高中物理 第2章 第3節(jié) 波的干涉和衍射 第4節(jié) 多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用精品課件 魯科選修34

1、2021/8/11 星期三1第3節(jié)波的干涉和衍射第4節(jié)多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用2021/8/11 星期三2課前自主學(xué)案核心要點突破課堂互動講練課標定位知能優(yōu)化訓(xùn)練第4節(jié)2021/8/11 星期三3課標定位學(xué)習(xí)目標：1.理解波的疊加原理2知道波的干涉衍射現(xiàn)象及產(chǎn)生穩(wěn)定干涉、明顯衍射的條件3知道干涉、衍射現(xiàn)象是波所特有的現(xiàn)象4了解波的多普勒效應(yīng)現(xiàn)象重點難點：1.波的干涉現(xiàn)象及其產(chǎn)生條件，衍射現(xiàn)象2波的疊加原理2021/8/11 星期三4課前自主學(xué)案一、波的干涉現(xiàn)象1波的疊加原理大量研究表明，波在相遇時仍然能夠保持各自的_繼續(xù)傳播，在相遇的區(qū)域里，介質(zhì)內(nèi)部的質(zhì)點同時參與相遇的波列的_，質(zhì)點的位移等于相遇波

2、列單獨存在時到達該處引起的_的疊加，相遇的波一旦脫離接觸又會按照原來的運動狀態(tài)繼續(xù)傳播這在物理學(xué)中稱為波的疊加原理運動狀態(tài)振動位移2021/8/11 星期三52波的干涉(1)我們把_和振動方向相同的兩列波疊加后，振動加強和振動減弱的區(qū)域_，_的現(xiàn)象，叫做波的干涉，形成的圖樣叫做干涉圖樣(2)只有_和_相同的波才可能互相干涉水波、聲波、光波、電磁波等都能產(chǎn)生干涉，干涉現(xiàn)象是波的重要特征之一二、波的衍射現(xiàn)象1波繞過_或通過_繼續(xù)傳播的現(xiàn)象，叫做波的衍射振動頻率互相間隔穩(wěn)定分布頻率振動方向障礙物孔隙2021/8/11 星期三62同一列水波經(jīng)過不同的狹縫時，當(dāng)狹縫的寬度遠大于_時，沒有明顯的衍射現(xiàn)象；

3、當(dāng)狹縫的寬度接近_時，水波在狹縫的邊緣發(fā)生了彎曲；當(dāng)狹縫的寬度更接近水波的波長時，水波通過狹縫后成為近似于_衍射現(xiàn)象更加明顯3進一步實驗表明，當(dāng)障礙物或狹縫的尺寸跟_時，衍射現(xiàn)象十分明顯4不僅水波能發(fā)生衍射現(xiàn)象_波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象，衍射是_特有的現(xiàn)象水波的波長水波的波長波源發(fā)出的球面波波長相差不多一切波2021/8/11 星期三7三、多普勒效應(yīng)1多普勒效應(yīng)由于_與_之間有相對運動而使觀察者接收到的_發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)2多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因(1)波源與觀察者相對靜止時，觀察者觀測到的頻率_波源振動的頻率(2)波源與觀察者相互靠近時，觀察者觀測到的頻率_波源的的頻率，即觀察到的頻率變大(

4、3)波源與觀察者相互遠離時，觀察到的頻率變小波源觀察者頻率等于大于2021/8/11 星期三8四、多普勒效應(yīng)的應(yīng)用1. 多普勒測速儀2彩色超聲多普勒心動圖儀3用電磁波的多普勒效應(yīng)可以確定目的物的距離、方位、速度等，這在軍事、航天、氣象預(yù)報等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用2021/8/11 星期三9核心要點突破一、對波的疊加原理的進一步認識1疊加原理：幾列波相遇時能夠保持各自的形狀不變而繼續(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2波在疊加時的特點(1)位移是幾列波分別產(chǎn)生的位移的矢量和2021/8/11 星期三10(2)各列波獨立傳

5、播兩列同相波的疊加，振動加強，振幅增大(如圖231所示)圖2312021/8/11 星期三11兩列反相波的疊加，振動減弱，振幅減小(如圖232所示)圖2322021/8/11 星期三123波的獨立性幾列波相遇后，仍像相遇前一樣，能夠保持各自原來的波形繼續(xù)傳播，這就是波的獨立性在空間里不管有多少列波相遇，對任一列波而言，其他波就像不存在一樣2021/8/11 星期三13即時應(yīng)用(即時突破，小試牛刀)1如圖233所示，兩列相同的波相向傳播，當(dāng)它們相遇時，圖234中可能的波形是()圖2332021/8/11 星期三14圖2342021/8/11 星期三15解析：選C.當(dāng)兩列波相遇時，達到圖甲所示的狀

6、態(tài)時，疊加以后的波形不可能是選項B.當(dāng)兩列波相遇時，達到圖乙所示的狀態(tài)時，疊加以后的波形應(yīng)是選項C.2021/8/11 星期三16二、波的干涉的理解和振動加強點與減弱點的判斷1波的干涉的理解(1)波的疊加是無條件的，任何頻率的兩列波在空間相遇都會疊加，但干涉必須是滿足一定條件的兩列波疊加后形成的現(xiàn)象2021/8/11 星期三17(2)穩(wěn)定干涉圖樣的產(chǎn)生是有條件的，必須是兩列同類的波，并且波的頻率相同、振動方向相同、相位差恒定如果兩列波的頻率不相等，在同一種介質(zhì)中傳播時其波長就不相等，這樣不能形成穩(wěn)定的振動加強點和減弱點因此我們就看不到穩(wěn)定的干涉圖樣，只能是一般的振動疊加現(xiàn)象(3)明顯的干涉圖樣

7、和穩(wěn)定的干涉圖樣意義是不同的，明顯的干涉圖樣除了滿足相干條件外，還必須滿足兩列波振幅相差不大振幅越是接近，干涉圖樣越明顯(4)穩(wěn)定干涉圖樣的特征2021/8/11 星期三18加強區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變，且相互間隔加強區(qū)始終加強，減弱區(qū)始終減弱2振動加強點和減弱點的判斷(1)從振幅判斷振幅為兩列波的振幅之和的點為加強點，加強點連成的區(qū)域為加強區(qū)；振幅為兩列波的振幅之差的點為減弱點，減弱點連成的區(qū)域為減弱區(qū)(2)從條件上判斷2021/8/11 星期三192021/8/11 星期三20(3)從現(xiàn)象上判斷若某時刻某點是波峰與波峰(或波谷與波谷)相遇，該點為振動加強點；若某時刻某點是波峰與波谷相遇，則

8、該點為振動減弱點特別提醒：(1)只有當(dāng)兩相干波的振幅相等時，減弱點的位移才始終為零，即不振動，當(dāng)兩相干波的振幅不相等時，減弱點的位移隨時間做周期性變化(2)加強點的位移隨時間在A與A的范圍內(nèi)變化，并不是每一時刻都最大2021/8/11 星期三21即時應(yīng)用(即時突破，小試牛刀)2如圖235所示，S1和S2是兩個相干波源，由它們發(fā)出的波相互疊加，實線表示波峰，虛線表示波谷，對于a、b、c三點的振動情況的下列判斷中，正確的是()圖2352021/8/11 星期三22Ab處的振動永遠減弱Ba處永遠是波峰與波峰相遇Cb處永遠是波谷與波谷相遇Dc處的振動永遠減弱解析：選D.b點此刻是波谷和波谷相遇，位移為

9、負的最大值，振動是加強的，故A、C錯；a處此刻是波峰與波峰相遇，是加強點，再過半個周期后變成波谷和波谷相遇，始終振動加強，但并非永遠在波峰或波谷，故B錯；c處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點永遠是振動減弱，故D正確2021/8/11 星期三23三、波的衍射的理解1對明顯衍射發(fā)生條件的理解(1)孔、縫的寬度或障礙物的尺寸與波長的關(guān)系僅是衍射能否明顯發(fā)生的條件，但發(fā)生波的衍射沒有條件(2)明顯衍射發(fā)生時，并不一定能清楚地感受到，如當(dāng)孔遠遠小于水波波長時，衍射應(yīng)當(dāng)非常明顯，但因孔很小，單位時間內(nèi)通過孔的能量很小，又分布到很大的區(qū)域上，水波將非常弱，將看不清楚2021/8/11

10、 星期三242波的干涉與波的衍射的比較 比較內(nèi)容名稱定義現(xiàn)象可觀察到現(xiàn)象的條件相同點波的衍射波繞過障礙物或通過孔繼續(xù)傳播的現(xiàn)象波能偏離直線而傳播到直線以外的空間縫、孔或障礙物的尺寸跟波長相差不多或者小于波長干涉和衍射是波特有的現(xiàn)象波的干涉振動頻率和振動方向相同的兩列波疊加后，振動加強和振動減弱的區(qū)域互相間隔、穩(wěn)定分布的現(xiàn)象振動強弱相間的區(qū)域，某些區(qū)域總是加強，某些區(qū)域總是減弱兩列波的頻率相同振動方向相同2021/8/11 星期三25特別提醒：(1)干涉、衍射現(xiàn)象是波特有的現(xiàn)象，凡能發(fā)生干涉或衍射現(xiàn)象的一定是波(2)衍射只有明顯與不明顯的差異，不會出現(xiàn)“不發(fā)生衍射現(xiàn)象”的情況2021/8/11

11、星期三26即時應(yīng)用(即時突破，小試牛刀)3如圖236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，則對于波經(jīng)過孔之后的傳播情況，下列描述錯誤的是()2021/8/11 星期三27圖2362021/8/11 星期三28A此時能明顯觀察到波的衍射現(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，能更明顯地觀察到衍射現(xiàn)象2021/8/11 星期三292021/8/11 星期三30四、多普勒效應(yīng)如何應(yīng)用1音調(diào)和頻率：頻率高音

12、調(diào)高，頻率低音調(diào)低2多普勒效應(yīng)：由于波源和觀察者之間有相對運動，使觀察者感到頻率變化的現(xiàn)象多普勒效應(yīng)是波共有的特征2021/8/11 星期三313發(fā)生多普勒效應(yīng)時幾種情況的比較2021/8/11 星期三322021/8/11 星期三33總之，發(fā)生多普勒效應(yīng)時，無論什么情況，波源與觀察者肯定有相對運動，當(dāng)波源與觀察者相互接近，觀察者接收到的頻率變大，音調(diào)變高，反之當(dāng)波源與觀察者相互遠離，觀察者接收到的頻率變小，音調(diào)變低2021/8/11 星期三34即時應(yīng)用(即時突破，小試牛刀)4下面哪些應(yīng)用沒有利用多普勒效應(yīng)()A利用地球上接收到遙遠天體發(fā)出的光波的頻率來判斷遙遠天體相對于地球的運動速度B交通警

13、察向行進中的汽車發(fā)射一個已知頻率的電磁波，波被運動的汽車反射回來，根據(jù)接收到的頻率發(fā)生的變化，就知道汽車的速度，以便于進行交通管理C鐵路工人用耳貼在鐵軌上可判斷火車的運動情況D有經(jīng)驗的戰(zhàn)士從炮彈飛行的尖叫聲判斷飛行炮彈是接近還是遠去2021/8/11 星期三35解析：選C.凡是波都具有多普勒效應(yīng)，因此利用光波的多普勒效應(yīng)便可以測定遙遠天體相對地球運動的速度；被反射的電磁波，相當(dāng)于一個運動的物體發(fā)出的電磁波，其頻率發(fā)生變化，由多普勒效應(yīng)的計算公式可以求出運動物體的速度，故A、B選項中的事例利用了多普勒效應(yīng)鐵路工人是根據(jù)振動的強弱而對列車的運動作出判斷的，故C選項不正確飛行的炮彈，與空氣摩擦產(chǎn)生聲

14、波人耳接收到的頻率與炮彈的相對運動方向有關(guān)，故D選項中的事例利用了多普勒效應(yīng)2021/8/11 星期三36課堂互動講練類型一波的干涉現(xiàn)象的理解和應(yīng)用例1 如圖237表示兩個相干波源S1S2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峰，虛線表示的是波谷，下列說法正確的是()2021/8/11 星期三37圖2372021/8/11 星期三38Aa、f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點和減弱點之間C經(jīng)適當(dāng)?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【思路點撥】根據(jù)圖樣確定a、b、c、d各點的疊加情況，

15、從而判斷加強點或減弱點，再根據(jù)加強點連線或減弱點連線對e、f進行判斷2021/8/11 星期三39【精講精析】波的干涉示意圖所示的僅是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)定的干涉圖樣，振動加強和減弱的區(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錯誤；e位于加強點的連線上，為加強點，f位于減弱點的連線上，為減弱點，B錯誤；相干波源疊加產(chǎn)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)點也是不停地做

16、周期性振動，經(jīng)半個周期步調(diào)相反，D正確2021/8/11 星期三40【答案】D【方法總結(jié)】(1)先找振動加強點和振動減弱點：根據(jù)波峰與波峰(或波谷與波谷)相遇的點為振動加強點，波峰與波谷相遇的點為振動減弱點找到一系列加強點和減弱點2021/8/11 星期三41(2)再找振動加強區(qū)和減弱區(qū)：根據(jù)在波的傳播方向上加強點的連線為加強區(qū)，減弱點的連線為減弱區(qū)，確定加強區(qū)和減弱區(qū)(3)波形在時刻變化，可以沿波線方向平移波形，以此找到一般質(zhì)點的振動情況，更能準確確定加強區(qū)和減弱區(qū)2021/8/11 星期三42變式訓(xùn)練1關(guān)于波的疊加和干涉，下列說法中正確的是()A兩列頻率不相同的波相遇時，因為沒有穩(wěn)定的干涉

17、圖樣，所以波沒有疊加B兩列頻率相同的波相遇時，振動加強的點只是波峰與波峰相遇的點C兩列頻率相同的波相遇時，如果介質(zhì)中的某點振動是加強的，某時刻該質(zhì)點的位移可能是零D兩列頻率相同的波相遇時，振動加強的質(zhì)點的位移總是比振動減弱的質(zhì)點的位移大2021/8/11 星期三43解析：選C.根據(jù)波的疊加原理，只要兩列波相遇就會疊加，所以A錯兩列頻率相同的波相遇時，振動加強的點是波峰與波峰、波谷與波谷相遇，所以B錯振動加強的點僅是振幅加大，但仍在平衡位置附近振動，也一定有位移為零的時刻，所以選項C正確，選項D錯誤2021/8/11 星期三44例2 把M、N兩塊擋板中間的空隙當(dāng)做一個“小孔”做水波的衍射實驗，出

18、現(xiàn)了如圖238所示的圖樣，位置P處的水沒有振動起來，現(xiàn)要使擋板左邊的振動傳到P處，在不改變擋板M的位置和P點位置的情況下，可以采用哪些辦法？類型二波的衍射2021/8/11 星期三45圖2382021/8/11 星期三46【精講精析】波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是障礙物或孔的尺寸與波長相差不多，或者比波長更小，所以要使P點振動起來，有兩種方法：一是減小孔的尺寸，二是增大波的波長N板向上移，可以減小孔的尺寸；由vf可知，水波的波速一定，減小波源的頻率可以增大水波的波長故使擋板左邊的振動傳到P處可以采用的方法是N板上移，或減小波源振動的頻率. 【答案】見精講精析2021/8/11 星期三47【方法總結(jié)】(1)熟練掌握波能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件以及波長、頻率、波速之間的關(guān)系是正確解決此類問題的基礎(chǔ)(2)比較波長與障礙物或孔的尺寸的大