《同步备课套餐之物理教科版选修3-4讲义：第2章 机械波 5~6》由会员分享，可在线阅读，更多相关《同步备课套餐之物理教科版选修3-4讲义：第2章 机械波 5~6（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、5波的干涉、衍射6多普勒效应学习目标1.知道波的叠加原理，知道波的干涉现象实质上是波的一种特殊的叠加现象.2.知道波的干涉图样的特点，理解形成稳定干涉图样的条件.3.知道波的衍射现象，理解波发生明显衍射现象的条件.4.了解多普勒效应，能运用多普勒效应解释一些物理现象一、波的叠加原理导学探究(1)两个同学分别抓住绳子的两端，各自抖动一下，绳上产生两列凸起且相向传播的波，两列波相遇后是否还保持原来的运动状态继续传播？(2)当教室内乐队合奏时，我们听到的某种乐器的声音与这种乐器独奏时发出的声音是否相同？是否受到了其他乐器的影响？答案(1)两列波相遇后仍然保持原来各自的运动状态继续传播，并没有受到另一
2、列波的影响(2)相同，没有受到其他乐器的影响知识梳理1波的叠加原理在几列波传播的重叠区域内，质点要同时参与由几列波引起的振动，质点的总位移等于各列波单独存在时在该处引起的振动位移的矢量和2理解(1)如果介质中某些质点处于两列波波峰与波峰、波谷与波谷相遇处，则振动加强(填“加强”或“减弱”)，合振幅将增大(填“增大”“不变”或“减小”)(2)如果质点处于波峰与波谷相遇处，则振动减弱(填“加强”或“减弱”)，合振幅减小(填“增大”“不变”或“减小”)即学即用判断下列说法的正误(1)相遇后振幅小的一列波将减弱，振幅大的一列波将加强()(2)相遇后两列波各自的波形和传播方向与相遇前完全相同()(3)在
3、相遇区域，任一点的总位移等于两列波分别引起的位移的矢量和()(4)当两列波的波谷与波谷相遇时，振动减弱()二、波的干涉现象导学探究如图1所示，与振动发生器相连的两个小球，在振动发生器的带动下上下振动，形成两个振动频率和振动步调相同的波源，在水面上形成两列步调、频率相同的波，两列波在水面上相遇时，能观察到什么现象？如果改变其中一个小球振动的快慢，还会形成这种现象吗？图1答案在水面上出现一条条从两个波源中间伸展开的相对平静的区域和剧烈振动的区域改变其中一个小球振动的快慢，这种现象将消失知识梳理1波的干涉：频率相同的两列波叠加，使介质中某些区域的质点振动始终加强，另一些区域的质点振动始终减弱，并且这
4、两种区域互相间隔、位置保持不变这种稳定的叠加现象(图样)叫做波的干涉2产生干涉的一个必要条件是两列波的频率必须相同3波的干涉现象是在特殊条件下波的叠加一切波只要满足一定条件都能发生干涉现象4加强点(区)和减弱点(区)(1)加强点：质点振动的振幅等于两列波的振幅之和，AA1A2.(2)减弱点：质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，A|A1A2|，若两列波振幅相同，质点振动的合振幅就等于零5干涉图样及其特征(1)干涉图样：如图2所示图2(2)特征加强区始终加强，减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化). 振动加强的点和振动减弱的点始终在以振源的频率振动，其振幅不变(若是振动减弱点，振幅小)，但其
5、位移随时间发生变化加强区与减弱区互相间隔且位置固定不变即学即用判断下列说法的正误(1)任意两列波都能产生稳定干涉现象()(2)发生稳定干涉现象的两列波，它们的频率一定相同()(3)在振动减弱的区域，各质点都处于波谷()(4)在振动加强的区域，有时质点的位移等于零()(5)两列波叠加时，振动加强的位置和减弱的位置是不变的()三、波的衍射现象导学探究如图3所示是一个可观察水波衍射的水波发生槽，振源的频率是可以调节的，槽中放置两块可移动的挡板形成的宽度可调节的小孔，观察水波的传播，也可以在水槽中放置宽度不同的挡板，观察水波的传播思考下列问题：(1)水波遇到小孔时，会观察到什么现象？依次减小小孔尺寸，
6、观察到的现象有什么变化？(2)当水波遇到较大的障碍物时，会观察到什么现象？当障碍物较小时，会观察到什么现象？图3答案(1) 水波遇到小孔时，水波能穿过小孔，并能到达挡板后面的“阴影区”，小孔的尺寸减小时，水波到达“阴影区”的现象更加明显(2)当水波遇到较大的障碍物时，将会返回，当障碍物较小时，波能继续向前传播. 知识梳理1波的衍射波能够绕到障碍物的后面传播的现象2波发生明显衍射现象的条件当缝的宽度或障碍物的尺寸大小与波长相差不多或比波长小时，就能看到明显的衍射现象3波的衍射的普遍性一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象即学即用判断下列说法的正误(1)一切波遇到障碍物都会发生衍射现象()(2)只
7、有当障碍物的尺寸与波长差不多或比波长小时，才会发生衍射现象()(3)当小孔大小一定时，波的频率越大，衍射现象越明显()(4)当障碍物大小一定时，波的频率越小，衍射现象越明显()四、多普勒效应导学探究警车鸣笛从你身边飞速驶过，对于警车向你靠近和警车远离的过程，你会听到警笛的声音在变化思考下列问题：(1)你听到警笛的音调有何不同？(2)实际上警笛的音调会变化吗？(3)听到音调发生变化的原因是什么？答案(1)警车驶来时，音调变高；警车远离时音调变低(2)实际上警笛的音调不会变化(3)警车与观察者如果相互靠近，观察者接收到的频率增大；二者如果相互远离，观察者接收到的频率减小，因此会感觉警笛音调变化知识
8、梳理1定义：当观测者和波源之间有相对运动时，观测者测得的频率与波源频率不同2成因(1)波源S与观测者A相对于介质都静止时，观测者单位时间内接收到的完整波的数目与单位时间内波源发出的相同，所以，观测者接收到的频率和波源的振动频率相同(2)当观测者与波源两者相互接近时，观测者在单位时间内接收到的完整波的数目增多，接收到的频率将大于波源振动的频率(3)当观测者与波源两者相互远离时，观测者在单位时间内接收到的完整波的数目减少，接收到的频率将小于波源振动的频率3应用(1)测量心脏血流速度；(2)测定人造卫星位置的变化；(3)测定流体流速；(4)检查车速；(5)判断遥远的天体相对于地球的运动速度即学即用判
9、断下列说法的正误(1)只要波源在运动，就一定能观察到多普勒效应()(2)只要观察者在运动，就一定能观察到多普勒效应()(3)当发生多普勒效应时，观察者接收到的波的频率可能增大，也可能减小()(4)发生多普勒效应时，波源的频率没有发生变化()(5)只有声波才能发生多普勒效应()一、波的叠加两列波相互叠加时，叠加区质点的位移等于两列波分别引起的位移的矢量和，而不是位移大小的代数和例1(多选)如图4所示，沿一条直线相向传播的两列波的振幅和波长均相等，当它们相遇时可能出现的波形是下列选项中的()图4答案BC解析两列波的半个波形相遇时，B正确当两列波完全相遇时(即重叠在一起)，由波的叠加原理可知，所有质
10、点振动的位移均等于每列波单独传播时引起的位移的矢量和，使得所有质点的振动的位移加倍，C正确二、波的干涉振动加强点和振动减弱点的判断方法(1)振动加强点和振动减弱点的理解：振幅增大的点为振动加强点，这些点也在振动，位移可以为零；振幅减小的点为振动减弱点(2)条件判断法：振动频率相同、振动情况相同的两列波叠加时，某点到两列波的路程差为x|x2x1|k(k0,1,2)时为振动加强点；当x(2k1)(k0,1,2)时为振动减弱点若两波源振动步调相反，则上述结论相反例2(多选)如图5所示为两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇时产生的干涉图样图中实线表示某时刻的波峰，虚线表示波谷，下列说法
11、正确的是()图5Aa、c两点的振动加强，b、d两点的振动减弱Be、f两点的振动介于加强点和减弱点之间C经适当的时间后，加强点和减弱点的位置互换D经半个周期后，原来位于波峰的点将位于波谷，原来位于波谷的点将位于波峰答案AD解析a点是波谷和波谷相遇的点，c点是波峰和波峰相遇的点，都是振动加强的点；而b、d两点是波峰和波谷相遇的点，都是振动减弱的点，选项A正确；e点位于加强点的连线上，仍为加强点，f点位于减弱点的连线上，仍为减弱点，选项B错误；相干波源叠加产生的干涉是稳定的，不会随时间变化，选项C错误；因形成干涉图样的质点都在不停地做周期性振动，经半个周期步调相反，选项D正确例3波源S1和S2振动方
12、向相同，频率均为4 Hz，分别置于均匀介质中x轴上的O、A两点处，OA2 m，如图6所示两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播，波速为4 m/s.已知两波源振动的初始相位相同求：图6(1)简谐横波的波长；(2)O、A间合振动振幅最小的点的位置答案(1)1 m(2)O、A间离O点的距离为0.25 m、0.75 m、1.25 m、1.75 m的点为合振动振幅最小的点解析(1)设波长为，频率为f，则vf，代入已知数据，得1 m.(2)以O为坐标原点，设P为OA间的任意一点，其坐标为x，则两波源到P点的路程差为x|x(2x)|，0x2.其中x、x以m为单位合振动振幅最小的点的位置满足x(k)，k为整数解得
13、：x0.25 m、0.75 m、1.25 m、1.75 m.三、对衍射现象的理解1衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射2波的衍射总是存在的，只有“明显”与“不明显”的差异，“障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多”只是发生明显衍射的条件3波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)仿佛一个新波源，由它发出与原来同频率的波在孔(障碍物)后传播，就偏离了直线方向因此，波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况例4(多选)如图7所示是观察水面波衍射的实验装置，AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O是波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹(图中曲线)之间距离表示一个波长，则关于波经过孔之
14、后的传播情况，下列描述正确的是()图7A此时能明显观察到波的衍射现象B挡板前后波纹间距离相等C如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象D如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显地观察到衍射现象答案ABC解析从图中可以看出，孔的大小与波长相差不多，故能够发生明显的衍射现象，A选项正确；由于在同一均匀介质中，波的传播速度不变，波的频率不变，又根据可得波长不变，所以B选项正确；当孔扩大后，发生明显衍射的条件将被破坏，故C选项正确；如果孔的大小不变，使波源频率增大，则波长减小，孔的尺寸将比波长大，失去发生明显的衍射现象的条件，因此D选项不正确四、对多普勒效应的理解1多普勒效应是波共有的特征，不仅机械波，光波和电磁波也都会发生多普勒效应2发生多普勒效应时，波源发出的频率不变，变化的是观察者接收到的频率3.当波源与观察者相互接近时，f观察者变大如图8甲中波源S不动，观察者A向B运动和图乙中观察者A不动，波源由S1向S2运动；当波源与观察者相互远离时，f观察者变小如图甲中波源S不动，观察者A向C运动图8例5(多选)火车上有一个声源发出频率一定的音乐当火车静止，观察者也静止时，观察者听到并记住了这个音乐的音调以下情况中，观察者听到这个音乐的音调比原来降低的是()A观察者静止，火车向他驶来B火车静止，观察者乘汽车向着火车运动C观察者静止，火车离他远去D火车静止，观察者乘汽车远
