高考一輪復習學案114波的反射折射干涉衍射及多普勒效應

1、第 4 課時波的反射、折射、干涉、衍射及多普勒效應基礎知識歸納1.波的特征：干涉與衍射(1)波的疊加原理：當兩列機械波在某區(qū)域相遇時，都會引起該區(qū)域質(zhì)點振動，它們同時傳播到某點時，該點振動的位移是兩列波各自引起該質(zhì)點振動位移的矢量和.(2)波的獨立傳播原理：幾列波在相遇區(qū)域疊加后分開，就像從來沒有相遇過一樣，各自獨立傳播.(3)波的衍射：當波傳播過程中遇到障礙物時，它將繞過障礙物，傳播到障礙物的后面去.發(fā)生明顯衍射的條件是：障礙物或孔的尺寸跟波長差不多，或者比波長更小.(4)波的干涉：當兩列波頻率相等，波源振動的相位差保持恒定，那么就會出現(xiàn)干涉現(xiàn)象振動加強與減弱的區(qū)域相互間隔，且加強區(qū)域永遠加

2、強，減弱區(qū)域永遠減弱.2.多普勒效應當波源與觀察者之間有相對運動時，觀察者會感覺到波的頻率與兩者相對靜止時不同.設波源的振動頻率為f0，則當兩者相對遠離時，觀察者感覺到頻率減小，當兩者相對靠近時，觀察者感覺到頻率增大.這是高速公路上用超聲波測量汽車車速的原理，也是天文學上測量星體運動速度的主要方法.3.聲波人的可聞聲波頻率在20 Hz到20 000 Hz之間，頻率高于20 000 Hz的聲波叫超聲波，頻率低于20 Hz的聲波叫次聲波.4.波的反射和折射(1)惠更斯原理：介質(zhì)中任一波面上的各點，都可以看做發(fā)射子波的波源，其后任意時刻，這些子波在波前進方向上的包絡面就是新的波面.如果知道某時刻一列

3、波的某個波面的位置，還知道波速，利用惠更斯原理可以得到下一時刻這個波面的位置，從而可確定波的前進方向.(2)波的反射：指波遇到介質(zhì)界面會返回來繼續(xù)傳播的現(xiàn)象.反射現(xiàn)象：反射角等于入射角；反射波的波長、頻率和波速都與入射波相同.(3)波的折射：波從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時，波的波速通常會發(fā)生改變的現(xiàn)象.折射現(xiàn)象：發(fā)生折射時波的頻率不變，波長、波速改變；入射角的正弦跟折射角的正弦之比，等于波在第一種介質(zhì)中的波速與第二種介質(zhì)中的波速之比，即.折射的兩種情況：若v1>v2，則1>2，即波從波速大的介質(zhì)進入波速小的介質(zhì)時，波線向法線偏近.若v1< v2，則1<2，即波從波速小的介

4、質(zhì)進入波速大的介質(zhì)時，波線遠離法線.重點難點突破一、波的反射定律與折射定律1.反射定律：入射波線、法線、反射波線位于同一平面內(nèi)，且反射角等于入射角.反射波的波長、頻率、波速都與入射波相同.2.折射定律：入射角的正弦與折射角的正弦之比等于波在第一種介質(zhì)中的速度與在第二種介質(zhì)中的速度之比，即.二、波的干涉分析1.在波的傳播過程中，介質(zhì)中質(zhì)點的振動頻率相同，但步調(diào)不一致，離波源越遠的質(zhì)點振動越滯后，每推移一個波長滯后一個周期.滯后一個周期的兩個質(zhì)點的振動步調(diào)一致，為同相振動；每推移半個波長滯后1/2個周期，滯后1/2個周期的兩個質(zhì)點的振動步調(diào)相反，為反相振動.波源S1、S2產(chǎn)生的兩列波在同一介質(zhì)中傳

5、播，介質(zhì)中各質(zhì)點同時參與兩個振源引起的振動，質(zhì)點的振動為這兩個振動的矢量和.2.兩列波產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的必要條件：兩列波要產(chǎn)生干涉，頻率相同是首要條件.假設頻率不同，在同一種介質(zhì)中傳播的波其波長就不相等，在某時刻的某點(設為P點)為兩列波的波峰相遇點，振動加強，但此后兩列波并不總使P點的振動加強，也可以是波峰與波谷相遇，使振動減弱，這樣不能形成穩(wěn)定的加強點和減弱點.因此我們就看不到穩(wěn)定的干涉圖樣，只能看到振動的疊加現(xiàn)象.3.振動加強點是波峰與波峰，或波谷與波谷相遇的點，因此很多同學誤認為它的位移總為兩列波的振幅和.實際上，加強點之所以加強是因為兩列波在此的位移總是同向，使質(zhì)點振動的位移比單列波在此

6、引起的位移大.所以加強點的位移應是兩列波正的位移之和與負的位移之和之間的任意位移.加強點振幅是兩列波的振幅之和，同理減弱點的位移為兩列波單獨存在時的位移矢量和.三、衍射條件與明顯衍射條件一切波都能發(fā)生衍射，即使現(xiàn)象不明顯，不易觀察，也一定發(fā)生了衍射現(xiàn)象，而明顯衍射現(xiàn)象是障礙物(或孔)的尺寸比波長小或跟波長差不多時才會發(fā)生.明顯衍射發(fā)生時，并不一定能清楚地觀察到，如當孔遠小于水波波長時，衍射應當非常明顯，但因孔很小，單位時間內(nèi)通過的能量很小，水波將非常弱，不易看清楚.典例精析1.識別各種波現(xiàn)象【例1】對聲波的各種現(xiàn)象，以下說法正確的是( BC )A.在空房子里講話，聲音特別響，這是聲音的共鳴現(xiàn)象

7、B.繞正在發(fā)音的音叉走一圈，可以聽到忽強忽弱的聲音，這是聲音的干涉現(xiàn)象C.古代某和尚房里掛著的磬常自鳴自響，屬于聲波的共鳴現(xiàn)象D.把耳朵貼在鐵軌上可以聽到遠處的火車聲，屬于聲波的衍射現(xiàn)象【解析】空房中說話的聲音特響是聲音不斷反射的結果，與共鳴無關，A錯；音叉有兩叉股，是典型的兩個相干波源，所以B對； 掛著的磬常自鳴自響是共鳴，原因是并非任何時刻它都會自鳴自響，只是在外界傳來與磬的固有頻率差不多的聲音時才會響，故C對；耳朵貼鐵軌是聲音在固體里傳播得快且損耗比較小而被聽見的，與波的衍射沒有關系，D錯.【答案】BC【思維提升】理解和區(qū)分自然界和生產(chǎn)生活中各種有關波的現(xiàn)象是解題的關鍵.【拓展1】以下關

8、于波的認識，正確的是( ABCD )A.潛水艇利用聲吶探測周圍物體的分布情況，用的是波的反射原理B.隱形飛機怪異的外形及表面涂特殊吸波材料，是為了減少波的反射，從而達到隱形的目的C.雷達的工作原理是利用波的反射D.水波從深水區(qū)傳到淺水區(qū)改變傳播方向的現(xiàn)象，是波的折射現(xiàn)象【解析】此題考查波的反射、折射現(xiàn)象在實際問題中的應用，聲吶、雷達都是利用接收反射波來進行定位，D選項中水波的傳播方向改變屬于波的折射現(xiàn)象.2.波的反射【例2】某物體發(fā)出的聲音在空氣中的波長為1 m，波速為340 m/s，在海水中的波長為4.5 m，此物體在海面上發(fā)出的聲音經(jīng)0.5 s聽到回聲，則海水深為多少米？【解析】波的頻率f

9、在海水中有v水水fv氣4.5×340 m/s1 530 m/s則海水的深度hv水·1 530××0.5 m382.5 m【思維提升】本題是波的反射的應用，知道不同介質(zhì)中同一列波的頻率是定值是解決本題的關鍵.【拓展2】甲、乙兩人平行站在一堵墻前面，二人相距2a，距墻均為，當甲開了一槍后，乙在時間t后聽到第一聲槍響，則乙在什么時候才聽到第二聲槍響( C )A.聽不到 B.甲開槍后3tC.甲開槍后2tD.甲開槍后t【解析】如圖所示，第一聲槍響是從甲直接傳到乙，所用時間為t第二聲槍響是聲波經(jīng)墻反射后傳到乙，根據(jù)波的反射定律，反射后聲波所走的路程：s24a所需時間

10、t由式解得t2t，故C正確.3.波的疊加【例3】如圖所示，S1和S2是兩個波源，由它們發(fā)出的波頻率相同，相互疊加，實線表示波峰，虛線表示波谷.對于a、b、c三處質(zhì)點的振動情況，下列判斷正確的是()A.b質(zhì)點的振動永遠減弱B.a質(zhì)點永遠是波峰與波峰相遇C.b質(zhì)點在此刻是波谷與波谷相遇D.c質(zhì)點的振動永遠減弱【解析】b質(zhì)點此刻是波谷和波谷相遇，位移為負的最大值，振動是加強的，A錯誤，C正確；a質(zhì)點此刻是波峰與波峰相遇，過半個周期變成波谷與波谷相遇，始終是振動加強點，但并非永遠是波峰與波峰相遇的點，B錯誤；c質(zhì)點此刻是波峰與波谷相遇，過半個周期后是波谷與波峰相遇，c質(zhì)點振動永遠減弱，D正確.【答案】

11、CD【思維提升】振動加強的點并非永遠是峰峰相遇或谷谷相遇，只是該處質(zhì)點振幅最大，它的位移也是隨時間做周期性變化的，在某一時刻，振動加強點的位移可以小于或等于振動減弱處的質(zhì)點的位移.【拓展3】如圖甲所示，沿一條直線相向傳播的兩列波的振幅和波長均相等，當它們相遇時可能出現(xiàn)的波形是圖乙所示的( BC )【解析】當兩列波的前半個波相遇時，根據(jù)波的疊加原理，在前半個波重疊的區(qū)域內(nèi)所有的質(zhì)點振動的合位移為零，而兩列波的后半個波的波形保持不變，所以選項B正確；當兩列波完全相遇時，由波的疊加原理可知，所有質(zhì)點振動的位移均等于每列波單獨傳播時引起的位移的矢量和，使得所有的質(zhì)點振動的位移加倍，所以選項C也是正確的

12、. 易錯門診【例4】水平面上相距為r的兩個點S1、S2同時開始一個向上、一個向下做頻率都為f的簡諧運動，在均勻介質(zhì)中形成了兩列波，波速都是v(rf>nv，n為大于2的自然數(shù)).試確定水平面上振動加強點的位置關系.【錯解】以其中的一個振源作為坐標原點，以指向另一個振源的有向射線作為x軸，建立直角坐標系如圖.設水平面上點P(x，y)，因為S2的坐標為(r,0)，我們得到P到兩個振源的距離差為r|兩列波的波長都是，只有到兩列波的波源的距離差等于波長的整數(shù)倍時，振動是加強的，所以有rkkv/f，(kN)，即|kv/f，(kN)滿足上述方程的點的集合就是水平面上振動加強的點.這是雙曲線，因為到兩點的距離差等于定長的點的軌跡就是雙曲線.【錯因】沒有理解振動加強的點必須是兩列波到達該點時，引起該點的振動相位是相同的.當兩波源同時振動，且振動方向相同的時候，介質(zhì)中的點到它