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1、第三章第三章 机机 械械 波波学习目标物理与STSE1.理解什么是波的衍射现象，知道波发生明显衍射现象的条件，并能用惠更斯原理解释2知道波传播到两种介质交界面时会发生反射、折射现象，以及反射、折射的特点3知道波的叠加原理，以及干涉是波叠加的结果4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、减弱点的振动情况落在水面上雨滴形 水波在小孔位成的水波会发生干 置会发生衍射涉现象 现象知识点一机械波的衍射与惠更斯原理1波的衍射：水波在遇到小障碍物或者小孔时继续向前传播，我们把这种现象叫作波的衍射2发生明显衍射的条件：缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相近，或者比波长更小衍射是波特有
2、的现象，一切波都可以发生衍射3惠更斯原理(1)内容：介质中波动传到的各点，都可以看作是发射子波的波源，在其后的任一时刻，这些子波的包络就形成新的波面(2)应用：惠更斯原理对任何波动过程都是适用的知识点二机械波的反射和折射1反射现象(1)定义：机械波遇到介质界面会返回原介质继续传播的现象(2)特点：频率、波速和波长都不变2折射现象(1)定义：机械波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生改变的现象(2)特点：频率不变，波速和波长发生改变3反射和折射是波的普遍性质知识点三机械波的干涉1波的叠加原理：几列波相遇时能够保持各自的运动特征，继续传播，在相遇的区域中，质点的位移等于这几列波单独传播时引
3、起的位移的合成2波的干涉(1)定义：频率相同的两列波在相遇的区域中，会出现稳定的相对平静的区域和剧烈振动的区域，这些区域的位置是固定的，且互相隔开这种现象叫波的干涉(2)稳定干涉条件两列波的频率必须相同两个波的相位差恒定，且振动方向相同(3)干涉的普遍性一切波都能够发生干涉，干涉是波所特有的现象 核心素养物理观念波的衍射、波的反射和折射、波的干涉科学思维掌握波的干涉图样的特点，会寻找振动加强点、减弱点，并能用惠更斯原理解释反射、折射现象科学探究通过水波的衍射、干涉实验，了解衍射、干涉现象，让学生自己分析、总结其特点和发生的条件科学态度与责任通过互动实验，培养学生科学探究的兴趣和实事求是的科学态
4、度，了解物理知识与现实生活的密切关系 小试身手1.如图所示，在空旷的广场上有一堵较高大的墙MN，在墙的一侧有一个正在播放男女合唱歌曲的声源O，某人从A点走到墙后的B点，在此过程中，如从衍射的角度来考虑，则会听到()A声音变响，男声比女声更响B声音变响，女声比男声更响C声音变弱，男声比女声更弱D声音变弱，女声比男声更弱解析：由题意可知，某人从题图中A点走到墙后的B点，能听到声音，是由于波的衍射现象，但强度变弱由于男声的频率低于女声的频率，在同一介质中声音的传播速度相同，则男声的波长比女声的波长长，更容易发生衍射故A、B、C错误，D正确答案：D2图中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，
5、则()A2与1的波长、频率相等，波速不等B2与1的波速、频率相等，波长不等C3与1的波速、频率、波长均相等D3与1的频率相等，波速、波长均不等3关于波的叠加和干涉，下列说法中正确的是()A两列频率不相同的波相遇时，因为没有稳定的干涉图样，所以波没有叠加B两列频率相同的波相遇时，振动加强的点只是波峰与波峰相遇的点C两列频率相同的波相遇时，介质中振动加强的质点在某时刻的位移可能是零D两列频率相同的波相遇时，振动加强的质点的位移总是比振动减弱的质点的位移大解析：两列波相遇时一定叠加，没有条件，A错误；振动加强是指振幅增大，而不只是波峰与波峰相遇，B错误；振动加强点的振幅增大，质点仍然在自己的平衡位置
6、附近振动，故某时刻的位移可以是振幅范围内的任何值，C正确，D错误答案：C探究一波的衍射与惠更斯原理1关于衍射的条件：应该说衍射是没有条件的，衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射衍射只有“明显”与“不明显”之分，障碍物或小孔的尺寸跟波长差不多，或比波长小是产生明显衍射的条件2波的衍射实质分析：波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)仿佛是一个新波源，由它发出的与原来同频率的波在小孔(障碍物)后传播，就偏离了直线方向波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况3惠更斯原理的实质：波面上的每一点(面源)都是一个次级球面波的子波源，子波的波速与频率等于初级波的波速和频率，此后每一时刻的子波波面的包络面就
7、是该时刻总的波动的波面其核心思想是介质中任一处的波动状态是由各处的波动决定的，惠更斯原理解释了波的衍射现象【典例1】(多选)如图所示是观察水波衍射的实验装置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)之间的距离表示一个波长，则关于波经过孔之后的传播情况，下列描述中正确的是()A此时能观察到波明显的衍射现象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，能观察到更明显的衍射现象核心点拨(1)孔AB的尺寸与波长差不多，能观察到波明显的衍射现象(2)波的传播速度不变，频率不变，故
8、波长不变，即挡板前后波纹间距离应相等关于波的衍射现象的两点提醒(1)障碍物的尺寸的大小与波长大小的关系不是发生衍射的条件，而是发生明显衍射的条件，波长越大，越易发生明显衍射现象(2)当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但衍射波的能量很弱，也很难观察到波的衍射A只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸比波长小，才能观察到明显的衍射现象B只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小，才能观察到明显的衍射现象C由图2丙可以得出，波长比狭缝小太多就不会发生衍射现象D由图1甲可以看出，狭缝宽度再增加就不会发生衍射现象解析：由题图一可知，波长一定时，狭缝越窄衍射现象越明显；由题图二可知，狭缝一定，
9、波长越长衍射现象越明显；只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小，才能观察到明显的衍射现象，选项A错误，B正确由题图二丙可以得出，波长比狭缝小太多同样会发生衍射现象，只是衍射现象不明显，选项C错误由题图一甲可以看出，狭缝宽度再增加也会发生衍射现象，只是衍射现象不明显，选项D错误故选B.答案：B2.某居住地A位于某山脉的一侧，山脉的另一侧P处建有无线电波发射站，如图所示该发射站可发送频率为400 kHz的中波和400 MHz的微波已知无线电波在空气中的传播速度都为3108 m/s.回答以下问题：(1)该中波和微波的波长各是多少？(2)发射站发出的电磁波是经过干涉还是衍射后到达居住
10、地A处的？(3)若两种波的接收效果不同，请说明哪一种波的接收效果更好为什么？(2)无线电波绕过山脉到达A处，发生了衍射现象(3)中波的接收效果更好，因为它的波长长，衍射现象更明显答案：(1)750 m0.75 m(2)衍射(3)中波的接收效果好，因为它的波长长，衍射效果更好探究二波的反射和折射及应用1波的频率是由振源决定的，介质中各个质点的振动都是受迫振动，因此不论是反射还是折射，波的频率是不改变的2波速是由介质决定的，波反射时是在同一介质中传播，因此波速不变，波折射时是在不同介质中传播，因此波速改变【典例2】某测量员利用回声测距，他站在两平行墙壁间某一位置鸣枪，经过1 s第一次听到回声，又经
11、过0.5 s再次听到回声，已知声速为340 m/s，则两墙壁间的距离为多少？核心点拨(1)注意测量员是否运动(2)注意测量员听到回声是来回的距离解析：设两墙壁间的距离为s，测量员离较近的墙壁的距离为x，则他离较远的墙壁的距离为sx，第一次听到回声时，2xvt1，第二次听到回声时，2(sx)v(t1t)，其中t0.5 s，t11 s，代入数据得s425 m.答案：425 m3(多选)关于波的反射与折射，下列说法正确的是()A波发生反射时，波的频率不变，波速变小，波长变短B波发生反射时，波的频率、波长、波速均不变C波发生折射时，波的频率、波长、波速均发生变化D波发生折射时，波的频率不变，但波长、波
12、速均发生变化解析：波发生反射时，在同一种介质中运动，因此波长、波速和频率不变，A错误，B正确；波在不同种介质中运动时发生折射，波速发生变化，但频率由振源决定，波的频率不变，由vf可知波长也发生变化，C错误，D正确答案：BD4(多选)以下关于波的认识，正确的是()A潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的反射原理B隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质，是为了减少波的反射，从而达到隐形的目的C雷达的工作原理是利用波的干涉D水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的折射现象解析：潜艇探测周围物体利用了反射原理，A正确；隐形飞机可以减少波的反射，B正确；雷达工作原理利用了波的反射，C错误
13、；水波的传播方向发生变化，属于波的折射，D正确答案：ABD探究三对波的干涉的理解1发生干涉的条件(1)两列波的频率相同(2)相位差恒定2产生稳定干涉图样的两列波的振幅越接近，干涉图样越明显3干涉图样及其特点(1)干涉图样：如图所示(2)特点加强区和减弱区的位置固定不变加强区始终加强，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现象判断法：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(4)振动加强的点和振动减弱的点始终保持与波源同频率振动，其振幅不变(减弱的点的振幅可能为零)，其位移随时间变化【典例3】如图所示，S1、S2是两
14、个步调完全相同的相干波源，其中实线表示波峰，虚线表示波谷若两列波的振幅均保持5 cm不变，关于图中所标的a、b、c、d四点，下列说法中正确的是()Ad点始终保持静止不动B图示时刻c点的位移为零Cb点振动始终加强，c点振动始终减弱D图示时刻，b、c两点的竖直高度差为10 cm核心点拨(1)S1、S2是两个步调完全相同的相干波源，说明发生干涉(2)由图知b点是波峰与波峰相遇，c点是波谷与波谷相遇，d点是波峰与波谷相遇解析：d点是波峰与波谷相遇，振动减弱，振幅为零，故保持静止，故A正确；b点是波峰与波峰相遇，c点是波谷与波谷相遇，它们均属于振动加强点，由于振幅是5 cm，则b点相对平衡位置高10 c
15、m，而c点是波谷与波谷相遇，则c点相对平衡位置低10 cm，所以b、c两点的竖直高度差为20 cm，故B、C、D错误答案：A振动加强点与振动减弱点的判断方法5.(2019上海卷)两波源、在水槽中形成的波形如图所示，其中实线表示波峰，虚线表示波谷，则以下说法正确的是()Aa点振动始终加强Bb点振动始终加强Ca、b两点振动始终加强Da、b两点振动都不加强解析：从题图可以看出，两列波的波长不同，而在同一介质中波速相同，根据vf，两列波频率不同，所以两列波相遇不会产生干涉，A、B、C错误，D正确答案：D6(多选)如图所示，实线和虚线分别表示振幅、频率均相同的两列波的波峰和波谷此刻，M是波峰与波峰相遇点，下列说法中正确的是()A该时刻质点O正处在平衡位置BP、N两点始终处于平衡位置CM点经过四分之一周期变为减弱点D从该时刻起，经过四分之一周期，质点M到达平衡位置
