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1、第第3节波的干涉和衍射节波的干涉和衍射第第4节多普勒效应及其应用节多普勒效应及其应用课前自主学案课前自主学案核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练课标定位课标定位知能优化训练知能优化训练第第4节课标定位定位学学习目目标：1.理解波的叠加原理理解波的叠加原理2知道波的干涉衍射知道波的干涉衍射现象及象及产生生稳定干涉、明定干涉、明显衍射的条件衍射的条件3知道干涉、衍射知道干涉、衍射现象是波所特有的象是波所特有的现象象4了解波的多普勒效了解波的多普勒效应现象象重点重点难点：点：1.波的干涉波的干涉现象及其象及其产生条件，衍射生条件，衍射现象象2波的叠加原理波的叠加原理课前自主学案课前自主学
2、案一、波的干涉一、波的干涉现象象1波的叠加原理波的叠加原理大大量量研研究究表表明明，波波在在相相遇遇时仍仍然然能能够保保持持各各自自的的_继续传播播，在在相相遇遇的的区区域域里里，介介质内内部部的的质点点同同时参参与与相相遇遇的的波波列列的的_，质点点的的位位移移等等于于相相遇遇波波列列单独独存存在在时到到达达该处引引起起的的_的的叠叠加加，相相遇遇的的波波一一旦旦脱脱离离接接触触又又会会按按照照原原来来的的运运动状状态继续传播播这在在物物理理学学中中称称为波波的叠加原理的叠加原理运运动状状态振振动位移位移2波的干涉波的干涉(1)我我们把把_和和振振动方方向向相相同同的的两两列列波波叠叠加加后
3、后，振振动加加强强和和振振动减减弱弱的的区区域域_，_的的现象象，叫叫做做波波的的干干涉涉，形形成成的的图样叫叫做干涉做干涉图样(2)只只有有_和和_相相同同的的波波才才可可能能互互相相干干涉涉水水波波、声声波波、光光波波、电磁磁波波等等都都能能产生生干干涉涉，干涉干涉现象是波的重要特征之一象是波的重要特征之一二、波的衍射二、波的衍射现象象1波波绕过_或或通通过_继续传播播的的现象象，叫做波的衍射叫做波的衍射振振动频率率互相互相间隔隔稳定分布定分布频率率振振动方向方向障碍物障碍物孔隙孔隙2同一列水波同一列水波经过不同的狭不同的狭缝时，当狭，当狭缝的的宽度度远大于大于_时，没有明，没有明显的衍射
4、的衍射现象；当狭象；当狭缝的的宽度接近度接近_时，水波在狭，水波在狭缝的的边缘发生了弯曲；当狭生了弯曲；当狭缝的的宽度更接近水波的波度更接近水波的波长时，水波通，水波通过狭狭缝后成后成为近似于近似于_衍射衍射现象更加明象更加明显3进一步一步实验表明，当障碍物或狭表明，当障碍物或狭缝的尺寸跟的尺寸跟_时，衍射，衍射现象十分明象十分明显4不不仅水波能水波能发生衍射生衍射现象象_波都能波都能发生生衍射衍射现象，衍射是象，衍射是_特有的特有的现象象水波的波水波的波长水波的波水波的波长波源波源发出的球面波出的球面波波波长相差不多相差不多一切一切波波三、多普勒效三、多普勒效应1多普勒效多普勒效应由于由于_
5、与与_之之间有相有相对运运动而使而使观察察者接收到的者接收到的_发生生变化的化的现象称象称为多普勒效多普勒效应2多普勒效多普勒效应产生的原因生的原因(1)波源与波源与观察者相察者相对静止静止时，观察者察者观测到的到的频率率_波源振波源振动的的频率率(2)波源与波源与观察者相互靠近察者相互靠近时，观察者察者观测到的到的频率率_波源的的波源的的频率，即率，即观察到的察到的频率率变大大(3)波源与波源与观察者相互察者相互远离离时，观察到的察到的频率率变小小波源波源观察者察者频率率等于等于大于大于四、多普勒效四、多普勒效应的的应用用1.多普勒多普勒测速速仪2彩色超声多普勒心彩色超声多普勒心动图仪3用用
6、电磁波的多普勒效磁波的多普勒效应可以确定目的物的距可以确定目的物的距离、方位、速度等，离、方位、速度等，这在在军事、航天、气象事、航天、气象预报等等领域有着广泛的域有着广泛的应用用核心要点突破核心要点突破一、对波的叠加原理的进一步认识一、对波的叠加原理的进一步认识1叠加原理：几列波相遇时能够保持各自的形叠加原理：几列波相遇时能够保持各自的形状不变而继续传播，在它们重叠的区域里，介质状不变而继续传播，在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和2波在
7、叠加时的特点波在叠加时的特点(1)位移是几列波分别产生的位移的矢量和位移是几列波分别产生的位移的矢量和(2)各列波独立各列波独立传播播两列同相波的叠加，振两列同相波的叠加，振动加加强强，振幅增大，振幅增大(如如图231所示所示)图231两列反相波的叠加，振两列反相波的叠加，振动减弱，振幅减小减弱，振幅减小(如如图232所示所示)图2323波的独立性波的独立性几列波相遇后，仍像相遇前一几列波相遇后，仍像相遇前一样，能，能够保持各自保持各自原来的波形原来的波形继续传播，播，这就是波的独立性在空就是波的独立性在空间里不管有多少列波相遇，里不管有多少列波相遇，对任一列波而言，其任一列波而言，其他波就像
8、不存在一他波就像不存在一样即即时应用用(即即时突破，小突破，小试牛刀牛刀)1如如图233所所示示，两两列列相相同同的的波波相相向向传播播，当当它它们相遇相遇时，图234中可能的波形是中可能的波形是()图233图234解解析析：选C.当当两两列列波波相相遇遇时，达达到到图甲甲所所示示的的状状态时，叠加以后的波形不可能是，叠加以后的波形不可能是选项B.当当两两列列波波相相遇遇时时，达达到到图图乙乙所所示示的的状状态态时时，叠叠加以后的波形应是选项加以后的波形应是选项C.二、波的干涉的理解和振二、波的干涉的理解和振动加加强强点与减弱点的判点与减弱点的判断断1波的干涉的理解波的干涉的理解(1)波的叠加
9、是无条件的，任何波的叠加是无条件的，任何频率的两列波在空率的两列波在空间相遇都会叠加，但干涉必相遇都会叠加，但干涉必须是是满足一定条件的足一定条件的两列波叠加后形成的两列波叠加后形成的现象象(2)稳定干涉图样的产生是有条件的，必须是两列同稳定干涉图样的产生是有条件的，必须是两列同类的波，并且波的频率相同、振动方向相同、相位类的波，并且波的频率相同、振动方向相同、相位差恒定如果两列波的频率不相等，在同一种介质差恒定如果两列波的频率不相等，在同一种介质中传播时其波长就不相等，这样不能形成稳定的振中传播时其波长就不相等，这样不能形成稳定的振动加强点和减弱点因此我们就看不到稳定的干涉动加强点和减弱点因
10、此我们就看不到稳定的干涉图样，只能是一般的振动叠加现象图样，只能是一般的振动叠加现象(3)明显的干涉图样和稳定的干涉图样意义是不同的，明显的干涉图样和稳定的干涉图样意义是不同的，明显的干涉图样除了满足相干条件外，还必须满足明显的干涉图样除了满足相干条件外，还必须满足两列波振幅相差不大振幅越是接近，干涉图样越两列波振幅相差不大振幅越是接近，干涉图样越明显明显(4)稳定干涉图样的特征稳定干涉图样的特征加强区和减弱区的位置固定不变，且相互间加强区和减弱区的位置固定不变，且相互间隔隔加强区始终加强，减弱区始终减弱加强区始终加强，减弱区始终减弱2振动加强点和减弱点的判断振动加强点和减弱点的判断(1)从振
11、幅判断从振幅判断振幅为两列波的振幅之和的点为加强点，加强振幅为两列波的振幅之和的点为加强点，加强点连成的区域为加强区；振幅为两列波的振幅点连成的区域为加强区；振幅为两列波的振幅之差的点为减弱点，减弱点连成的区域为减弱之差的点为减弱点，减弱点连成的区域为减弱区区(2)从条件上判断从条件上判断(3)从从现象上判断象上判断若若某某时刻刻某某点点是是波波峰峰与与波波峰峰(或或波波谷谷与与波波谷谷)相相遇遇，该点点为振振动加加强强点点；若若某某时刻刻某某点点是是波波峰峰与与波波谷谷相遇，相遇，则该点点为振振动减弱点减弱点特特别提提醒醒：(1)只只有有当当两两相相干干波波的的振振幅幅相相等等时，减减弱弱点
12、点的的位位移移才才始始终为零零，即即不不振振动，当当两两相相干干波波的的振振幅幅不不相相等等时，减减弱弱点点的的位位移移随随时间做做周周期期性性变化化(2)加加强强点点的的位位移移随随时间在在A与与A的的范范围内内变化化，并不是每一并不是每一时刻都最大刻都最大即即时应用用(即即时突破，小突破，小试牛刀牛刀)2如如图235所所示示，S1和和S2是是两两个个相相干干波波源源，由由它它们发出出的的波波相相互互叠叠加加，实线表表示示波波峰峰，虚虚线表表示示波波谷谷，对于于a、b、c三三点点的的振振动情情况况的的下下列列判判断断中，正确的是中，正确的是()图235Ab处的振的振动永永远减弱减弱Ba处永永
13、远是波峰与波峰相遇是波峰与波峰相遇Cb处永永远是波谷与波谷相遇是波谷与波谷相遇Dc处的振的振动永永远减弱减弱解解析析：选D.b点点此此刻刻是是波波谷谷和和波波谷谷相相遇遇，位位移移为负的的最最大大值，振振动是是加加强强的的，故故A、C错；a处此此刻刻是是波波峰峰与与波波峰峰相相遇遇，是是加加强强点点，再再过半半个个周周期期后后变成成波波谷谷和和波波谷谷相相遇遇，始始终振振动加加强强，但但并并非非永永远在在波波峰峰或或波波谷谷，故故B错；c处此此刻刻是是波波峰峰与与波波谷谷相相遇遇，过半半个个周周期期后后是是波波谷谷与与波波峰峰相相遇遇，c点点永永远是是振振动减减弱，故弱，故D正确正确三、波的衍
14、射的理解三、波的衍射的理解1对明显衍射发生条件的理解对明显衍射发生条件的理解(1)孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长的关系仅孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长的关系仅是衍射能否明显发生的条件，但发生波的衍射没是衍射能否明显发生的条件，但发生波的衍射没有条件有条件(2)明显衍射发生时，并不一定能清楚地感受到，明显衍射发生时，并不一定能清楚地感受到，如当孔远远小于水波波长时，衍射应当非常明显，如当孔远远小于水波波长时，衍射应当非常明显，但因孔很小，单位时间内通过孔的能量很小，又但因孔很小，单位时间内通过孔的能量很小，又分布到很大的区域上，水波将非常弱，将看不清分布到很大的区域上，水波将非常弱，将看不清
15、楚楚2波的干涉与波的衍射的比波的干涉与波的衍射的比较比比较内容内容名称名称定定义现象象可可观察到察到现象的条件象的条件相同点相同点波的衍射波的衍射波波绕过障碍障碍物或通物或通过孔孔继续传播的播的现象象波能偏离直波能偏离直线而而传播到直播到直线以外以外的空的空间缝、孔或障、孔或障碍物的尺寸碍物的尺寸跟波跟波长相差相差不多或者小不多或者小于波于波长干涉和干涉和衍射是衍射是波特有波特有的的现象象波的干涉波的干涉振振动频率和率和振振动方向相方向相同的两列波同的两列波叠加后，振叠加后，振动加加强强和振和振动减弱的区减弱的区域互相域互相间隔、隔、稳定分布的定分布的现象象振振动强强弱相弱相间的的区域，某些区
16、域区域，某些区域总是加是加强强，某些，某些区域区域总是减弱是减弱两列波的两列波的频率相同振率相同振动方向相同方向相同特特别提提醒醒：(1)干干涉涉、衍衍射射现象象是是波波特特有有的的现象象，凡凡能能发生生干干涉涉或或衍衍射射现象象的的一一定定是是波波(2)衍衍射射只只有有明明显与与不不明明显的的差差异异，不不会会出出现“不不发生生衍衍射射现象象”的情况的情况即即时应用用(即即时突破，小突破，小试牛刀牛刀)3如如图236所所示示是是观察察水水面面波波衍衍射射的的实验装装置置，AC和和BD是是两两块挡板板，AB是是一一个个孔孔，O是是波波源源，图中中已已画画出出波波源源所所在在区区域域波波的的传播
17、播情情况况，每每两两条条相相邻波波纹(图中中曲曲线)之之间的的距距离离表表示示一一个个波波长，则对于于波波经过孔孔之之后后的的传播播情情况况，下下列列描描述述错误的的是是()图236A此时能明显观察到波的衍射现象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挡板前后波纹间距离相等C如果将孔如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍扩大，有可能观察不到明显的衍射现象射现象D如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显地观察到衍射现象明显地观察到衍射现象四、多普勒效四、多普勒效应如何如何应用用1音音调和和频率：率：频率高率高音音调高，高，频率低率低音音调低低
18、2多普勒效多普勒效应：由于波源和：由于波源和观察者之察者之间有相有相对运运动，使，使观察者感到察者感到频率率变化的化的现象多普勒效象多普勒效应是是波共有的特征波共有的特征3发生多普勒效生多普勒效应时几种情况的比几种情况的比较总之，之，发生多普勒效生多普勒效应时，无，无论什么情况，波源什么情况，波源与与观察者肯定有相察者肯定有相对运运动，当波源与，当波源与观察者相互察者相互接近，接近，观察者接收到的察者接收到的频率率变大，音大，音调变高，反高，反之当波源与之当波源与观察者相互察者相互远离，离，观察者接收到的察者接收到的频率率变小，音小，音调变低低即即时应用用(即即时突破，小突破，小试牛刀牛刀)4
19、下面哪些下面哪些应用没有利用多普勒效用没有利用多普勒效应()A利利用用地地球球上上接接收收到到遥遥远天天体体发出出的的光光波波的的频率率来判断遥来判断遥远天体相天体相对于地球的运于地球的运动速度速度B交交通通警警察察向向行行进中中的的汽汽车发射射一一个个已已知知频率率的的电磁磁波波，波波被被运运动的的汽汽车反反射射回回来来，根根据据接接收收到到的的频率率发生生的的变化化，就就知知道道汽汽车的的速速度度，以以便便于于进行交通管理行交通管理C铁路路工工人人用用耳耳贴在在铁轨上上可可判判断断火火车的的运运动情情况况D有有经验的的战士士从从炮炮弹飞行行的的尖尖叫叫声声判判断断飞行行炮炮弹是接近是接近还
20、是是远去去解解析析：选C.凡凡是是波波都都具具有有多多普普勒勒效效应，因因此此利利用用光光波波的的多多普普勒勒效效应便便可可以以测定定遥遥远天天体体相相对地地球球运运动的的速速度度；被被反反射射的的电磁磁波波，相相当当于于一一个个运运动的的物物体体发出出的的电磁磁波波，其其频率率发生生变化化，由由多多普普勒勒效效应的的计算算公公式式可可以以求求出出运运动物物体体的的速速度度，故故A、B选项中中的的事事例例利利用用了了多多普普勒勒效效应铁路路工工人人是是根根据据振振动的的强强弱弱而而对列列车的的运运动作作出出判判断断的的，故故C选项不不正正确确飞行行的的炮炮弹，与与空空气气摩摩擦擦产生生声声波波
21、人人耳耳接接收收到到的的频率率与与炮炮弹的的相相对运运动方方向向有有关关，故故D选项中的事例利用了多普勒效中的事例利用了多普勒效应课堂互动讲练课堂互动讲练类型一类型一波的干涉现象的理解和应用波的干涉现象的理解和应用例例例例1 1如如图图237表表示示两两个个相相干干波波源源S1S2产产生生的的波波在在同同一一种种均均匀匀介介质质中中相相遇遇图图中中实实线线表表示示某某时时刻刻的的波波峰峰，虚虚线线表表示示的的是是波波谷谷，下下列列说说法法正正确确的的是是()图237Aa、f两点的振动加强，两点的振动加强，b、d两点的振动减弱两点的振动减弱Be、f两点的振动介于加强点和减弱点之间两点的振动介于加
22、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，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原来位于波谷的点将位于波峰【思路点拨思路点拨】根据图样确定根据图样确定a、b、c、d各点的叠各点的叠加情况，从而判断加强点或减弱点，再根据加强加情况，从而判断加强点或减弱点，再根据加强点连线或减弱点连线对点连线或减弱点连线对e、f进行判断进行判断【精精讲精精析析】波波的的干干涉涉示示意意图所所示示的的仅是是某某一一时刻刻两两列列相相干干波波叠叠加加的的情情况况，形形成成干干涉涉图样的的所
23、所有有介介质质点点都都在在不不停停地地振振动着着，其其位位移移的的大大小小和和方方向向都都在在不不停停地地变化化着着但但要要注注意意，对稳定定的的干干涉涉图样，振振动加加强强和和减减弱弱的的区区域域的的空空间位位置置是是不不变的的a点点是是波波谷谷和和波波谷谷相相遇遇的的点点，c是是波波峰峰和和波波峰峰相相遇遇的的点点，都都是是振振动加加强强的的点点；而而b、d两两点点都都是是波波峰峰和和波波谷谷相相遇遇的的点点，是是振振动减减弱弱的的点点，A错误；e位位于于加加强强点点的的连线上上，为加加强强点点，f位位于于减减弱弱点点的的连线上上，为减减弱弱点点，B错误；相相干干波波源源叠叠加加产生生的的
24、干干涉涉是是稳定定的的，不不会会随随时间变化化，C错误；因因形形成成干干涉涉图样的的介介质质点点也也是是不不停停地地做做周周期期性性振振动，经半半个个周周期期步步调相相反反，D正正确确【答案答案】D【方方法法总结】(1)先先找找振振动加加强强点点和和振振动减减弱弱点：点：根根据据波波峰峰与与波波峰峰(或或波波谷谷与与波波谷谷)相相遇遇的的点点为振振动加加强强点点，波波峰峰与与波波谷谷相相遇遇的的点点为振振动减减弱弱点点找到一系列加找到一系列加强强点和减弱点点和减弱点(2)再找振再找振动加加强强区和减弱区：区和减弱区：根根据据在在波波的的传播播方方向向上上加加强强点点的的连线为加加强强区区，减减
25、弱弱点点的的连线为减减弱弱区区，确确定定加加强强区区和和减减弱弱区区(3)波波形形在在时刻刻变化化，可可以以沿沿波波线方方向向平平移移波波形形，以以此此找找到到一一般般质点点的的振振动情情况况，更更能能准准确确确确定定加加强强区和减弱区区和减弱区变式式训练1关关于于波波的的叠叠加加和和干干涉涉，下下列列说法法中中正正确的是确的是()A两两列列频率率不不相相同同的的波波相相遇遇时，因因为没没有有稳定定的的干涉干涉图样，所以波没有叠加，所以波没有叠加B两两列列频率率相相同同的的波波相相遇遇时，振振动加加强强的的点点只只是是波峰与波峰相遇的点波峰与波峰相遇的点C两两列列频率率相相同同的的波波相相遇遇
26、时，如如果果介介质中中的的某某点点振振动是加是加强强的，某的，某时刻刻该质点的位移可能是零点的位移可能是零D两两列列频率率相相同同的的波波相相遇遇时，振振动加加强强的的质点点的的位移位移总是比振是比振动减弱的减弱的质点的位移大点的位移大解解析析：选C.根根据据波波的的叠叠加加原原理理，只只要要两两列列波波相相遇遇就就会会叠叠加加，所所以以A错两两列列频率率相相同同的的波波相相遇遇时，振振动加加强强的的点点是是波波峰峰与与波波峰峰、波波谷谷与与波波谷谷相相遇遇，所所以以B错振振动加加强强的的点点仅是是振振幅幅加加大大，但但仍仍在在平平衡衡位位置置附附近近振振动，也也一一定定有有位位移移为零零的的
27、时刻刻，所以所以选项C正确，正确，选项D错误例例例例2 2把把M、N两块挡板中间的空隙当做一个两块挡板中间的空隙当做一个“小小孔孔”做水波的衍射实验，出现了如图做水波的衍射实验，出现了如图238所示所示的图样，位置的图样，位置P处的水没有振动起来，现要使挡处的水没有振动起来，现要使挡板左边的振动传到板左边的振动传到P处，在不改变挡板处，在不改变挡板M的位置的位置和和P点位置的情况下，可以采用哪些办法？点位置的情况下，可以采用哪些办法？类型二类型二波的衍射波的衍射图238【精精讲精精析析】波波发生生明明显衍衍射射现象象的的条条件件是是障障碍碍物物或或孔孔的的尺尺寸寸与与波波长相相差差不不多多，或
28、或者者比比波波长更更小小，所所以以要要使使P点点振振动起起来来，有有两两种种方方法法：一一是是减减小小孔孔的的尺尺寸寸，二二是是增增大大波波的的波波长N板板向向上上移移，可可以以减减小小孔孔的的尺尺寸寸；由由vf可可知知，水水波波的的波波速速一一定定，减减小小波波源源的的频率率可可以以增增大大水水波波的的波波长故故使使挡板板左左边的的振振动传到到P处可可以以采采用用的的方方法法是是N板板上上移移，或减小波源振或减小波源振动的的频率率.【答案答案】见精精讲精析精析【方法方法总结】(1)熟熟练掌握波能掌握波能发生明生明显衍射衍射现象的条件以及波象的条件以及波长、频率、波速之率、波速之间的关系的关系
29、是正确解决此是正确解决此类问题的基的基础(2)比比较波波长与障碍物或孔的尺寸的大小关系是与障碍物或孔的尺寸的大小关系是判断波能否判断波能否发生明生明显衍射的唯一依据衍射的唯一依据变式式训练2在在做做水水波波通通过小小孔孔衍衍射射的的演演示示实验时，激激发水水波波的的振振动频率率为5Hz，水水波波在在水水槽槽中中传播播速速度度为0.05m/s，为使使实验效效果果明明显，使使用小孔直径用小孔直径d不能超不能超过_m.答案：答案：0.01例例例例3 3一一辆警警车以以108km/h的速度追的速度追击逃犯逃犯时鸣响响频率率为600Hz的警的警报器，若当天声音在空气中的器，若当天声音在空气中的传播速度播
30、速度为330m/s，试计算警算警车在追在追击过程中路程中路过公路公路边时，站在路，站在路边不不动的人听到警的人听到警报声的声的频率率发生什么生什么变化？化？类型三类型三对多普勒效多普勒效应的理解和的理解和应用用【答案答案】见自主解答自主解答变式式训练3如如图239表表示示产生生机机械械波波的的波波源源O做匀速运做匀速运动的情况，的情况，图中的中的圆表示波峰表示波峰图239(1)该图表示的是表示的是()A干涉干涉现象象B衍射衍射现象象C反射反射现象象D多普勒效多普勒效应(2)波源正在移向波源正在移向()AA点点BB点点CC点点DD点点(3)观察到波的察到波的频率最低的点是率最低的点是()AA点点BB点点CC点点DD点点解解析析：(1)该图表表示示的的是是多多普普勒勒效效应正正确确的的选项为D.(2)从从波波长变化化情情况况来来看看，波波源源正正在在移移向向A点点，所以，所以，选项A正确正确(3)由由于于波波源源远离离B点点，所所以以，观察察到到波波的的频率率最低的点是最低的点是B点，点，选项B正确正确答案：答案：(1)D(2)A(3)B
