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1、第二章,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.,内容索引,知识探究,题型探究,达标检测,知识探究,一、波的叠加原理,(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？,答案,答案 两列波相遇后仍然保持原来各自的运动状态继续传播，并没有受到另一列波的影响.,(2)当教室内乐队合
2、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 相同，没有受到其他乐器的影响.,1.波的叠加原理 在几列波传播的重叠区域内，质点要 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_. 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 (填“加强”或“减弱”)，合振幅将 (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 (填“加强”或“减弱”)，合振幅 (填“增大”“不变”或“减小”).,同时,矢量和,加强,增大,减弱,减小,判断下列说法的正误. (1
3、)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,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？,答案,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
4、域.改变其中一个小球振动的快慢，这种现象将消失.,1.波的干涉： 的两列波叠加，使介质中某些区域的质点振动始终 ，另一些区域的质点振动始终 ，并且这两种区域互相间隔、位置 .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 必须相同. 3.波的干涉现象是在特殊条件下波的 . 只要满足一定条件都能发生干涉现象.,频率相同,加强,减弱,保持不变,频率,叠加,一切波,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，A_. (2)减弱点：质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，A_，若两列波振幅相同，质点振动的合振幅就等于零.,A1A2,|A
5、1A2|,5.干涉图样及其特征 (1)干涉图样：如图2所示. (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.,图2,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. (
6、),三、波的衍射现象,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：,图3,(1)水波遇到小孔时，会观察到什么现象？依次减小小孔尺寸，观察到的现象有什么变化？,答案 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.,答案,答案 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，会观察到什么现象？当障碍物较小时，会观察到什么现象？
7、,1.波的衍射 波能够绕到 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 相差不多或比 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 ， 是波特有的现象.,障碍物,波长,波长,衍射,衍射,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,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
8、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？,答案 警车驶来时，音调变高；警车远离时音调变低.,答案 实际上警笛的音调不会变化.,答案,(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 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.,答案,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 . 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 ，所以，观测者接收到的频率和波源的振动频率
9、 .,不同,相同,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 ，接收到的频率将 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 ，接收到的频率将 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.,增多,减少,小于,大于,判断下列说法的正误. (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
10、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. ( ),题型探究,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,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.,解析,答案,图4,二、波的干涉,振
11、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.,解析,答案,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，下列说法正确的是,图5,A.a、c两点的振动加强，b、d两点的振动减弱 B.e、f
12、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 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.,解析,答案,例3 波源S1和S2振动方向相同，频率均为4 Hz，分别置于均匀
13、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；,答案 1 m,解析 设波长为，频率为f，则vf，代入已知数据， 得1 m.,解析,答案,(2)O、A间合振动振幅最小的点的位置.,答案 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 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：
14、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，则关于波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是 A.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,图7,解析,答案,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
