（新）選擇性必修 機械波 多普勒效應 全國公開課一等獎

●自主學習1．波的獨立傳播原理兩列波相遇前、相遇過程中和相遇后，各自的傳播特性不發(fā)生任何變化，即各列波之間不相互干擾．2．波的疊加原理在兩列波相遇的區(qū)域里，每個質點都將參與兩列波引起的振動，其位移是兩列波分別引起的位移是

，相遇后仍保持原來的運動狀態(tài)．波在相遇區(qū)域里互不干擾，具有

(即保持原有波速、頻率、波長、振動方向不變)．3．波的干涉(1)產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件：性質相同且

相同的兩列波相遇．(2)現(xiàn)象：兩列波相遇時，某些區(qū)域振動總是加強，某些區(qū)域振動總是減弱，且加強和減弱區(qū)域互相

．矢量和獨立性頻率間隔●深化拓展對波的干涉的理解(1)兩列波相遇時都會進行疊加，但不一定產(chǎn)生干涉現(xiàn)象．(2)干涉現(xiàn)象是由波的疊加而引起的一種特殊現(xiàn)象，有穩(wěn)定的干涉圖樣．(3)干涉現(xiàn)象的特征是振動加強和振動減弱有固定的區(qū)域，且相互間隔．(4)振動加強和振動減弱是一個“區(qū)域”，這個“區(qū)域”就是那些“強”“弱”所示“實線”“虛線”上的所有點．(5)振動加強的點的振動總是加強的，但并不是始終處于波峰或波谷，它們都在平衡位置附近振動，也有的時候位移為零，振幅為兩列波振幅之和，顯得振動劇烈．(6)振動減弱點的振動始終減弱，振幅為兩列波振幅之差．如果兩列波的振幅相同，則振動減弱點將總是處于靜止狀態(tài)．●針對訓練如圖所示，表示兩列同頻率相干水波在t＝0時刻的疊加情況，圖中實線表示波峰，虛線表示波谷．已知兩列波的振幅均為2cm，波速為2m/s，波長為0.4m，E點在B、D連線和A、C連線的交點，下列說法正確的是 (

)A．A、C兩點是振動的減弱點B．E點是振動加強點C．B、D兩點在該時刻的豎直高度差4cmD．t＝0.05s時，E點離平衡位置的位移大小為2cm解析：圖中B、D均為振動加強的點，E位于B、D的中線上，故也是振動加強點，而A、C兩點為波峰與波谷相遇，故是振動減弱點．圖中所示時刻，B點偏離平衡位置－4cm，而D點偏離平衡位置4cm，故二者豎直高度差為8cm，再過0.05s，兩列波的波峰恰在E點相遇，故E點偏離平衡位置的距離將達到4cm.故答案為A、B.答案：AB總結提升：關于干涉和衍射，應注意以下問題①衍射現(xiàn)象始終存在，只有明顯、不明顯的區(qū)別．②干涉和衍射現(xiàn)象是波的特有現(xiàn)象．一切波都能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象.●自主學習1．發(fā)生明顯衍射的條件：障礙物或孔的尺寸比波長 或

．2．關于衍射的兩點說明：(1)衍射始終存在，只是有的衍射明顯，有的衍射不明顯．(2)衍射和干涉都是波的特有現(xiàn)象，一切波都能發(fā)生

．小與波長差不多干涉和衍射【特別提醒】(1)在干涉現(xiàn)象中，振動加強區(qū)域是指該區(qū)域內(nèi)質點振動的振幅最大，而不是指位移始終最大，其實質是兩列波引起該點的振動步調一致，即“齊步走”．(2)振動減弱區(qū)域是指該區(qū)域內(nèi)質點振動的振幅最小，而不是指位移始終為零，其實質是兩列波引起該點的振動步調相反，即“唱反調”．●深化拓展對波的衍射的理解波的衍射是波在傳播過程中遇到障礙物而發(fā)生的繞過障礙物(偏離直線傳播)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象，或者說波進入障礙物后面的“影區(qū)”引起“影區(qū)”中質點的振動．一切波在傳播時都能發(fā)生衍射，只是現(xiàn)象明顯或不明顯而已．波的直線傳播只是近似的，障礙物尺寸越小，波長越大，衍射現(xiàn)象越明顯．●針對訓練如圖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)之間距離表示一個波長，則波經(jīng)過孔之后的傳播情況，下列描述正確的是 (

)A．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，有可以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，能更明顯觀察到衍射現(xiàn)象解析：由圖可見兩波紋間距λ與AB孔的大小接近，所以水波通過AB孔會發(fā)生明顯的衍射．由于衍射后水波的頻率不變，波速不變，因此水波的波長也不變．A、B選項正確．AB孔擴大后若破壞了明顯衍射的條件時就不會看到明顯的衍射現(xiàn)象，故C選項正確，D選項錯誤．此題重在理解；障礙物尺寸和波長的相對大小關系，并以此作為判斷明顯衍射的條件．答案：ABC●自主學習1．聲波是縱波．2．聲波的分類(1)可聞聲波：頻率范圍在

的聲波．(2)超聲波：頻率高于

Hz的聲波，可用于工程質量檢測及疾病的診斷．(3)次聲波：頻率低于

Hz的聲波．3．人耳能夠把回聲與原聲區(qū)別開來的最小時間間隔為

.20～20000Hz20000200.1s●深化拓展次聲波、可聞聲波和超聲波在同種介質中的波速相等，常溫下在空氣中的波速約為340m/s，只是因為波長不同，表現(xiàn)出的物理性質不同，應用也不同．介質對低頻率的次聲波吸收極少，次聲波能傳播遠距離．海嘯、風暴、核爆炸能產(chǎn)生很強的次聲波，利用次聲波接收器可以探測．超聲波波長很短，其衍射現(xiàn)象很不明顯，近于直線傳播，其應用有超聲定位，B超診斷，利用沖擊力強可清洗物品，超聲加濕擊碎結石．聲波同其他波一樣，能發(fā)生疊加、衍射、干涉、多普勒效應，聲音的共振現(xiàn)象叫共鳴．●針對訓練下列關于次聲波和超聲波的說法，正確的是(

)A．次聲波和超聲波不能形成聲音，所以它們不是聲波B．次聲波和超聲波都是由機械振動引起的C．次聲波的波長很短、超聲波的波長很長D．次聲波和超聲波都不容易產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象解析：次聲波和超聲波與我們所能聽到的聲音的聲波一樣，都是由機械振動產(chǎn)生的，只是它們的頻率比我們可聽到的聲波或小或大，故它們都是聲波．A錯誤，B正確；次聲波的頻率小(20Hz以下)，波長長，容易產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象，超聲波的頻率較大(大于2×104Hz)，波長短，不易產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象，C、D錯誤．答案：B●自主學習1．定義：由于波源和觀察者之間有相對運動，使觀察者感到

發(fā)生變化的現(xiàn)象．2．實質：波源的真實頻率不發(fā)生變化，只是觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化．3．說明：機械波、電磁波都能發(fā)生多普勒效應．頻率●深化拓展對多普勒效應的理解1．多普勒效應的實質：波源頻率沒有變化，而是觀察者接收的頻率發(fā)生了變化．2．接收頻率的實質：觀察者接收到的頻率等于觀察者在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)．當波以速度v通過接收者時，時間t內(nèi)通過的完全波的個數(shù)為N＝，因而單位時間內(nèi)通過接收者的完全波的個數(shù)即接收頻率．3．波源不動：觀察者朝向波源以某一速度運動，由于相對速度增大而使得單位時間內(nèi)通過觀察者的完全波的個數(shù)增多，接收頻率增大．同理可知，當觀察者背離波源運動時，接收頻率將減小．4．觀察者不動：波源朝向觀察者以某一速度運動，由于波長變短，而使得單位時間內(nèi)通過觀察者的完全波的個數(shù)增多，接收頻率亦增大．同理可知，當波源背離觀察者運動時，接收頻率將減小．【特別提醒】所有波，包括電磁波都能發(fā)生多普勒效應，根據(jù)發(fā)生多普勒效應后接收頻率發(fā)生變化的情況，可以測量出波源與觀察者的相對速度．●針對訓練根據(jù)多普勒效應，下列說法中正確的是 (

)A．醫(yī)生檢查身體用的“B超”是根據(jù)超聲波的多普勒效應制成的B．一位有經(jīng)驗的戰(zhàn)士聽到飛行的炮彈尖叫聲越來越尖銳，可以判斷炮彈正向他靠近C．根據(jù)光波的多普勒效應，由地球接收到遙遠天體發(fā)出的光波的頻率越來越小，可以判斷此天體正遠離地球D．當波源和觀察者間有相對運動時，觀察者接收到的頻率一定和波源發(fā)出的頻率不同解析：超聲波檢查人體時，不同組織反射的超聲波的量是不同的，從而形成B超影像，A不正確；當波源與觀察者間相對靠近時，觀察者感到頻率變大，所以聽到飛行的炮彈尖叫聲越來越尖銳，聲音的頻率增大，可以判斷炮彈正向他靠近，B正確；光波和機械波一樣，也有多普勒效應，地球接收到遙遠天體發(fā)生的光波的頻率越來越小，可以判斷此天體正遠離地球，C正確；設想如果人繞波源做圓周運動，那么，觀察者接收到的頻率和波源發(fā)出的頻率相同，D不正確．答案：BC●規(guī)律方法波在介質中傳播時，介質中各質點受鄰近質點的帶動而做受迫振動，其驅動力最終來自于波源．當有兩列波在同一介質中傳播時，介質中各質點受來自于兩個波源的驅動力而同時參與兩個振動，其位移等于兩列波分別引起的位移的矢量和，其速度等于兩列波分別引起的速度的矢量和．位移同向時取其和，位移反向時取其差．【例1】一波源在繩的左端發(fā)出半個波①，頻率f1，振幅A1

；同時另一波源在繩右端發(fā)出半個波②，頻率f2(f2>f1)，振幅A2，P為兩波源的中點，由圖所示，下列說法錯誤的是 (

)A．兩列波同時到達P點B．兩列波相遇時P點波峰值可達到A1＋A2C．兩列波相遇再分開后，各自保持原波形傳播D．因頻率不同，這兩列波相遇不能疊加[解析]

在同一繩上的兩個半波，傳播速度相同，由于P為兩波源的中點，兩列波同時到達P點，即A正確．由于波長不同，兩波峰到P點的距離不同，兩波峰不可能同時到達P點，即P點的波峰值不可以達到A1＋A2，故B選項錯誤，C選項正確．只要相遇一定會疊加，所以D錯誤．[答案]

BD[總結提升]

本題極易誤選B.原因是沒有考慮兩列波的波長大小關系，只由波速相等，得兩列波能同時到達P點，兩列波的波峰也同時到達P點，P點的波峰值才可達到A1＋A2.(2009·上海市盧灣區(qū)模擬)如下圖所示，兩列簡諧橫波分別沿x軸正方向和負方向傳播，兩波源S1和S2分別位于x軸上－0.2m和1.2m位置處，兩列波的波速均為v＝0.4m/s、振幅均為A＝2cm.圖示為t＝0時刻兩列波的圖象，此刻平衡位置位于x軸上0.2m和0.8m處的P、Q兩質點剛開始振動，質點M的平衡位置位于x＝0.5m.則下列判斷正確的是 (

)A．兩列波的周期均為1sB．t＝0.75s時刻，質點P、Q都運動到M點C．t＝1s時刻，質點M的位移為－4cmD．在兩列波疊加的過程中，質點M的振動得到了加強，位移始終是－4cm解析：由波形圖可知，波長λ＝0.4m，波的周期T＝λ/v＝1s，A正確；t＝0.75s時刻，兩列簡諧橫波都傳播到M點，但質點P、Q只在平衡位置附近振動，不會運動到M點，B錯誤；t＝1s時刻，兩列簡諧橫波的波谷到達0.5m處，兩列簡諧橫波的波谷與波谷在該點疊加，質點M的位移為－4cm，C正確；在兩列波疊加的過程中，質點M的振動得到加強，但質點M的位移仍隨時間按照正弦規(guī)律變化，振幅為4cm，相對于平衡位置的位移不是總為4cm，D錯誤．答案：AC方法總結：波動傳播是波形傳播，介質中質點不隨波遷移；兩列波相遇發(fā)生干涉，形成穩(wěn)定的干涉圖樣，增強區(qū)與減弱區(qū)相互間隔．若兩列波振動方向在一直線上，增強區(qū)的質點振幅是兩列波振幅之和，減弱區(qū)的質點振幅是兩列波振幅之差．注意，增強區(qū)質點相對于平衡位置的位移隨時間變化，會出現(xiàn)零位移.●規(guī)律方法振動加強點與振動減弱點的判斷(1)位移判斷法：波峰與波峰(或波谷與波谷)相遇處一定是加強的，波峰與波谷相遇處一定是減弱的．(2)速度判斷法：當質點參與的兩個振動位移均為零，兩列波引起的速度方向相同時一定是加強的，兩列波引起的速度方向相反時，一定是減弱的．(3)路程差判斷法：當兩相干波源振動情況完全相同時，某質點到兩波源的路程差Δs＝kλ(k＝0,1,2,3，…)時，該質點振動加強，Δs＝(2k＋1)(k＝0,1,2,3，…)時，該質點振動減弱．若兩個波源振動情況相反，上述結論也相反．【例2】如圖所示，MN是水池的邊緣，S1、S2是池中水面上兩個振動情況完全相同的波源，它們激起的水波波長為2m.S1、S2連線垂直于MN，且與MN分別相距8m和3m，設MN足夠長，則MN上有幾處水面是平靜的 (

)A．1處 B．2處C．5處 D．無數(shù)多處[解析]

兩波源S1、S2激起的水波在水面上發(fā)生干涉，水面平靜位置是振動減弱點，條件是Δs＝PS1－PS2＝(2n＋1)(n＝0,1,2,3，…)在P0點，Δs＝P0S1－P0S2＝5m，此時n＝2是振動減弱點．在無窮遠處Δs≈0，故在P0左側距離差為λ、λ均為振動減弱點，在P0右側同樣有兩處振動減弱點，故在MN上共有5處水面是平靜的，C正確．[答案]

C[總結提升]

利用Δs＝nλ和Δs＝(2n＋1)，判斷振動加強點和振動減弱點個數(shù)時，由Δs的最大值和最小值求出n或Δs的范圍即可得到．如圖所示，在坐標原點O和x＝3m處的A點放有兩個完全相同的聲源，聲源發(fā)出聲波的波長均為1m.則在y軸正方向上除O點外，聲音加強的點的位置有__________處．解析：由O點和A點分別引直線OP和AP交y軸正方向于P點，兩相干波的路程差為Δs＝AP－OP設想P由O點向y軸上方移到無窮遠處，于是可得Δs＝nλ，由振動加強點的條件0<nλ<AO(其中n＝1,2,3…)將λ＝1m和AO＝3m代入上式，得0<n<3即取n＝1,2，由此可知從O點以上至＋∞處，聲波加強的區(qū)域僅有兩處．答案：兩【例3】

(2009·天星金考)單位時間內(nèi)垂直通過單位面積的聲波能量達1×10－4J時，其聲強為80分貝，超過80分貝就會影響人們的正常生活．噴氣式飛機飛行時產(chǎn)生的噪音很強，其聲源的功率是3.14×104W，假設其聲源能量均勻地向整個空間傳播，已知球面積公式S＝4πR2，為了使飛機的噪音傳到地面時其強度不超過80分貝，則飛機飛行的高度不得低于 (

)A．1000m B．2000mC．4000m D．5000m[解析]

設飛機飛行高度為h