3.3機械波的傳播現(xiàn)象課件-高二上學期物理粵教版（2019）選擇性必修第一冊

1、第節(jié) 3機械波的傳播現(xiàn)象高中物理 選擇性必修第一冊第三章通過觀察波在彈簧間的傳播現(xiàn)象，知道并能解釋波的反射和折射現(xiàn)象。了解波的干涉和衍射現(xiàn)象，并基于實驗事實分析、歸納干涉與衍射現(xiàn)象產(chǎn)生的條件。通過學習惠更斯原理對衍射現(xiàn)象的解釋，培養(yǎng)應用物理解釋物理現(xiàn)象的觀念。通過觀察波的疊加現(xiàn)象，理解波相遇時的情形，能應用疊加原理解釋波的干涉現(xiàn)象，培養(yǎng)基于實驗結論分析、解釋問題的思維方法，學習物理模型的抽象、建構過程和思想方法。觀察音叉雙臂振動激發(fā)的水波干涉現(xiàn)象，理解干涉現(xiàn)象產(chǎn)生的原因和條件，并能應用干涉的知識解釋實際問題。通過拓展實踐活動，體驗物理學與生活密切聯(lián)系的樂趣。學習目標引入 我們知道，聲音在傳播過

2、程中，遇到障礙物時會發(fā)生反射。對著遠處的峭壁大喊一聲會聽到回聲，就是聲波在峭壁上反射的結果。機械波在傳播過程中經(jīng)常會遇到障礙物或者兩種介質(zhì)的界面，或者與其他的波相遇，此時會產(chǎn)生怎樣的現(xiàn)象呢？一、機械波的衍射與惠更斯原理 1. 波的衍射：水波在遇到小障礙物或者小孔時，能繞過障礙物或穿過小孔繼續(xù)向前傳播，我們把這種現(xiàn)象叫做波的衍射。觀察與思考（1）在水槽里放兩塊擋板，中間留一個狹縫，觀察水波通過狹縫后的傳播情況（圖 甲）。（2）保持水波的波長不變，改變狹縫的寬度，觀察水波的傳播情況有什么變化（圖 乙）。（3）保持狹縫的寬度不變，改變水波的波長，觀察水波的傳播情況有什么變化波長一定的水波通過寬度不同

3、的狹縫現(xiàn)象：水波繞過小孔或障礙物繼續(xù)傳播 說明:衍射是波特有的現(xiàn)象;一切波都能發(fā)生衍射。衍射現(xiàn)象總是存在的,只有明顯和不明顯的差異。波長不同的水波通過寬度一定的狹縫在狹縫寬度一定的情況下，波長對衍射實驗的影響結論： 1、 障礙物較大時對波有影響,較小時對波沒有影響,即障礙物比較小時能發(fā)生明顯衍射.窄縫寬度跟波長相差不多時，有明顯的衍射現(xiàn)象 2、窄縫寬度比波長大得越多，衍射現(xiàn)象越不明顯；窄縫寬度跟波長相比非常大時，水波將直線傳播，觀察不到衍射現(xiàn)象波動中任何一點都可以看作新的波源?；莞乖恚航橘|(zhì)中波動傳到的各點都可以看作是發(fā)射子波的波源，在其后的任一時刻，這些子波的包絡就形成新的波面。對任何波動

4、過程都適用。ABC二、機械波的反射和折射光也是一種機械波，在從空氣進入玻璃中（或從玻璃進入空氣中）時，光發(fā)生了折射和反射現(xiàn)象。實際上，機械波都能夠發(fā)生反射和折射。反射波：振幅減小，波頻率、波速和波長都不變。折射波：振幅變小，頻率不變，波速和波長發(fā)生改變；二、機械波的反射和折射總結：在波的反射中，波的頻率、波速和波長都不變。在波的折射中，頻率不變，波速和波長發(fā)生變化。反射和折射是波的普遍性質(zhì)。思考：如圖所示，一場大雪過后，人們會感到外面萬籟俱靜這是怎么回事？難道是人的活動減少了嗎？提示：剛下過的雪是新鮮蓬松的，它的表面層有許多小氣孔當外界的聲波傳入這些小氣孔時便要發(fā)生反射由于氣孔往往是內(nèi)部大而口

5、徑小所以，僅有少部分波的能量能通過口徑反射回來，而大部分的能量則被吸收掉了所以不是人的活動減少了。三、機械波的干涉觀察與思考：如圖所示，兩列波相遇前、相遇時和相遇后的傳播情況：現(xiàn)象：兩列波在相遇疊加時，每列波都是獨立地保持自己原來的特性，如同在各自的傳播路徑中并沒有遇到其他波一樣。波的疊加原理：兩列波相遇時，相遇區(qū)域中各點位移，就是這兩列波引起的位移的合成。觀察水波的干涉水槽中，波源是固定在同一個振動片上的兩根細桿，當振動片振動時，兩根細桿周期性地觸動水面，形成兩個波源。這兩個波源發(fā)出的是頻率相同的波。兩列波的振動方向也相同，水面質(zhì)點的振動都沿上下方向。由于兩根細桿是同步振動的，所以它們振動的

6、相位差保持不變（總是0）。水波干涉圖樣現(xiàn)象：這兩列波相遇后，在振動著的水面上，出現(xiàn)了一條條從兩個波源中間伸展出來的相對平靜的區(qū)域和激烈振動的區(qū)域，這兩種區(qū)域在水面上的位置是固定的，而且相互隔開三、機械波的干涉【觀察與交流】如圖所示，兩列振幅、頻率、相位都相同的波相向而行。請畫出它們在P1，P2，P3各點附近相遇時的波動情況。三、機械波的干涉1、定義： 頻率相同、相位差恒定、振動方向相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動加強，某些區(qū)域的振動減弱，而且振動加強和振動減弱的區(qū)域相互隔開的現(xiàn)象叫做波的干涉。 波的干涉的示意圖2.振動加強區(qū)和振動減弱區(qū)：（1）條紋最明顯的地方：實線與實線（波峰與波峰）或虛線

7、與虛線（波谷與波谷）相交的地方。（2）條紋最不明顯的地方：實線與虛線相交的地方。（3）條紋最明顯與最不明顯的地方是不變的。說明干涉圖樣是穩(wěn)定的。3發(fā)生穩(wěn)定干涉的條件：頻率相同、相位差恒定、振動方向相同。4一切波都能發(fā)生干涉，干涉是波特有的現(xiàn)象。5. 辨析：振動加強點與振動減弱的點(1)振動加強的點：是指該質(zhì)點振動的振幅始終增大(等于兩列波的振幅之和)，不是質(zhì)點始終處于波峰或波谷，加強點的位移隨時間不斷變化，有的時刻位移為零。(2)振動減弱的點：是指該質(zhì)點振動的振幅始終減小(等于兩列波的振幅之差)，位移的大小也隨時間不斷變化，等于兩列波分別引起位移的大小之差。如果兩列波的振幅相同，則振動減弱點總

8、是處于靜止狀態(tài)，并不振動。6.判斷振動加強和減弱的常用方法(1)條件判斷法振動頻率相同、振動步調(diào)完全相同的兩波源的波疊加時，設某點到兩波源的距離差為r.當rk(k0,1,2)時為加強點當r(2k1) / 2 時為減弱點(k0,1,2)若兩波源振動步調(diào)相反，則上述結論相反(2)現(xiàn)象判斷法若某點總是波峰與波峰(或波谷與波谷)相遇，該點為加強點；若某點總是波峰與波谷相遇，則為減弱點若某點是平衡位置和平衡位置相遇，則讓兩列波再傳播T/4，看該點是波峰和波峰(波谷與波谷)相遇，還是波峰和波谷相遇，從而判斷該點是加強點還是減弱點例：(多選)如圖表示兩個相干波源S1、S2產(chǎn)生的波在同一種均勻介質(zhì)中相遇。圖中

9、實線表示某時刻的波峰，虛線表示的是波谷，下列說法正確的是( )Aa、c兩點的振動加強，b、d 兩點的振動減弱Be、f 兩點的振動介于加強和減弱之間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思路引導：(1)波的干涉中波峰與波峰(或波谷與波谷)相遇的點為加強點，波峰與波谷相遇的點為減弱點。(2)振動加強區(qū)上的點都是振動加強點，振動減弱區(qū)上的點都是振動減弱點。(3)加強點始終加強，減弱點始終減弱。(4)各質(zhì)點在平衡位置兩側做周期性振動。例：(多選)如圖表示兩個相干波源S1、S2產(chǎn)生的波在同一種均勻介質(zhì)中相遇。圖中實線表示某時刻的波

10、峰，虛線表示的是波谷，下列說法正確的是( )Aa、c兩點的振動加強，b、d 兩點的振動減弱Be、f 兩點的振動介于加強和減弱之間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AD本課小結1.發(fā)生明顯衍射的條件：孔、縫、障礙物的尺寸跟波長相差不多或比波長小的多。2.衍射現(xiàn)象是波的特有現(xiàn)象。3.波由一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，頻率不變，波長、波速發(fā)生改變。5.波的干涉（2）振動加強區(qū)和振動減弱區(qū)的判斷。（1）發(fā)生穩(wěn)定干涉的條件：頻率相同、相位差恒定、振動方向相同。（3）一切波（只要滿足條件）都能發(fā)生干涉現(xiàn)象，干涉和衍射一樣都是波特有的

11、現(xiàn)象。 4.波的疊加原理: 幾列波相遇時能夠保持各自的運動狀態(tài)，繼續(xù)傳播，在它們重疊的區(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 位移的矢量和當堂檢測1. 如圖所示，P為橋墩，A為靠近橋墩浮在水面的葉片，波源S連續(xù)振動，形成水波，此時葉片A靜止不動。為使水波能帶動葉片振動，可用的方法是（）A.提高波源頻率B.降低波源頻率C.增大波源距橋墩的距離D.減小波源距橋墩的距離B解析：波的頻率與振動的頻率相等，波速不變，根據(jù)= 知，頻率增大時波長減小，衍射現(xiàn)象不明顯，反之降低頻率，波長增大，衍射現(xiàn)象明顯，故B正確。2.在空曠的廣場上有一堵較高大的墻MN，墻的一

12、側O點有一個正在播放男女聲合唱歌曲的聲源。某人從圖中A點走到墻后的B點，在此過程中，如果從聲波的衍射來考慮，則會聽到（）A.聲音變響亮，男聲比女聲更響B(tài).聲音變響亮，女聲比男聲更響C.聲音變?nèi)?，男聲比女聲更弱D.聲音變?nèi)?，女聲比男聲更弱解析?由于MN很高大，所以衍射現(xiàn)象比較弱；由于女聲音調(diào)更高，波長更小，所以衍射更不明顯。D3.波源甲、乙分別在一根水平放置的繩的左右兩端，兩波源發(fā)出的波在繩中的傳播速度均是1 m/s。在t=0時刻繩上的波形如圖 （a）所示（兩波源均只發(fā)出半個波）。則根據(jù)波的疊加原理，以下敘述正確的是（）A.當t=2 s時，波形如圖所示；當t=4 s時，波形如圖所示B.當t=2

13、 s時，波形如圖所示；當t=4 s時，波形如圖所示C.當t=2 s時，波形如圖所示；當t=4 s時，波形如圖所示D.當t=2 s時，波形如圖所示；當t=4 s時，波形如圖所示D解析：當t=2 s時，根據(jù)傳播速度可知，它們相互重疊，由于振動方向相反，則振動減弱，波形如圖所示；當t=4 s時，各自傳播了4 m，由于互不干擾，所以波形如圖所示，故選項D正確。4. 如圖所示，實線與虛線分別表示振幅為A、頻率均相同的兩列波的波峰和波谷，此刻M是波峰與波峰的相遇點，下列說法中不正確的是（）A.O、M連線的中點是振動加強的點，其振幅為2AB.P、N兩處的質(zhì)點始終處在平衡位置C.隨著時間的推移，M處的質(zhì)點將向O處移動D.從該時刻起，經(jīng)過四分之一周期，M處的質(zhì)點到達平衡位置，此時位移為零解析：A對：由于O、M是振動加強點，結合題圖可知連線的中點到兩波源的距離差為半個波長的偶數(shù)倍，所以該點是振動加強的點，其振幅為2A。B對：P、N兩點是波谷和波峰疊加，因兩列波振幅均為A，故位移始終為零，即處于平衡位置。C錯：振動的質(zhì)點只是在各自的平衡位置附近振動，不會“隨波逐流”。D對：從該時刻起，經(jīng)過四分之一周期，質(zhì)點M到達平衡位置。C5. 如圖所示，在均勻介質(zhì)中，A、B是振動情況完全相同的兩個波源，其簡諧運動表達式均為x=0.1sin 20t（