202X學年高中物理第2章機械波第3講波的干涉和衍射多普勒效應及其應用課件魯科版選修3_4

1、第2章第3講波的干預和衍射多普勒效應及其應用目標定位1.理解波的疊加原理，知道波的干預是波疊加的結果.2.知道波的干預圖樣的特點，理解形成穩(wěn)定干預圖樣的條件，掌握振動加強點、減弱點的振動情況.3.知道什么是波的衍射現(xiàn)象和發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件.4.會用波的衍射、干預現(xiàn)象解釋相關問題.5.了解多普勒效應，能用多普勒效應解釋一些物理現(xiàn)象1 預習導學 梳理識記點撥 2 課堂講義 理解深化探究3對點練習 鞏固應用反饋欄目索引 CONTENTS PAGE 一、波的干預現(xiàn)象1波的疊加原理：波在相遇時仍然能夠保持 的運動狀態(tài)繼續(xù)傳播，在相遇的區(qū)域里，介質內部的質點同時參加相遇的波列的振動，質點的位移等于相遇

2、波列單獨存在時到達該處引起的位移的 ，相遇的波一旦脫離接觸又會按照原來的運動形狀傳播各自疊加2波的干預：(1)定義：振動頻率和振動方向 的兩列波疊加后，振動加強和振動減弱的區(qū)域、穩(wěn)定分布的現(xiàn)象，叫做波的干預，形成的圖樣叫做(2)產生干預的條件：只有和一樣的波才可能互相干預(3)干預現(xiàn)象是波的重要特征之一一樣互相間隔干預圖樣頻率振動方向想一想在波的干預中，振動加強的點和振動減弱的點的振動情況是怎樣的？是不是振動減弱的點始終位于平衡位置不動？答案在波的干預中，振動加強的點是指兩列波在該點的振動方向始終一樣，因而使該點以兩列波的振幅之和作為新的振幅做簡諧運動；而振動減弱的點是指兩列波在該點的振動方向

3、始終相反，因而使該點以兩列波的振幅之差作為新的振幅做簡諧運動只有當兩列波的振幅相等時，所形成的干預中的振動減弱的點的振幅才為零，此時該點表現(xiàn)為始終處于平衡位置不動二、波的衍射現(xiàn)象1定義：波繞過 或通過孔隙繼續(xù)傳播的現(xiàn)象2發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：障礙物或狹縫的尺寸跟波長相差 時3 都能發(fā)生衍射現(xiàn)象，衍射是波的現(xiàn)象障礙物不多一切波特有三、多普勒效應及其應用1多普勒效應：由于波源和觀察者之間有 而使觀察者接收到的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象2成因(1)當聲源和觀察者相對介質都不動(即二者沒有相對運動)時，觀察者接收到的聲音頻率 聲源的頻率(2)當觀察者靠近聲源時，觀察者在1 s內接收到完全波的個數(shù)就會，也就是

4、接收到的聲音頻率 ，聽到的音調變 .高相對運動等于增多增大(3)當觀察者遠離聲源時，在單位時間里接收到完全波的個數(shù)就會 ，也就是接收到的聲音頻率 ，聽到的聲音音調變 .低減少減小3多普勒效應是波共有的特征4應用：(1)多普勒儀；(2)彩色超聲多普勒 儀；(3)跟蹤目的物測速心動圖想一想當汽車遠離觀察者時，聽到的汽車的聲音越來越小，這種現(xiàn)象就是多普勒效應嗎？答案不是多普勒效應指的是接收到的頻率的變化情況，即音調的變化情況；而聲音大小指的是響度一、對干預現(xiàn)象的理解1波的疊加是無條件的，任何頻率的兩列波在空間相遇都會疊加2穩(wěn)定干預圖樣的產生是有條件的，必須是兩列波的頻率一樣、振動方向一樣3干預圖樣及

5、其特點(1)干預圖樣：如圖1所示圖1(2)特點加強區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變加強區(qū)始終加強，減弱區(qū)始終減弱(加強區(qū)與減弱區(qū)不隨時間變化)加強區(qū)與減弱區(qū)互相間隔4振動加強點和減弱點(1)加強點：振動的振幅等于兩列波振幅之和，AA1A2.(2)減弱點：振動的振幅等于兩列波振幅之差，A|A1A2|.(3)加強點和減弱點的判斷：假設某點總是波峰與波峰或波谷與波谷相遇，該點為加強點，假設總是波峰與波谷相遇，那么為減弱點例1 兩列振動方向一樣、振幅分別為A1和A2的相干簡諧橫波相遇以下說法正確的選項是()A波峰與波谷相遇處質點的振幅為|A1A2|B波峰與波峰相遇處質點離開平衡位置的位移始終為A1A2C波峰與

6、波谷相遇處質點的位移總是小于波峰與波峰相遇處質點的位移D波峰與波峰相遇處質點的振幅一定大于波峰與波谷相遇處質點的振幅解析波峰與波谷相遇時，振幅相消，故實際振幅為|A1A2|，選項A正確；波峰與波峰相遇處，質點的振幅最大，合振幅為A1A2，但此處質點仍處于振動狀態(tài)中，其位移隨時間按正弦(或余弦)規(guī)律變化，選項B錯誤；振動減弱點和加強點的位移隨時間按正弦(或余弦)規(guī)律變化，選項C錯誤；波峰與波峰相遇時振動加強，波峰與波谷相遇時振動減弱，加強點的振幅大于減弱點的振幅，選項D正確答案AD針對訓練 兩列頻率、振動方向、初相位均一樣的波S1、S2，在同一介質中傳播時，某時刻t形成如圖2所示的干預圖樣(實線

7、表示波峰，虛線表示波谷)，在圖中標有A、B、C三個點，那么振動加強的點是_，振動減弱的點是_圖2解析由圖可知A點為波峰與波峰相遇，是振動加強點；B點是波谷與波谷相遇，是振動加強點；C點是波峰與波谷相遇，是振動減弱點答案A、BC二、對衍射現(xiàn)象的理解1衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都可以發(fā)生衍射2波的衍射總是存在的，只有“明顯與“不明顯的差異，“障礙物或孔的尺寸比波長小或跟波長差不多是發(fā)生明顯衍射的條件3波傳到小孔(或障礙物)時，小孔(或障礙物)仿佛一個新波源，由它發(fā)出與原來同頻率的波在孔(或障礙物)后傳播，就偏離了直線方向因此，波的直線傳播只是在衍射不明顯時的近似情況例2 如圖3所示是觀察水面波衍射

8、的實驗裝置，AC和BD是兩塊擋板，AB是一個孔，O是波源，圖中已畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況，每兩條相鄰波紋(圖中曲線)之間距離表示一個波長，那么對于波經(jīng)過孔之后的傳播情況，以下描述正確的選項是()圖3A此時能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象B擋板前后波紋間距離相等C如果將孔AB擴大，有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象D如果孔的大小不變，使波源頻率增大，能更明顯地觀察到衍射現(xiàn)象解析從題圖中可以看出，孔的大小與波長相差不多，故能夠發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，A選項正確；由于在同一均勻介質中，波的傳播速度沒有變化，波的頻率是一定的，又根據(jù) 可得波長沒有變化，所以B選項是正確的；當孔擴大后，發(fā)生明顯衍射的條件將被破壞，故C

9、選項正確；如果孔的大小不變，使波源頻率增大，那么波長減小，孔的尺寸將比波長大，失去發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象的條件，因此D選項不正確答案ABC三、對多普勒效應的理解1多普勒效應是波共有的特征，不僅機械波，光波和電磁波也都會發(fā)生多普勒效應2發(fā)生多普勒效應時，波源發(fā)出的頻率不變，變化的是觀察者接收到的頻率3(1)當波源與觀察者相互接近時，f觀察者變大，音調變高如圖4甲中波源S不動，觀察者A向B運動和圖乙中觀察者A不動，波源由S1向S2運動；(2)當波源與觀察者相互遠離時，f觀察者變小，音調變低，如圖甲中波源S不動，觀察者A向C運動圖4例3下面說法中正確的選項是()A發(fā)生多普勒效應時，波源的頻率變化了B發(fā)生

10、多普勒效應時，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化C多普勒效應是在波源與觀察者之間有相對運動時產生的D多普勒效應是由奧地利物理學家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的解析當波源與觀察者之間有相對運動時會發(fā)生多普勒效應，應選項C正確；發(fā)生多普勒效應時，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化，而波源的頻率并沒有改變，應選項A錯誤，選項B正確；此現(xiàn)象是奧地利物理學家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的，應選項D正確答案BCD借題發(fā)揮判斷觀察者接收的頻率是怎么樣變化的，就是看波源與觀察者間的相對運動情況1在水波槽的衍射實驗中，假設打擊水面的振子的振動頻率是5 Hz，水波在水槽中的傳播速度為0.05 m/s，為觀察到明顯的衍射現(xiàn)象，小孔直徑d應為()A10 c

11、m B5 cm Cd1 cm Dd1 cm波的衍射答案D波的疊加2如圖5所示，沿一條直線相向傳播的兩列波的振幅和波長均相等，當它們相遇時可能出現(xiàn)的波形是以下圖中的()圖5解析當兩列波的前半個波(或后半個波)相遇時，根據(jù)波的疊加原理，在前半個波(或后半個波)重疊的區(qū)域內所有的質點振動的合位移為零，而兩列波的后半個波(或前半個波)的波形保持不變，所以選項B正確；當兩列波完全相遇時(即重疊在一起)，由波的疊加原理可知，所有質點振動的位移均等于每列波單獨傳播時引起的位移的矢量和，使得所有的質點振動的位移加倍，所以選項C也是正確的答案BC波的干預3圖6表示兩個相干波源S1、S2產生的波在同一種均勻介質中

12、相遇圖中實線表示某時刻的波峰，虛線表示該時刻的波谷，以下說法正確的選項是()圖6Aa、c兩點的振動加強，b、d兩點的振動減弱Be、f兩點的振動介于加強點和減弱點之間C經(jīng)適當?shù)臅r間后，加強點和減弱點的位置互換D經(jīng)半個周期后，原來位于波峰的點將位于波谷，原來位于波谷的點將位于波峰解析波的干預示意圖表示某一時刻兩列相干波疊加的情況，形成干預圖樣的所有介質質點都在不停地振動著，其位移的大小和方向都在不停地變化著但要注意，對穩(wěn)定的干預，振動加強和減弱的區(qū)域的空間位置是不變的a點是波谷和波谷相遇的點，c點是波峰和波峰相遇的點，都是振動加強的點；而b，d兩點都是波峰和波谷相遇的點，是振動減弱的點，A正確；e點位于加強點的連線上，也為加強點，f點位于減弱點的連線上，也為減弱點，B錯誤；相干波源疊加產生的干預是穩(wěn)定的，不會隨時間變化，C錯誤；因形成干預圖樣的介質質點也在不停地做周期性振動，故經(jīng)半個周期步調相反，D正確答案AD多普勒效應4如圖