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1、1第第 5 5 讲讲 波的干涉、衍射波的干涉、衍射第第 6 6 讲讲 多普勒效应多普勒效应目标定位 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，掌握振动加强点、减弱点的振动情况.3.知道什么是波的衍射现象，知道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二、波的干涉现象1定义：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
2、的质点振动始终减弱，并且这两种区域互相间隔、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，都能发生干涉现象想一想 在波的干涉中，振动加强的点和振动减弱的点的振动情况是怎样的？是不是振动减弱的点始终位于平衡位置不动？答案 在波的干涉中，振动加强的点是指两列波在该点的振动方向始终相同，因而使该点以两列波的振幅之和作为新的振幅做简谐运动；而振动减弱的点是指两列波在该点的振动方向始终相反，因而使该点以两列波的振幅之差作为新的振幅做简谐运动只有当两列波的振幅相等时，所形成的干涉中的振动减弱的点的
3、振幅才为零，此时该点表现为始终处于平衡位置不动三、波的衍射现象1定义：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3一切波都可发生衍射现象想一想 在日常生活中我们常遇到“闻其声而不见其人”的现象，你能用学过的知识解释一下吗？答案 声波的波长比较长，容易衍射，而光波波长短，不容易衍射，所以会有“闻其2声而不见其人”的现象四、多普勒效应1定义：当观测者与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
4、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，它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远离时，它在单位时间内接收到的完整波数目减少，接收到的频率将小于波源振动的频率3应用(1)测心脏血流速度；(2)测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想一想 当汽车远离观察者时，听到的汽车的声音越来越小，这种现象就是多普勒效应吗？答案 不是多普勒效应指的是接收到的频率的变化情况，即音调的变化情况，而声音大小指的是响度一、对干涉现象的理解1波的叠加是无条
5、件的，任何频率的两列波在空间相遇都会叠加2稳定干涉图样的产生是有条件的，必须是两列波的频率相同、步调一致(相差恒定)3干涉图样及其特点(1)干涉图样：如图 1 所示图 1(2)特点加强区和减弱区的位置固定不变3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)加强区与减弱区互相间隔4振动加强点和减弱点(1)振动加强点：振动的振幅等于两列波振幅之和，AA1A2.(2)振动减弱点：振动的振幅等于两列波振幅之差，A|A1A2|.(3)振动加强点和振动减弱点的判断若某点总是波峰与波峰或波谷与波谷相遇，该点为振动加强点；若总是波峰与波谷相遇，则为振动减弱点【例 1】 (多选)两列振动方向相同、
6、振幅分别为A1和A2的相干简谐横波相遇下列说法正确的是( )A波峰与波谷相遇处质点的振幅为|A1A2|B波峰与波峰相遇处质点离开平衡位置的位移始终为A1A2C波峰与波谷相遇处质点的位移总是小于波峰与波峰相遇处质点的位移D波峰与波峰相遇处质点的振幅一定大于波峰与波谷相遇处质点的振幅解析 两列振动方向相同的相干波相遇叠加，在相遇区域内各质点仍做简谐运动，其振动位移在 0 到最大值之间，B、C 项错误；在波峰与波谷相遇处质点振幅为两波振幅之差，在波峰与波峰相遇处质点振幅为两波振幅之和，故 A、D 项正确答案 AD借题发挥 不管是振动加强点，还是振动减弱点，还是一般位置的质点在振动时，其位移都在随时间
7、做周期性变化，位移均可为 0.针对训练 两列频率、振动方向、初始相位均相同的波S1、S2，在同一介质中传播时，某时刻t形成如图 2 所示的干涉图样，图样中两波源S1、S2同时为波谷(实线表示波峰，虚线表示波谷)，在图中标有A、B、C三个点，则振动加强点是，振动减弱点是_图 2解析 由图可知A点为波峰与波峰相遇，是振动加强点；B点是波谷与波谷相遇，是振动加强点；C点是波峰与波谷相遇，是振动减弱点答案 A、B C二、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4波长小或跟波长差不多”只是发生明显衍射的条件3波
8、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 2】 (多选)如图 3 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，则关于波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是( )图 3A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解析 从图中可以看出，孔的大
9、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v f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 选项不正确答案 ABC三、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，音调变高如图 4 甲中波源S不动，观察者A向B运动和图
10、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，音调变低如图甲中波源S不动，观察者A向C运动5图 4【例 3】 (多选)下面说法中正确的是( )A发生多普勒效应时，波源的频率变化了B发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化C多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的D多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒首先发现的解析 当波源与观察者之间有相对运动时会发生多普勒效应，故选项 C 正确；发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化，而波源的频率并没有改变，故选项 A 错误，选项 B 正确；此现象是奥地利物理学家多普勒首先发现的，故选项 D 正确答案 BC
11、D借题发挥 判断观察者接收的频率是怎么样变化的，就是看波源与观察者间的相对运动情况.波的衍射1在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子的振动频率是 5 Hz，水波在水槽中的传播速度为 0.05 m/s，为观察到明显的衍射现象，小孔直径d应为( )A10 cmB5 cmCd1 cmDd1 cm解析 在水槽中激发的水波波长为 m0.01 m1 cm.若要在小孔后产生v f0.05 5明显的衍射现象，应取小孔的尺寸小于波长或与波长相差不多答案 D波的叠加2两列简谐横波，波速大小均为 20 m/s，如图 5 所示为某时刻两列波各自传播的波动图像一列波沿着x轴向右传播(实线所示)，另一列沿着x轴向左传播(
12、虚线所示)下列说法不正确的是( )图 5A两列波的频率均为 2.5 HzB此时刻b、d处的质点速度为零，a、c处质点速度最大6C两列波在b、d点处引起的振动加强，在a、c点处引起的振动减弱D经过 0.1 s，a处质点在波峰，c处质点在波谷解析 由图可知波长8 m，则频率f Hz2.5 Hz，选项 A 正确；两列波v 20 8在b、d点处引起的振动减弱，在a、c点处引起的振动加强，选项 C 错误；由图可知此时刻b、d处的质点在最大位移处，所以速度为零，a、c处质点在平衡位置，速度最大，选项 B 正确；由图可知a质点向上振动，经 0.1 s 即 到达波峰，同理c在波谷，选项 D 正T 4确答案 C
13、波的干涉3(多选)图 6 表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇图中实线表示某时刻的波峰，虚线表示某时刻的波谷，下列说法正确的是( )图 6Aa、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解析 波的干涉示意图表示某一时刻两列相干波叠加的情况，形成干涉图样的所有介质质点都在不停地振动着，其位移的大小和方向都在不停地变化着但要注意，对稳定的干涉，振动加强和减弱的区域的空间位置是不变的a点是波谷和波谷相遇的点，c点是波峰和波峰相遇的点，
14、都是振动加强的点；而b、d两点都是波峰和波谷相遇的点，是振动减弱的点，A 正确；e点位于加强点的连线上，也为加强点，f点位于减弱点的连线上，也为减弱点，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，C 错误；因形成干涉图样的介质质点也在不停地做周期性振动，故经半个周期步调相反，D 正确答案 AD多普勒效应4(多选)火车上有一个声源发出一定的乐音当火车静止、观测者也静止时，观测者听到并记住了这个乐音的音调以下情况中，观测者听到这个乐音的音调比原来降低的是( )A观测者静止，火车向他驶来B观测者静止，火车离他驶去7C火车静止，观测者乘汽车向着火车运动D火车静止，观测者乘汽车远离火车运动
15、解析 观测者与声源相向运动时，观测者接收到的声波的频率变大，听到的乐音音调比原来要高；观测者与声源背离运动时，观测者接收到的声波的频率变小，听到的乐音音调比原来要低，故选项 B、D 正确答案 BD题组一 多普勒效应1(多选)根据多普勒效应，下列说法正确的是( )A当波源与观察者有相对运动时，观察者接收到的频率一定发生变化B当波源与观察者同向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率低C当波源与观察者相向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率高D当波源与观察者反向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率低解析 当波源与观察者的相对距离减小时，观察者单位时间内接收到的完全波的个数
16、增多，即观察者接收到的频率比波源发出的频率高；当二者的相对距离增大时，观察者单位时间内接收到的完全波的个数减少，即观察者接收到的频率比波源发出的频率低当波源与观察者有相对运动，但距离不变时(如圆周运动)，则不会出现多普勒效应，选项 A 错误；当波源与观察者同向运动时，二者的距离可能增大，也可能减小，也可能不变，选项B 错误；当波源与观察者相向运动时，二者的相对距离减小，故选项 C 正确；当波源与观察者反向运动时，二者的相对距离增大，选项 D 正确答案 CD2(多选)下面哪些应用是利用了多普勒效应( )A利用地球上接收到遥远天体发出的光波的频率来判断遥远天体相对于地球的运动速度B交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波，波被运动的汽车反射回来，根据接收到的频率发生的变化，就知道汽车的
