2024-2025學年新教材高中物理第3章機械波4.波的干涉多普勒效應課件新人教版選擇性必修第一冊

第三章4.波的干涉多普勒效應學習目標1.知道波的疊加原理,知道什么是波的干涉現(xiàn)象和干涉圖樣,知道干涉也是波特有的現(xiàn)象。(物理觀念)2.會分析波的疊加,理解波的干涉。(科學思維)3.了解波的干涉在生活中的應用,感受物理與生活之間的聯(lián)系。(科學態(tài)度與責任)基礎落實·必備知識全過關一、波的疊加幾列波相遇時能夠保持各自的運動特征,繼續(xù)傳播,在它們重疊的區(qū)域里,介質的質點同時參與這幾列波引起的振動,質點的位移

這幾列波單獨傳播時引起的位移的

。

不僅是位移,速度、加速度都等于兩列波引起的矢量和等于矢量和二、波的干涉1.概念頻率相同、相位差恒定、振動方向相同的兩列波疊加時,某些區(qū)域的振動總是

、某些區(qū)域的振動總是

,這種現(xiàn)象叫作波的干涉。

加強區(qū)域和減弱區(qū)域相互間隔且不隨時間變化2.能發(fā)生干涉現(xiàn)象的條件(1)兩列波的頻率相同。(2)兩列波的相位差恒定。(3)兩列波的振動方向相同。3.干涉是波特有的現(xiàn)象,只要滿足干涉條件,一切波都能發(fā)生干涉現(xiàn)象。4.跟衍射一樣,干涉也是波特有的現(xiàn)象。加強減弱【要點提示】

干涉是穩(wěn)定的疊加。

三、多普勒效應1.多普勒效應波源與觀察者

或者

時,接收到的波的頻率都會發(fā)生變化的現(xiàn)象。

可理解為單位時間內接收到波的個數(shù)2.多普勒效應產生的原因波源與觀察者之間的相互靠近或者相互遠離。

f波源<f觀察者

f波源>f觀察者相互靠近相互遠離情境鏈接

如圖所示,敲一下音叉并使其緩慢轉動,周圍的人會聽到聲音忽強忽弱,你能解釋這種現(xiàn)象嗎?提示

聲波的干涉現(xiàn)象。

教材拓展教材P75“波的干涉示意圖”中,若沿S1、S2的連線建立x軸,沿連線的中垂線建立y軸,則圖中的振動加強線(紅實線)、振動減弱線(紅虛線)似乎是一條條雙曲線,對此,你有何評論?提示

振動加強線(紅實線)、振動減弱線(紅虛線)是一條條雙曲線。假設P點在某條加強線(或減弱線)上,則距離|S1P-S2P|=nλ(n=0,1,2,…)或|S1P-S2P|=(2n+1)(n=0,1,2,…),根據(jù)函數(shù)知識可知到兩個定點距離差為常數(shù)的點的集合就是雙曲線。易錯辨析(1)兩列波相遇后各自的運動特征不會受到影響。(

)(2)兩列波干涉時,在振動加強的區(qū)域各質點的位移總是最大。(

)(3)兩列波在介質中疊加,一定產生干涉現(xiàn)象。(

)√×振動加強的區(qū)域各質點在做振動,位移有時等于0。

×(4)產生多普勒效應時,波源的振動頻率并沒有發(fā)生變化。(

)(5)人與波源有相對運動時,接收到的頻率一定發(fā)生變化。(

)√×盡管觀察者與波源有相對運動,但只要兩者距離不變,此時就不會出現(xiàn)多普勒效應。如觀察者繞靜止的波源做勻速圓周運動時,接收到的波源頻率不變。重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究點一波的疊加導學探究兩個運動的小球相遇后會發(fā)生碰撞而各自改變運動狀態(tài)。在空間傳播的兩列波相遇后是否也會像兩個小球那樣各自改變原來的運動狀態(tài)呢?提示

兩列波相遇后不會像兩個小球碰撞那樣改變原來的運動狀態(tài),它們都保持各自的運動狀態(tài),彼此都沒有受到影響。知識歸納1.波疊加時的特點(1)位移是幾列波單獨傳播時引起的位移的矢量和。(2)各列波獨立傳播。2.波的疊加原理理解波的疊加原理是波具有獨立傳播性的必然結果,由于總位移是幾個位移的矢量和,所以疊加區(qū)域的質點的位移可能增大,也可能減小,如圖所示。典例剖析【例題1】

(多選)(2024江蘇連云港一中高二月考)一個波源在繩的左端發(fā)出一個凸起①,頻率為f1,振幅為A1;同時另一波源在繩的右端發(fā)出一個凸起②,頻率為f2,振幅為A2。且f1<f2,P為兩波源連線的中點,如圖所示,已知機械波在介質中傳播的速度只由介質本身的性質決定。下列說法正確的是(

)A.兩列波同時到達兩波源的中點PB.兩列波相遇時,P點的波峰值可達A1+A2C.兩列波相遇時,繩上波峰值可達A1+A2的點只有一個,此點在P點左側D.兩列波相遇后,各自仍保持原來的波形獨立傳播ACD解析

波的傳播具有獨立性,兩列波同時傳到P點,使P點開始振動,但并非波峰同時傳播到P點,如圖所示,因波速相同,而兩列波的波長不同,波傳播到P點時,兩波峰距P點的距離并不相同,波長較小的波的波峰先到達P點,而兩波峰同時到達的位置在該時刻兩波峰的中間(圖中的O點),故B錯誤,A、C、D正確。對點演練1.(2024廣東深圳一中高二期中)如圖甲所示,兩列沿相反方向傳播的橫波,形狀相當于正弦曲線的一半,上下對稱,其振幅和波長都相等。它們在相遇的某一時刻會出現(xiàn)兩列波“消失”的現(xiàn)象,如圖乙所示。從此時刻開始,a、b兩質點的運動方向為(

)A.a向上,b向下B.a向下,b向上C.a向下,b向下D.a向上,b向上B解析

根據(jù)波形平移法判斷可知,向右傳播的波單獨引起a的振動方向向下,b的振動方向向上,向左傳播的波單獨引起a的振動方向向下,b的振動方向向上,根據(jù)疊加原理可知,此時a質點的振動方向是向下,b質點的振動方向是向上,故B正確。探究點二波的干涉導學探究如圖所示,操場中兩根豎直桿上各有一個揚聲器,接在同一擴音機上,一位同學沿著AB方向走來。他聽到的聲音會有什么變化?為什么?提示

聲音忽強忽弱,因為聲波發(fā)生了干涉現(xiàn)象。

知識歸納1.對波的干涉現(xiàn)象的理解(1)波的疊加是不需要條件的,任何頻率的兩列波在空間相遇都會疊加。(2)干涉圖樣的產生是有條件的,必須是兩列波的頻率相同、相位差恒定、振動方向相同,如果兩列波的頻率不相等,在相遇的區(qū)域里不同時刻各質點疊加的結果會不相同,得不到干涉圖樣,干涉圖樣是穩(wěn)定的。(3)明顯的干涉圖樣和穩(wěn)定的干涉圖樣意義是不同的,形成明顯的干涉圖樣除了要滿足干涉條件外,還必須滿足兩列波振幅差別不大。振幅越是接近,干涉圖樣越明顯。(4)振動加強的點和振動減弱的點始終以振源的頻率振動,其振幅不變(若是振動減弱點,振幅可為0),但其位移隨時間發(fā)生變化。(5)振動加強的點的振動總是加強,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,有的時刻位移為零。(6)振動減弱的點的振動始終減弱,位移的大小始終等于兩列波分別引起位移的大小之差,振幅為兩列波的振幅之差。如果兩列波的振幅相同,則振動減弱點總是處于靜止狀態(tài),并不振動。2.干涉圖樣及其特征(1)干涉圖樣:如圖所示。(2)特征:①加強區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變;②加強區(qū)始終加強,減弱區(qū)始終減弱(加強區(qū)與減弱區(qū)不隨時間變化);③加強區(qū)與減弱區(qū)互相間隔。典例剖析【例題2】

(2024安徽合肥高二期末)如圖所示,S1、S2是兩個步調完全相同的相干波源,其中實線表示波峰,虛線表示波谷。若兩列波的振幅均保持5cm不變,關于圖中所標的b、c、d三點,下列說法正確的是(

)A.d點始終保持靜止不動B.圖示時刻c點的位移為零C.b點振動始終加強,c點振動始終減弱D.圖示時刻,b、c兩點的豎直高度差為10cmA解析

d點是波峰與波谷相遇,振動減弱,振幅為零,故保持靜止,A正確;b點是波峰與波峰相遇,c點是波谷與波谷相遇,它們均屬于振動加強點,由于每列波的振幅是5

cm,則b點相對平衡位置高10

cm,c點相對平衡位置低10

cm,所以b、c兩點的豎直高度差為20

cm,B、C、D錯誤。方法技巧

振動“加強點”與“減弱點”的判斷(1)理論判斷法①設波源S1、S2振動情況完全相同,它們產生的兩列波在同一介質中傳播。如圖所示,對介質中的任一點P,離兩波源距離分別是S1P、S2P,P點到兩波源的距離差Δx=S1P-S2P。a.當Δx=nλ(n=0,1,2,…)即距離差為波長的整數(shù)倍時,P點為振動加強點;b.當Δx=(2n+1)(n=0,1,2,…)即距離差為半個波長的奇數(shù)倍時,P點為振動減弱點;②若兩列波波源振動步調相反,則上述結論反之即可。(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,該點為振動加強點;若總是波峰與波谷相遇,則該點為振動減弱點。對點演練2.(2024浙江杭州高二期末)甲、乙兩列完全相同的橫波,分別從波源A、B兩點沿直線Ox相向傳播,t=0時的圖像如圖所示,若兩列波的波速均為1m/s,則(

)A.t=0.2s時,F點的位移最大B.t=0.2s時,E、F、G三點的位移最大C.t=0.5s時,F點的位移最大D.t=0.5s時,F點的位移最小C解析

t=0.2

s時,波傳播的距離x=vt=0.2

m,兩列波都傳到F點,此時兩列波單獨引起F點的振動方向均向下,但位移為0,E、G兩點位移也未達到最大,故A、B錯誤;t=0.5

s時,波傳播的距離x=vt=0.5

m,兩列波的波峰同時傳到F點,F點的位移最大,故C正確,D錯誤。探究點三多普勒效應導學探究科學家發(fā)現(xiàn),當衛(wèi)星向近地點運動時返回的信號頻率增加,衛(wèi)星向遠地點運動時返回的信號頻率降低。(1)波源的頻率由誰決定?(2)觀察者接收到的頻率與哪些因素有關?提示

(1)由波源決定。(2)觀察者接收到的頻率與波源的頻率、波源與觀察者的相對運動有關。知識歸納1.多普勒效應是指觀察者所接收到的波的頻率與波源頻率不同的現(xiàn)象,并不是接收到的波的強度發(fā)生變化的現(xiàn)象。2.發(fā)生多普勒效應時,波源的頻率并沒有變化,是接收者接收到的頻率(單位時間內接收到的完整波的個數(shù))發(fā)生變化(大于或小于波源頻率)。3.多普勒效應的產生不是取決于波源與觀察者之間的距離大小,而是取決于二者間距離是否變化。4.波源與觀察者相對位置變化與頻率的關系

相對位置圖

示結

論波源S和觀察者A相對靜止不動,如圖所示

f波源=f觀察者,頻率不變波源S不動,觀察者A運動,由A向B或由A向C,如圖所示

①若靠近波源,由A向B,則f波源<f觀察者,頻率變高;②若遠離波源,由A向C,則f波源>f觀察者,頻率變低觀察者A不動,波源S運動,由S向S',如圖所示

f波源<f觀察者,頻率變高典例剖析【例題3】

(2024江西南昌高二期末)關于多普勒效應,下列說法正確的是(

)A.發(fā)生多普勒效應時,波源的頻率變化了B.發(fā)生多普勒效應時,觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化C.當觀察者和波源速度相同時,會發(fā)生多普勒效應D.只有聲波才能發(fā)生多普勒效應B解析

當波源與觀察者之間有相對運動時會發(fā)生多普勒效應,而觀察者與波源速度相同時,兩者不發(fā)生相對運動,不會產生多普勒效應,C錯誤;發(fā)生多普勒效應時,觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化,而波源的頻率并沒有改變,故A錯誤,B正確;多普勒效應不僅適用于聲波,也適用于其他類型的波,包括電磁波和光波,D錯誤。對點演練3.(2024山東東營高二月考)頻率一定的聲源在空氣中向著靜止的接收器勻速運動。以u表示聲源的速度,v表示聲波的速度(u<v),f表示接收器接收到的頻率。若u增大,則(

)A.f增大,v增大 B.f增大,v不變C.f不變,v增大 D.f減小,v不變B解析

由于聲波的速度只由介質決定,故v不變,根據(jù)多普勒效應可知,當聲源接近接收器時,接收到的頻率f增大,故B正確。學以致用·隨堂檢測全達標12341.(多普勒效應)(多選)(2024北京海淀月考)下列選項與多普勒效應有關的是(

)A.科學家用激光測量月球與地球間的距離B.醫(yī)生利用超聲波探測病人血管中血液的流速C.技術人員用超聲波探測金屬、陶瓷、混凝土中是否有氣泡D.交通警察向車輛發(fā)射超聲波并通過測量反射波的頻率確定車輛行進的速度BD解析

當觀察者與測量對象無相對運動時,不發(fā)生多普勒效應,A、C錯誤;當觀察者與測量對象有相對運動時,發(fā)生多普勒效應,根據(jù)接收頻率的變化可以進行測速,B、D正確。12342.(波的干涉)如圖所示,水面上有A、B兩個振動情況完全相同的振源,在AB連線的中垂線上有a、b、c三個質點。已知某時刻,a質點處是兩列波的波峰的相遇點,c質點處是與a質點處波峰相鄰的兩列波的波谷的相遇點,b質點處為a、c兩質點所在處的中點,則以下說法正確的是(

)A.a質點是振動加強點,c質點是振動減弱點B.a質點與c質點都是振動加強點,b質點是振動減弱點C.a質點與c質點此時刻是振動加強點,經過一段時間后變成振動減弱點,而b質點可能變成振動加強點D.a、b、c質點都是振動加強點D1234解析

在AB連線的垂直平分線上的所有的點到A、B的路程差都等于0,因此都是振動加強點,故選項D正確。12343.(波的干涉)(多選)(2024山東煙臺一中高二月考)兩列頻率相同、相位差恒定、振動方向相同、振幅分別為A1和A2的簡諧