強點，若是波峰與波谷相遇，則為振動減弱點.例例2如圖5所示，S1、S2是兩個步調(diào)完全相同的相干波源，其中實線表示波峰，虛線表示波谷.若兩列波的振幅均保持5 cm不變，關(guān)于圖中所標的a、b、c、d四點，下列說法中正確的是A.d點始終保持靜止不動B.圖示時刻質(zhì)點c的位移為零C.b點振動始終加強，c點振動始終減弱D.圖示時刻，b、c兩點的豎直高度差為10 cmE.a點振動介于加強點和減弱點之間答案解析圖5解析解析點d是波峰與波谷相遇，振動減弱，振幅為零，故保持靜止，故A正確；b點是波峰與波峰相遇，c點是波谷與波谷相遇，它們均屬于振動加強點，由于振幅是5 cm，則b點相對平衡位置高10 cm，而c點相

11、對平衡位置低10 cm，所以b、c兩點的豎直高度差為20 cm，故B、C、D錯誤；a點位于加強點的連線上，仍為加強點，E錯誤.總結(jié)提升總結(jié)提升振動加強點和振動減弱點的理解：不能認為振動加強點的位移始終最大，振動減弱點的位移始終最小，而應該是振幅增大的點為振動加強點，其實這些點也在振動，位移可以為零；振幅減小的點為振動減弱點.例例3如圖6甲所示，在xOy平面內(nèi)有兩個沿z方向做簡諧振動的點波源S1(0,4)和S2(0，2).兩波源的振動圖線分別如圖乙和圖丙所示.兩列波的波速均為1.00 m/s.兩列波從波源傳播到點A(8，2)的路程差為_m，兩列波引起的B(4,1)處質(zhì)點的振動相互_(填“加強”或

12、“減弱”)，C(0,0.5)處質(zhì)點的振動相互_(填“加強”或“減弱”).答案解析圖62減弱加強解析解析由題圖可知兩波的波長都為vT2 m.由幾何關(guān)系可知兩波源到A點的距離為AS110 m，AS28 m，所以兩波的路程差為2 m；同理可得，BS1BS20，為波長的整數(shù)倍，由振動圖像知兩振源振動情況相反，故B點振動減弱；兩波源到C點的路程差為xCS1CS21 m，所以C點振動加強.方法點撥方法點撥根據(jù)條件判斷法來確定振動加強點和振動減弱點時，一定要注意兩波源的振動情況是相同還是相反.三、波的衍射導學探究導學探究如圖7所示是一個可觀察水波衍射的水波發(fā)生槽，振源的頻率是可以調(diào)節(jié)的，槽中放置兩塊可移動的

13、擋板形成寬度可調(diào)節(jié)的小孔，觀察水波的傳播，也可以在水槽中放置寬度不同的擋板，觀察水波的傳播.思考下列問題：(1)水波遇到小孔時，會觀察到什么現(xiàn)象？逐漸減小小孔尺寸，觀察到的現(xiàn)象有什么變化？答案答案水波遇到小孔時，水波能穿過小孔，并能到達擋板后面的“陰影區(qū)”，小孔的尺寸減小時，水波到達“陰影區(qū)”的現(xiàn)象更加明顯.答案圖7(2)當水波遇到較大的障礙物時，會觀察到什么現(xiàn)象？當障礙物較小時，會觀察到什么現(xiàn)象？答案答案當水波遇到較大的障礙物時，將會返回，當障礙物較小時，波能繼續(xù)向前傳播.答案知識深化知識深化1.關(guān)于衍射的條件：應該說衍射是沒有條件的，衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都可以發(fā)生衍射.衍射只有“明顯

14、”與“不明顯”之分，障礙物或小孔的尺寸跟波長差不多，或比波長小是產(chǎn)生明顯衍射的條件.2.波的衍射實質(zhì)分析：波傳到小孔(障礙物)時，小孔(障礙物)仿佛是一個新波源，由它發(fā)出的與原來同頻率的波在小孔(障礙物)后傳播，就偏離了直線方向.波的直線傳播只是在衍射現(xiàn)象不明顯時的近似情況.例例4(多選)如圖8所示是觀察水面波衍射的實驗裝置.AC和BD是兩塊擋板，AB是一個孔，O是波源.圖中已畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況，每兩條相鄰波紋(圖中曲線)之間的距離表示一個波長，則關(guān)于波經(jīng)過孔之后的傳播情況，下列描述中正確的是A.此時能觀察到波明顯的衍射現(xiàn)象B.擋板前后波紋間距離相等C.如果將孔AB擴大，有可能觀察不

15、到明顯的衍射現(xiàn)象D.如果孔的大小不變，使波源頻率增大，能觀察到更 明顯的衍射現(xiàn)象答案解析圖8解析解析由題圖可知孔的尺寸與波長差不多，能觀察到波明顯的衍射現(xiàn)象，故選項A對；因波的傳播速度不變，頻率不變，故波長不變，即擋板前后波紋間距離應相等，故選項B對；若將孔AB擴大，使孔的尺寸大于波長，則可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象，故選項C對；若f增大，由 知變小，衍射現(xiàn)象變得不明顯了，故選項D錯.四、多普勒效應導學探究導學探究警車鳴笛從你身邊飛速駛過，對于警車向你靠近和警車遠離的過程，你會聽到警笛的聲音在變化.思考下列問題：(1)你聽到警笛的音調(diào)有何不同？(2)實際上警笛的音調(diào)會變化嗎？(3)聽到音調(diào)發(fā)生變

16、化的原因是什么？答案答案(1)警車駛來時，音調(diào)變高；警車遠離時音調(diào)變低.(2)實際上警笛的音調(diào)不會變化.(3)警車與觀察者如果相互靠近，觀察者接收到的頻率增大；如果二者相互遠離，觀察者接收到的頻率減小，因此會感覺警笛音調(diào)發(fā)生變化.答案知識深化知識深化對多普勒效應的理解對多普勒效應的理解(1)多普勒效應是波共有的特征，不僅機械波，光波和電磁波也都會發(fā)生多普勒效應.(2)發(fā)生多普勒效應時，波源發(fā)出的頻率不變，變化的是觀察者接收到的頻率.(3)多普勒效應產(chǎn)生的原因分析相對位置變化與頻率的關(guān)系(規(guī)律)： 相對位置圖示結(jié)論波源S和觀察者A相對靜止，如圖所示f觀察者f波源音調(diào)不變波源S不動，觀察者A運動，

17、由AB或AC，如圖所示若靠近波源，由AB，則f觀察者f波源，音調(diào)變高；若遠離波源，由AC，則f觀察者f波源音調(diào)變高成因歸納：根據(jù)以上分析可以知道，發(fā)生多普勒效應時，一定是由于波源與觀察者之間發(fā)生了相對運動且他們之間的距離發(fā)生變化.例例5關(guān)于多普勒效應，下列說法中正確的是A.發(fā)生多普勒效應時，波源頻率發(fā)生了變化B.要發(fā)生多普勒效應，波源和觀察者必須有相對運動且他們之間的距離 發(fā)生變化C.火車向你駛來時，你聽到的汽笛聲音調(diào)變低，火車離你遠去時，你聽 到的汽笛聲音調(diào)變高D.只有聲波才能發(fā)生多普勒效應答案解析解析解析發(fā)生多普勒效應時，波源頻率并沒有發(fā)生變化，波源和觀察者必須有相對運動，且他們之間的距離

18、發(fā)生變化，故A錯誤，B正確；根據(jù)多普勒效應可知，當波源和觀察者間距變小，觀察者接收到的頻率一定比波源頻率高.當波源和觀察者間距變大，觀察者接收到的頻率一定比波源頻率低，故C錯誤；所有波都能發(fā)生多普勒效應，故D錯誤. 歸納總結(jié)歸納總結(jié)多普勒效應的判斷方法多普勒效應的判斷方法1.確定研究對象(波源與觀察者).2.確定波源與觀察者兩者間距是否發(fā)生變化.若有變化，能發(fā)生多普勒效應，否則不發(fā)生.3.判斷：當兩者遠離時，觀察者接收到的波的頻率變小，當兩者靠近時，觀察者接收到的波的頻率變大，但波源的頻率不變.針對訓練針對訓練(多選)火車上有一個聲源發(fā)出頻率一定的音樂.當火車靜止，觀察者也靜止時，觀察者聽到并

19、記住了這個音樂的音調(diào).以下情況中，觀察者聽到這個音樂的音調(diào)比原來降低的是A.觀察者靜止，火車向他駛來B.火車靜止，觀察者乘汽車向著火車運動C.觀察者靜止，火車離他遠去D.火車靜止，觀察者乘汽車遠離火車運動答案解析解析解析根據(jù)多普勒效應可知，當波源和觀察者間距離變小，觀察者接收到的頻率一定比波源頻率高.當波源和觀察者間距離變大，觀察者接收到的頻率一定比波源頻率低.觀察者聽到這個音樂的音調(diào)比原來降低，即接收到的聲波頻率降低，說明觀察者和火車之間的距離在變大.所以A、B錯誤，C、D正確.達標檢測達標檢測12341.(波的疊加波的疊加)(多選)兩個不等幅的脈沖波在均勻介質(zhì)中均以1.0 m/s的速率沿同

20、一直線相向傳播，t0時刻的波形如圖9所示，圖中小方格的邊長為0.1 m.則不同時刻的波形正確的是答案解析圖91234解析解析脈沖波在介質(zhì)中傳播，xvt，當t0.3 s時，兩脈沖波各沿波的傳播方向傳播0.3 m，恰好相遇，故A正確.當t0.4 s、0.5 s、0.6 s時，兩脈沖波各沿波的傳播方向傳播0.4 m、0.5 m、0.6 m，由波的疊加原理可知B、D正確，C錯誤. 12342.(波的干涉波的干涉)(多選)圖10表示兩個相干波源S1、S2產(chǎn)生的波在同一種均勻介質(zhì)中相遇.圖中實線表示波峰，虛線表示波谷，b、d、f在一條直線上，下列說法正確的是A.a、c兩點的振動加強，b、d兩點的振動減弱B

21、.e、f兩點的振動介于加強點和減弱點之間C.經(jīng)適當?shù)臅r間后，加強點和減弱點的位置互換D.經(jīng)半個周期后，原來位于波峰的點將位于波谷，原來位于波谷的點將 位于波峰 答案解析圖10解析解析波的干涉示意圖表示某一時刻兩列相干波疊加的情況，形成干涉圖樣的所有介質(zhì)質(zhì)點都在不停地振動著，其位移的大小和方向都在不停地變化著.但要注意，對穩(wěn)定的干涉，振動加強區(qū)域和減弱區(qū)域的空間位置是不變的.a點是波谷和波谷相遇的點，c點是波峰和波峰相遇的點，都是振動加強的點，而b、d兩點都是波峰和波谷相遇的點，是振動減弱的點，A正確；e點位于加強點的連線上，也為加強點，f點位于減弱點的連線上，也為減弱點，B錯誤；相干波源疊加產(chǎn)

22、生的干涉是穩(wěn)定的，不會隨時間變化，C錯誤；因形成干涉圖樣的介質(zhì)質(zhì)點也在不停地做周期性振動，故經(jīng)半個周期步調(diào)相反，D正確. 123412343.(波的衍射波的衍射)一列波在傳播過程中通過一個障礙物，發(fā)生了一定程度的衍射，一定能使衍射現(xiàn)象更明顯的措施是A.增大障礙物尺寸，同時增大波的頻率B.增大障礙物尺寸，同時減小波的頻率C.縮小障礙物尺寸，同時增大波的頻率D.縮小障礙物尺寸，同時減小波的頻率答案解析1234解析解析波在介質(zhì)中傳播時波速是由介質(zhì)決定的，與波的頻率無關(guān)，所以改變波的頻率不會改變波速，但由vf可知，當波速一定時，減小頻率則波長增大，而發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物或孔、縫的尺寸比波長小或相差不多，所以縮小障礙物的尺寸，同時減小波的頻率會使衍射現(xiàn)象更明顯，D選項正確.1234A.觀察者接收到聲源在A點發(fā)出聲音的頻率大于600 HzB.觀察者接收到聲源在B點發(fā)出聲音的頻率等于600 HzC.觀察者接收到聲源在C點發(fā)出聲音的頻率等于600 HzD.觀察者接收到聲源在D點發(fā)出聲音的頻率小于600 Hz4.(對多普勒效應的理解對多普勒效應的理解)(多選)一頻率為600 Hz的聲源以20 rad/s的角速度沿一半徑為0.80 m的圓周做勻速圓周運動，一觀察者站在離圓心很遠的P點且相對于圓心靜止，如圖11所示，下列判斷正確的是答案圖11