第三節(jié) 機(jī)械波的傳播現(xiàn)象

第三節(jié)機(jī)械波的傳播現(xiàn)象

核心素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)物理觀念(1)知道機(jī)械波的衍射與惠更斯原理。(2)知道機(jī)械波的反射和折射。(3)知道波的疊加原理和波的干涉現(xiàn)象?？茖W(xué)思維(1)能夠用波的反射、折射現(xiàn)象解釋生活中的現(xiàn)象。(2)能清楚哪些現(xiàn)象是常見的波的衍射現(xiàn)象。(3)學(xué)會分析機(jī)械波的干涉現(xiàn)象?？茖W(xué)探究(1)觀察水波的衍射，探究發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件。(2)實(shí)驗(yàn)觀察波的干涉及圖樣特點(diǎn)。一、機(jī)械波的衍射與惠更斯原理1．波的衍射(1)定義：波能繞過________或穿過______繼續(xù)向前傳播的現(xiàn)象。(2)實(shí)驗(yàn)觀察：

在水槽里放兩塊擋板，中間留個窄縫，讓水波通過窄縫，可以發(fā)現(xiàn)： a．窄縫寬度比波長大得多時：波的傳播如同光沿_____傳播一樣，在窄縫后面形成一個______的水波區(qū)域，擋板后面幾乎沒有水波。障礙物小孔直線等寬b．窄縫寬度與波長相差不多或窄縫寬度比波長更小時：波可以______擋板后面繼續(xù)傳播。c．當(dāng)窄縫寬度一定時，改變水波的波長，當(dāng)波長與窄縫相差不多時，有______的衍射現(xiàn)象，隨著波長的_____，衍射現(xiàn)象變得越來越不明顯。(3)發(fā)生明顯衍射的條件縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長_________，或者比波長______時，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。(4)一切波都能發(fā)生衍射，衍射是波______的現(xiàn)象。2．惠更斯原理介質(zhì)中波動傳到的各點(diǎn)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(luò)就形成新的波面。繞到明顯減小相差不多更小特有二、機(jī)械波的反射和折射1．波的反射和折射現(xiàn)象

當(dāng)機(jī)械波從介質(zhì)1傳播到介質(zhì)2時，有一部分波被_____回來，另一

部分波繼續(xù)_____傳播，這就是機(jī)械波在兩種介質(zhì)界面上的反射和

折射現(xiàn)象。2．波的反射和折射現(xiàn)象中頻率、波速和波長的變化(1)在波的反射現(xiàn)象中，波的頻率、波速和波長都______。(2)在波的折射現(xiàn)象中，波的頻率______，波速和波長發(fā)生改變。反射和折射是波的普遍性質(zhì)。光波和_______波也具有這種性質(zhì)。反射向前不變不變電磁波的反射是在同種介質(zhì)中傳播，波的折射是在兩種不同介質(zhì)中傳播。

三、機(jī)械波的干涉1．波的疊加原理：兩列波在相遇疊加時，每列波都是獨(dú)立地保持原有的特性，相遇區(qū)域中各點(diǎn)的位移，就是這兩列波引起的位移的_____。2．波的干涉：頻率相同的兩列波，在相遇區(qū)域里，會出現(xiàn)穩(wěn)定的相對_____的區(qū)域和__________的區(qū)域，這兩個區(qū)域的位置是固定的，且互相隔開的現(xiàn)象。3．波的干涉圖樣：波干涉時形成的一種加強(qiáng)和減弱相間的圖樣。(1)干涉條件：頻率_____，相位差______，振動方向相同。(2)干涉是波特有的現(xiàn)象，一切波都能夠發(fā)生干涉。合成平靜劇烈振動相同恒定1.我們常說“隔墻有耳”“未見其人先聞其聲”，這些現(xiàn)象的發(fā)生是什么原因？

提示：聲波發(fā)生了衍射現(xiàn)象。2.

人們聽不清對方說話時，除了讓一只耳朵轉(zhuǎn)向?qū)Ψ剑€習(xí)慣性地把

同側(cè)的手附在耳旁，這樣做是利用聲波的什么特點(diǎn)提高耳朵的接收

能力？提示：在耳郭原有形狀、面積的基礎(chǔ)上增加一個手的面積是為了增加波的反射來提高耳朵的接收能力。3．兩列水波的干涉圖樣如圖所示，觀察其現(xiàn)象，判斷下列說法是否正確。(1)兩列水波的頻率一定相同。

()(2)振動加強(qiáng)點(diǎn)始終處于波峰。

()(3)同一位置振動加強(qiáng)與振動減弱交替出現(xiàn)。

()(4)振動加強(qiáng)區(qū)與振動減弱區(qū)相互間隔。

(

)(5)振動加強(qiáng)區(qū)的位移可以為零。

(

)√××√√新知學(xué)習(xí)(一)|衍射現(xiàn)象的理解與分析[任務(wù)驅(qū)動]如圖所示，水波可以通過堤壩的狹窄缺口繞過堤壩，形成半圓形的水波繼續(xù)向外擴(kuò)散；雄偉的大橋下，悠悠江面上層層波浪繞過橋墩“若無其事”地向前傳播。.(1)什么相當(dāng)于堤壩內(nèi)水波的波源？(2)橋墩阻擋了水波的傳播嗎？提示：(1)堤壩的狹窄缺口。(2)橋墩沒有阻擋水波的傳播，好像橋墩不存在一樣。

[重點(diǎn)釋解]1．衍射的條件應(yīng)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”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(shí)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不明顯時的近似情況。3．衍射現(xiàn)象與觀察的矛盾當(dāng)孔的尺寸遠(yuǎn)小于波長時盡管衍射十分突出，但由于衍射波的能量很弱，衍射現(xiàn)象不容易觀察到。[解析]

根據(jù)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：障礙物或孔的尺寸比波長小或與波長相差不多。從題圖中可看出孔AB的尺寸與波長相差不多，所以此時能明顯地觀察到波的衍射現(xiàn)象，A正確；因?yàn)榇┻^擋板間的小孔后波速不變，頻率相同，所以波長也相同，B正確；若將孔AB擴(kuò)大，將可能不滿足發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，就有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象，C正確；若將波源頻率增大，由于波速不變，所以波長變小，將可能不滿足發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，也有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象，D錯誤。[答案]

ABC[針對訓(xùn)練]1．如圖所示各圖分別表示一列水波在傳播過程中遇到了小孔(①、②圖)或障礙物(③、④圖)，其中能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的有

(

)A．②④

B．①④C．②③

D．①③解析：發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是障礙物或小孔的尺寸比波長小，或與波長相差不大，由題圖可知，②、④圖能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，而①、③圖不能，A正確。答案：A2．如圖所示，在空曠的廣場上有一堵較高大的墻MN，在墻的一側(cè)

有一個正在播放男女合唱歌曲的聲源O，某人從A點(diǎn)走到墻后的

B點(diǎn)，在此過程中，如從衍射的角度來考慮，他會聽到

(

)A．聲音變響，男聲比女聲更響B(tài)．聲音變響，女聲比男聲更響C．聲音變?nèi)酰新暠扰暩鮀．聲音變?nèi)?，女聲比男聲更弱解析：由題意可知，某人從圖中A點(diǎn)走到墻后的B點(diǎn)，能聽到聲音，是由于聲波的衍射現(xiàn)象，但強(qiáng)度變?nèi)?。由于男聲的頻率低于女聲，在同一介質(zhì)中，傳播速度相同，則其波長大于女聲的波長，更容易發(fā)生衍射，故D正確，A、B、C錯誤。答案：D

新知學(xué)習(xí)(二)|波的反射和折射[任務(wù)驅(qū)動]我們一般都有這樣的體驗(yàn)：(1)如圖甲所示，我們在山中對著山谷大聲“你好……”時會聽到“連綿不斷”的“你好……”的回聲；如圖乙所示，在空曠的大房間里大聲說話時，會聽到“嗡嗡”的回聲，導(dǎo)致不容易聽清聲音，這些屬于波的什么現(xiàn)象？(2)如圖丙所示，我們對著家中的魚缸大喊，會看見魚缸中的魚兒的游泳速度發(fā)生突然變化，好像聽到了我們的喊聲。這屬于波的什么現(xiàn)象？提示：(1)都是聲波的反射現(xiàn)象。(2)是聲波的折射現(xiàn)象。[重點(diǎn)釋解]1．波的反射(1)入射角與反射角

①入射角：入射線與法線的夾角，如圖中的α。

②反射角：反射線與法線的夾角，如圖中的β。(2)反射規(guī)律

①波又回到原介質(zhì)中；

②β＝α；

③反射線、法線與入射線三線共面，且反射線與入射線分居法線兩側(cè)。3．波的反射與折射的比較波現(xiàn)象比較項(xiàng)目波的反射波的折射傳播方向改變(θ反＝θ入)改變(θ折≠θ入)頻率f不變不變波速v不變改變波長λ不變改變(1)頻率f由波源決定，故無論是反射波還是折射波都與入射波的頻率，即波源的振動頻率相同。(2)波速v由介質(zhì)決定，因反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播，故波速不變；而折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播，所以波速變化。(3)據(jù)v＝λf知，波長λ與v及f有關(guān)，即與介質(zhì)及波源有關(guān)，反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播，f、v相同，故λ相同。折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播，f相同，v不同，故λ不同。[答案]

BD[針對訓(xùn)練]1．如圖中1、2、3分別代表入射線、反射線、折射線，則(

)A．2與1的波長、頻率相等，波速不等B．2與1的波速、頻率相等，波長不等C．3與1的波速、頻率、波長均相等D．3與1的頻率相等，波速、波長均不等解析：由于波的頻率由波源決定，因此波在不同介質(zhì)中傳播時，頻率保持不變。波在不同介質(zhì)中傳播時，波速發(fā)生變化，由v＝λf可知波長也發(fā)生變化。由此可知只有D選項(xiàng)正確。答案：D

2．

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長，旅游業(yè)迅速發(fā)展，其中回歸大

自然的濱海游、生態(tài)游等休閑度假游，備受人們的喜愛。

如圖所示，一艘汽船以4m/s的速度在無風(fēng)河面上航行，船

上發(fā)出一聲鳴笛，旅客在3s后聽到前方懸崖反射回來的聲音，則懸崖離汽船原來位置的距離為(已知聲速為340m/s) (

)A．258m

B．340mC．516m D．680m答案：C新知學(xué)習(xí)(三)|波的干涉現(xiàn)象的理解與分析[任務(wù)驅(qū)動]蟋蟀是利用了一雙翅膀的振動發(fā)出聲音，某同學(xué)圍繞蟋蟀走了一圈。(1)他聽到的聲音有什么變化？(2)試從他聽到的聲音判斷屬于什么現(xiàn)象？提示：(1)他會聽到忽高忽低的蟋蟀聲。(2)這是聲波的干涉現(xiàn)象，兩翅膀的振動頻率、振幅相同，形成相干波源，在周圍出現(xiàn)振動加強(qiáng)與減弱的區(qū)域。

[重點(diǎn)釋解]1．關(guān)于干涉的條件(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、振動方向在同一直線上、相位差恒定。(2)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(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)。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。2．關(guān)于加強(qiáng)點(diǎn)(區(qū))和減弱點(diǎn)(區(qū))的理解加強(qiáng)點(diǎn)在某些點(diǎn)兩列波引起的振動始終加強(qiáng)，質(zhì)點(diǎn)的振動最劇烈，振動的振幅等于兩列波的振幅之和，A＝A1＋A2減弱點(diǎn)在某些點(diǎn)兩列波引起的振動始終相互削弱，質(zhì)點(diǎn)振動的振幅等于兩列波的振幅之差，A＝|A1－A2|，若兩列波振幅相同，質(zhì)點(diǎn)振動的合振幅就等于零(2)特征①加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變。②加強(qiáng)區(qū)始終加強(qiáng)，減弱區(qū)始終減弱(加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)不隨時間變化)。③加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)互相間隔。3．干涉圖樣及其特征(1)干涉圖樣：如圖所示。[典例體驗(yàn)][典例]

將一端固定在墻上的輕質(zhì)繩在中點(diǎn)位置分叉成相同的兩股細(xì)繩，它們處于同一水平面上。在離分叉點(diǎn)相同長度處用左、右手在身體兩側(cè)分別握住直細(xì)繩的一端，同時用相同頻率和振幅上下持續(xù)振動，產(chǎn)生的橫波以相同的速率沿細(xì)繩傳播。因開始振動時的情況不同，分別得到了如圖甲和乙所示的波形。下列說法正確的是

(

)A．甲圖中兩手開始振動時的方向并不相同B．甲圖中繩子的分叉點(diǎn)是振動減弱的位置C．乙圖中繩子分叉點(diǎn)右側(cè)始終見不到明顯的波形D．乙圖只表示細(xì)繩上兩列波剛傳到分叉點(diǎn)時的波形[解析]

題圖甲中兩手開始振動時的方向相同，則題圖甲中分叉點(diǎn)是振動加強(qiáng)的位置，A、B錯誤；題圖乙中兩手開始振動時的方向恰好相反，則題圖乙中分叉點(diǎn)是振動減弱的位置，則在分叉點(diǎn)的右側(cè)始終見不到明顯的波形，C正確，D錯誤。[答案]

C/方法技巧/振動加強(qiáng)點(diǎn)與振動減弱點(diǎn)的判斷方法解析：由圖像可知，D點(diǎn)為兩列波的波谷相遇點(diǎn)，是振動加強(qiáng)點(diǎn)，A錯誤；此時A點(diǎn)在加強(qiáng)后的最高點(diǎn)，D點(diǎn)在加強(qiáng)后的最低點(diǎn)，由波的疊加原理可知A、D的高度差為14cm，B正確；由于兩列波的頻率相等，疊加后會產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象，所以A、D點(diǎn)始終是振動加強(qiáng)點(diǎn)，B、C點(diǎn)始終是振動減弱點(diǎn)，C錯誤；質(zhì)點(diǎn)C為振動減弱點(diǎn)，振幅為A1－A2＝1cm，D正確。答案：BD2．

兩波源S1、S2在水槽中形成的波形如圖所示，其中實(shí)線表示

波峰，虛線表示波谷，則

(

)A．在兩波相遇的區(qū)域中會產(chǎn)生穩(wěn)定干涉B．在兩波相遇的區(qū)域中不會產(chǎn)生穩(wěn)定干涉C．a(chǎn)點(diǎn)的振動始終加強(qiáng)D．a(chǎn)點(diǎn)的振動始終減弱解析：由題圖可知，兩列波的波長不相等，由v＝λf，知f不相等，不滿足波產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件，故B正確。答案：B一、好素材分享——看其他教材如何落實(shí)核心素養(yǎng)

科學(xué)探究——波的衍射1．(選自人教版新教材課后練習(xí))

如圖，擋板M是固定的，擋板N可以

上下移動。現(xiàn)在把M、N兩塊擋板中的空隙當(dāng)作一個