高中物理第二章機(jī)械波5波的干涉衍射6多普勒效應(yīng)

5波干涉、衍射6多普勒效應(yīng)第二章機(jī)械波1/47[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道波疊加原理，知道波干涉現(xiàn)象實(shí)質(zhì)上是波一個特殊疊加現(xiàn)象.2.知道波干涉圖樣特點(diǎn)，了解形成穩(wěn)定干涉圖樣條件.3.知道波衍射現(xiàn)象，了解波發(fā)生顯著衍射現(xiàn)象條件.4.了解多普勒效應(yīng)，能利用多普勒效應(yīng)解釋一些物理現(xiàn)象.2/47內(nèi)容索引重點(diǎn)探究啟迪思維探究重點(diǎn)達(dá)標(biāo)檢測檢測評價達(dá)標(biāo)過關(guān)自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知扎實(shí)基礎(chǔ)3/47自主預(yù)習(xí)4/47一、波疊加原理1.波疊加原理在幾列波傳輸重合區(qū)域內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)要

參加由幾列波引發(fā)振動，質(zhì)點(diǎn)總位移等于各列波單獨(dú)存在時在該處引發(fā)振動位移

.2.了解(1)假如介質(zhì)中一些質(zhì)點(diǎn)處于兩列波波峰與波峰、波谷與波谷相遇處，則振動

(填“加強(qiáng)”或“減弱”)，合振幅將

(填“增大”“不變”或“減小”).(2)假如質(zhì)點(diǎn)處于波峰與波谷相遇處，則振動

(填“加強(qiáng)”或“減弱”)，合振幅

(填“增大”“不變”或“減小”).同時矢量和加強(qiáng)增大減弱減小5/47二、波干涉現(xiàn)象1.波干涉：

兩列波疊加，使介質(zhì)中一些區(qū)域質(zhì)點(diǎn)振動一直

，另一些區(qū)域質(zhì)點(diǎn)振動一直

，而且這兩種區(qū)域相互間隔、位置

.這種穩(wěn)定疊加現(xiàn)象(圖樣)叫做波干涉.2.產(chǎn)生干涉一個必要條件是兩列波

必須相同.3.波干涉現(xiàn)象是在特殊條件下波

.

只要滿足一定條件都能發(fā)生干涉現(xiàn)象.頻率相同加強(qiáng)減弱保持不變疊加頻率一切波6/47三、波衍射現(xiàn)象1.波衍射波能夠繞到

后面?zhèn)鬏敩F(xiàn)象.2.波發(fā)生顯著衍射現(xiàn)象條件當(dāng)縫寬度或障礙物尺寸大小與

相差不多或比

小時，就能看到顯著衍射現(xiàn)象.3.波衍射普遍性一切波都可發(fā)生

現(xiàn)象.障礙物波長波長衍射7/47四、多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用1.定義：當(dāng)觀察者和波源之間有相對運(yùn)動時，觀察者測得頻率與波源頻率

.2.成因(1)波源S與觀察者A相對于介質(zhì)都靜止時，觀察者單位時間內(nèi)接收到完整波數(shù)目與單位時間內(nèi)波源發(fā)出

，所以，觀察者接收到頻率和波源振動頻率

.(2)當(dāng)觀察者與波源二者相互靠近時，觀察者在單位時間內(nèi)接收到完整波數(shù)目

，接收到頻率將

波源振動頻率.不一樣相同相同增多大于8/47(3)當(dāng)觀察者與波源二者相互遠(yuǎn)離時，觀察者在單位時間內(nèi)接收到完整波數(shù)目

，接收到頻率將

波源振動頻率.3.應(yīng)用(1)測量心臟血流速度；(2)測定人造衛(wèi)星位置改變；(3)測定流體流速；(4)檢驗(yàn)車速；(5)判斷遙遠(yuǎn)天體相對于地球運(yùn)動速度.降低小于9/471.判斷以下說法正誤.(1)只有當(dāng)障礙物尺寸與波長差不多或比波長小時，才會發(fā)生衍射現(xiàn)象.(

)(2)敲擊音叉使其發(fā)聲，然后轉(zhuǎn)動音叉，聽到聲音忽強(qiáng)忽弱是聲波干涉現(xiàn)象.(

)(3)只有頻率相同兩列波才能夠疊加.(

)(4)當(dāng)波源和觀察者向同一個方向運(yùn)動時，一定發(fā)生多普勒效應(yīng).(

)[即學(xué)即用]××√×答案10/472.兩個頻率、振動方向、初始相位均相同波源S1、S2，產(chǎn)生波在同一介質(zhì)中傳輸時，某時刻t形成如圖1所表示干涉圖樣，圖樣中兩波源S1、S2同時為波谷(實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷)，在圖中標(biāo)有A、B、C三個點(diǎn)，則振動加強(qiáng)點(diǎn)是________，振動減弱點(diǎn)是_____.答案圖1A、BC解析由題圖可知A點(diǎn)為波峰與波峰相遇，是振動加強(qiáng)點(diǎn)；B點(diǎn)是波谷與波谷相遇，是振動加強(qiáng)點(diǎn)；C點(diǎn)是波峰與波谷相遇，是振動減弱點(diǎn).解析11/47重點(diǎn)探究12/47一、波疊加[導(dǎo)學(xué)探究]

(1)兩個同學(xué)分別抓住繩子兩端，各自抖動一下，繩上產(chǎn)生兩列凸起且相向傳輸波，兩列波相遇后是否還保持原來運(yùn)動狀態(tài)繼續(xù)傳輸？答案兩列波相遇后依然保持原來各自運(yùn)動狀態(tài)繼續(xù)傳輸，并沒有受到另一列波影響.(2)當(dāng)教室內(nèi)樂隊(duì)合奏時，我們聽到某種樂器聲音與這種樂器獨(dú)奏時發(fā)出聲音是否相同？這種聲音是否受到了其它樂器影響？答案相同，沒有受到其它樂器影響.答案13/47[知識深化]

對波疊加了解(1)波獨(dú)立傳輸特征：幾列波相遇時各自波長、頻率等運(yùn)動特征，不受其它波影響.(2)波疊加原理：在幾列波重合區(qū)域里，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)同時參加這幾列波引發(fā)振動，質(zhì)點(diǎn)位移等于這幾列波單獨(dú)傳輸時引發(fā)位移矢量和.14/47例1

(多項(xiàng)選擇)如圖2所表示，波源S1在繩左端發(fā)出頻率為f1、振幅為A1半個波形a，同時另一個波源S2在繩右端發(fā)出頻率為f2、振幅為A2半個波形b，且f1<f2，P為兩個波源連線中點(diǎn).已知機(jī)械波在介質(zhì)中傳輸速度只由介質(zhì)本身性質(zhì)決定.以下說法正確是答案解析A.兩列波相比，a波將先抵達(dá)P點(diǎn)B.兩列波在P點(diǎn)疊加時，P點(diǎn)位移最大可達(dá)A1＋A2C.b波峰抵達(dá)P點(diǎn)時，a波峰還沒有抵達(dá)P點(diǎn)D.兩列波相遇時，繩上位移可達(dá)A1＋A2點(diǎn)只有一

個，此點(diǎn)在P點(diǎn)左側(cè)

圖2√√15/47解析因兩列波波速相等，故兩列波能同時抵達(dá)P點(diǎn)，A錯誤；因f1<f2，由λ＝

可知，λ1>λ2，故當(dāng)兩列波同時抵達(dá)P點(diǎn)時，a波波峰離P點(diǎn)距離比b波波峰離P點(diǎn)距離大，所以兩波峰不能同時抵達(dá)P點(diǎn)，兩波峰應(yīng)相遇在P點(diǎn)左側(cè)，此位置對應(yīng)位移為A1＋A2，位移最大，總而言之，B錯誤，C、D正確.16/47二、波干涉[導(dǎo)學(xué)探究]

如圖3所表示，與振動發(fā)生器相連兩個小球，在振動發(fā)生器帶動下上下振動，形成兩個振動頻率和振動步調(diào)相同波源，在水面上形成兩列步調(diào)、頻率相同波，兩列波在水面上相遇時，能觀察到什么現(xiàn)象？假如改變其中一個小球振動快慢，還會形成這種現(xiàn)象嗎？答案在水面上出現(xiàn)一條條從兩個波源中間伸展開相對平靜區(qū)域和猛烈振動區(qū)域.改變其中一個小球振動快慢，這種現(xiàn)象將消失.答案圖317/47[知識深化]

對波干涉了解(1)發(fā)生干涉條件：①兩列波頻率相同；②相位差恒定.(2)產(chǎn)生穩(wěn)定干涉圖樣兩列波振幅越靠近，干涉圖樣越顯著.(3)干涉圖樣及其特點(diǎn)①干涉圖樣：如圖4所表示.圖418/47②特點(diǎn)a.加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)位置固定不變.b.加強(qiáng)區(qū)一直加強(qiáng)，減弱區(qū)一直減弱(加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)不隨時間改變).c.加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)相互間隔.(4)振動加強(qiáng)點(diǎn)和振動減弱點(diǎn)①振動加強(qiáng)點(diǎn)：振動振幅等于兩列波振幅之和，A＝A1＋A2.②振動減弱點(diǎn)：振動振幅等于兩列波振幅之差，A＝|A1－A2|.19/47③振動加強(qiáng)點(diǎn)和振動減弱點(diǎn)判斷a.條件判斷法：振動頻率相同、振動情況完全相同兩波疊加時，設(shè)點(diǎn)到兩波源旅程差為Δx，當(dāng)Δx＝|x2－x1|＝kλ(k＝0,1,2，…)時為振動加強(qiáng)點(diǎn)；當(dāng)Δx＝|x2－x1|＝(2k＋1)(k＝0,1,2，…)時為振動減弱點(diǎn).若兩波源振動步調(diào)相反，則上述結(jié)論相反.b.現(xiàn)象判斷法：若某點(diǎn)是波峰與波峰或波谷與波谷相遇，該點(diǎn)為振動加強(qiáng)點(diǎn)，若是波峰與波谷相遇，則為振動減弱點(diǎn).20/47例2如圖5所表示，S1、S2是兩個步調(diào)完全相同相干波源，其中實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷.若兩列波振幅均保持5cm不變，關(guān)于圖中所標(biāo)a、b、c、d四點(diǎn)，以下說法中正確是A.d點(diǎn)一直保持靜止不動B.圖示時刻質(zhì)點(diǎn)c位移為零C.b點(diǎn)振動一直加強(qiáng)，c點(diǎn)振動一直減弱D.圖示時刻，b、c兩點(diǎn)豎直高度差為10cmE.a點(diǎn)振動介于加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)之間√答案解析圖521/47解析點(diǎn)d是波峰與波谷相遇，振動減弱，振幅為零，故保持靜止，故A正確；b點(diǎn)是波峰與波峰相遇，c點(diǎn)是波谷與波谷相遇，它們均屬于振動加強(qiáng)點(diǎn)，因?yàn)檎穹?cm，則b點(diǎn)相對平衡位置高10cm，而c點(diǎn)相對平衡位置低10cm，所以b、c兩點(diǎn)豎直高度差為20cm，故B、C、D錯誤；a點(diǎn)位于加強(qiáng)點(diǎn)連線上，仍為加強(qiáng)點(diǎn)，E錯誤.22/47總結(jié)提升振動加強(qiáng)點(diǎn)和振動減弱點(diǎn)了解：不能認(rèn)為振動加強(qiáng)點(diǎn)位移一直最大，振動減弱點(diǎn)位移一直最小，而應(yīng)該是振幅增大點(diǎn)為振動加強(qiáng)點(diǎn)，其實(shí)這些點(diǎn)也在振動，位移能夠?yàn)榱?；振幅減小點(diǎn)為振動減弱點(diǎn).23/47例3如圖6甲所表示，在xOy平面內(nèi)有兩個沿z方向做簡諧振動點(diǎn)波源S1(0,4)和S2(0，－2).兩波源振動圖線分別如圖乙和圖丙所表示.兩列波波速均為1.00m/s.兩列波從波源傳輸?shù)近c(diǎn)A(8，－2)旅程差為____m，兩列波引發(fā)B(4,1)處質(zhì)點(diǎn)振動相互______(填“加強(qiáng)”或“減弱”)，C(0,0.5)處質(zhì)點(diǎn)振動相互______(填“加強(qiáng)”或“減弱”).答案解析圖62減弱加強(qiáng)24/47解析由題圖可知兩波波長都為λ＝vT＝2m.由幾何關(guān)系可知兩波源到A點(diǎn)距離為AS1＝10m，AS2＝8m，所以兩波旅程差為2m；同理可得，BS1－BS2＝0，為波長整數(shù)倍，由振動圖像知兩振源振動情況相反，故B點(diǎn)振動減弱；兩波源到C點(diǎn)旅程差為Δx＝CS1－CS2＝1m，所以C點(diǎn)振動加強(qiáng).25/47方法點(diǎn)撥依據(jù)條件判斷法來確定振動加強(qiáng)點(diǎn)和振動減弱點(diǎn)時，一定要注意兩波源振動情況是相同還是相反.26/47三、波衍射[導(dǎo)學(xué)探究]

如圖7所表示是一個可觀察水波衍射水波發(fā)生槽，振源頻率是能夠調(diào)整，槽中放置兩塊可移動擋板形成寬度可調(diào)整小孔，觀察水波傳輸，也能夠在水槽中放置寬度不一樣擋板，觀察水波傳輸.思索以下問題：(1)水波碰到小孔時，會觀察到什么現(xiàn)象？逐步減小小孔尺寸，觀察到現(xiàn)象有什么改變？答案水波碰到小孔時，水波能穿過小孔，并能抵達(dá)擋板后面“陰影區(qū)”，小孔尺寸減小時，水波抵達(dá)“陰影區(qū)”現(xiàn)象愈加顯著.答案圖727/47(2)當(dāng)水波碰到較大障礙物時，會觀察到什么現(xiàn)象？當(dāng)障礙物較小時，會觀察到什么現(xiàn)象？答案當(dāng)水波碰到較大障礙物時，將會返回，當(dāng)障礙物較小時，波能繼續(xù)向前傳輸.答案28/47[知識深化]1.關(guān)于衍射條件：應(yīng)該說衍射是沒有條件，衍射是波特有現(xiàn)象，一切波都能夠發(fā)生衍射.衍射只有“顯著”與“不顯著”之分，障礙物或小孔尺寸跟波長差不多，或比波長小是產(chǎn)生顯著衍射條件.2.波衍射實(shí)質(zhì)分析：波傳到小孔(障礙物)時，小孔(障礙物)好像是一個新波源，由它發(fā)出與原來同頻率波在小孔(障礙物)后傳輸，就偏離了直線方向.波直線傳輸只是在衍射現(xiàn)象不顯著時近似情況.29/47例4

(多項(xiàng)選擇)如圖8所表示是觀察水面波衍射試驗(yàn)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)域波傳輸情況，每兩條相鄰波紋(圖中曲線)之間距離表示一個波長，則關(guān)于波經(jīng)過孔之后傳輸情況，以下描述中正確是A.此時能觀察到波顯著衍射現(xiàn)象B.擋板前后波紋間距離相等C.假如將孔AB擴(kuò)大，有可能觀察不到顯著衍射現(xiàn)象D.假如孔大小不變，使波源頻率增大，能觀察到更

顯著衍射現(xiàn)象√√答案解析圖8√30/47解析

由題圖可知孔尺寸與波長差不多，能觀察到波顯著衍射現(xiàn)象，故選項(xiàng)A對；因波傳輸速度不變，頻率不變，故波長不變，即擋板前后波紋間距離應(yīng)相等，故選項(xiàng)B對；若將孔AB擴(kuò)大，使孔尺寸大于波長，則可能觀察不到顯著衍射現(xiàn)象，故選項(xiàng)C對；若f增大，由λ＝

知λ變小，衍射現(xiàn)象變得不顯著了，故選項(xiàng)D錯.31/47四、多普勒效應(yīng)[導(dǎo)學(xué)探究]

警車鳴笛從你身邊飛速駛過，對于警車向你靠近和警車遠(yuǎn)離過程，你會聽到警笛聲音在改變.思索以下問題：(1)你聽到警笛音調(diào)有何不一樣？(2)實(shí)際上警笛音調(diào)會改變嗎？(3)聽到音調(diào)發(fā)生改變原因是什么？答案

(1)警車駛來時，音調(diào)變高；警車遠(yuǎn)離時音調(diào)變低.(2)實(shí)際上警笛音調(diào)不會改變.(3)警車與觀察者假如相互靠近，觀察者接收到頻率增大；假如二者相互遠(yuǎn)離，觀察者接收到頻率減小，所以會感覺警笛音調(diào)發(fā)生改變.答案32/47[知識深化]

對多普勒效應(yīng)了解(1)多普勒效應(yīng)是波共有特征，不但機(jī)械波，光波和電磁波也都會發(fā)生多普勒效應(yīng).(2)發(fā)生多普勒效應(yīng)時，波源發(fā)出頻率不變，改變是觀察者接收到頻率.(3)多普勒效應(yīng)產(chǎn)生原因分析①相對位置改變與頻率關(guān)系(規(guī)律)：

相對位置圖示結(jié)論波源S和觀察者A相對靜止，如圖所表示f觀察者＝f波源音調(diào)不變33/47波源S不動，觀察者A運(yùn)動，由A→B或A→C，如圖所表示若靠近波源，由A→B，則f觀察者>f波源，音調(diào)變高；若遠(yuǎn)離波源，由A→C，則f觀察者<f波源，音調(diào)變低觀察者A不動，波源S運(yùn)動，由S→S′，如圖所表示f觀察者>f波源音調(diào)變高②成因歸納：依據(jù)以上分析能夠知道，發(fā)生多普勒效應(yīng)時，一定是因?yàn)椴ㄔ磁c觀察者之間發(fā)生了相對運(yùn)動且他們之間距離發(fā)生改變.34/47例5關(guān)于多普勒效應(yīng)，以下說法中正確是A.發(fā)生多普勒效應(yīng)時，波源頻率發(fā)生了改變B.要發(fā)生多普勒效應(yīng)，波源和觀察者必須有相對運(yùn)動且他們之間距離

發(fā)生改變C.火車向你駛來時，你聽到汽笛聲音調(diào)變低，火車離你遠(yuǎn)去時，你聽

到汽笛聲音調(diào)變高D.只有聲波才能發(fā)生多普勒效應(yīng)√答案解析35/47解析發(fā)生多普勒效應(yīng)時，波源頻率并沒有發(fā)生改變，波源和觀察者必須有相對運(yùn)動，且他們之間距離發(fā)生改變，故A錯誤，B正確；依據(jù)多普勒效應(yīng)可知，當(dāng)波源和觀察者間距變小，觀察者接收到頻率一定比波源頻率高.當(dāng)波源和觀察者間距變大，觀察者接收到頻率一定比波源頻率低，故C錯誤；全部波都能發(fā)生多普勒效應(yīng)，故D錯誤.36/47歸納總結(jié)多普勒效應(yīng)判斷方法1.確定研究對象(波源與觀察者).2.確定波源與觀察者二者間距是否發(fā)生改變.若有改變，能發(fā)生多普勒效應(yīng)，不然不發(fā)生.3.判斷：當(dāng)二者遠(yuǎn)離時，觀察者接收到波頻率變小，當(dāng)二者靠近時，觀察者接收到波頻率變大，但波源頻率不變.37/47針對訓(xùn)練(多項(xiàng)選擇)火車上有一個聲源發(fā)出頻率一定音樂.當(dāng)火車靜止，觀察者也靜止時，觀察者聽到并記住了這個音樂音調(diào).以下情況中，觀察者聽到這個音樂音調(diào)比原來降低是A.觀察者靜止，火車向他駛來B.火車靜止，觀察者乘汽車向著火車運(yùn)動C.觀察者靜止，火車離他遠(yuǎn)去D.火車靜止，觀察者乘汽車遠(yuǎn)離火車運(yùn)動√√答案解析38/47解析依據(jù)多普勒效應(yīng)可知，當(dāng)波源和觀察者間距離變小，觀察者接收到頻率一定比波源頻率高.當(dāng)波源和觀察者間距離變大，觀察者接收到頻率一定比波源頻率低.觀察者聽到這個音樂音調(diào)比原來降低，即接收到聲波頻率降低，說明觀察者和火車之間距離在變大.所以A、B錯誤，C、D正確.39/47達(dá)標(biāo)檢測40/4712341.(波疊加)(多項(xiàng)選擇)兩個不等幅脈沖波在均勻介質(zhì)中均以1.0m/s速率沿同一直線相向傳輸，t＝0時刻波形如圖9所表示，圖中小方格邊長為0.1m.則不一樣時刻波形正確是答案解析圖9√√√41/471234解析脈沖波在介質(zhì)中傳輸，x＝vt，當(dāng)t＝0.3s時，兩脈沖波各沿波傳輸方向傳輸0.3m，恰好相遇，故A正確.當(dāng)t＝0.4s、0.5s、0.6s時，兩脈沖波各沿波傳輸方向傳輸0.4m、0.5m、0.6m，由波疊加原理可知B、D正確，C錯誤.42/4712342.(波干涉)(多項(xiàng)選擇)圖10表示兩個相干波源S1、S2產(chǎn)生波在同一個均勻介質(zhì)中相遇.圖中實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷，b、d、f在一條直線上，以下說法正確是A.a、c兩點(diǎn)振動加強(qiáng)，b、d兩點(diǎn)振動減弱B.e、f兩點(diǎn)振動介于加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)之間C.經(jīng)適當(dāng)時間后，加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)位置交換D.經(jīng)半個周期后，原來位于波峰點(diǎn)將位于波谷，原來位于波谷點(diǎn)將

位于波峰

√√答案解析圖1043/47解析波干涉示意圖表示某一時刻兩列相干波疊加情