高一物理波的現(xiàn)象通用版

1、高一物理波的現(xiàn)象通用版【本講主要內(nèi)容】波的現(xiàn)象理解衍射的概念，產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件分析，波的獨立傳播特性和波的疊加原理； 兩列波速度、位移的合成等。波的干涉現(xiàn)象，波的相干條件，干涉圖樣的特征，以及干涉圖 樣中另一時刻的情景， 干涉是一切波的特性。 波源的頻率與觀察者接收到的頻率。多普勒效應(yīng)，多普勒效應(yīng)應(yīng)用以及解釋。【知識掌握】【知識點精析】.波的衍射的概念：在水波槽里，水波碰到擋板會被反射。如果把擋板換成一個大小比波長還小的障礙物， 水波就能繞過障礙物而繼續(xù)傳播。在水塘里，微風(fēng)激起的水波，遇到突出水面的小石、蘆葦,也會繞過它們繼續(xù)傳播， 好像它們并不存在， 這種波繞過障礙物的繼續(xù)傳播現(xiàn)象，叫

2、做波的衍射。.波的衍射的條件：除了利用小障礙物外，在波的前進方向上放一個有孔的屏，也可以觀察波的衍射現(xiàn)象?，F(xiàn)在，我們就用水波槽觀察水波通過孔的情形，來進一步研究在什么條件下才能發(fā)生波的衍射。在圖所示的兩次實驗中， 水波的波長相同?？椎膶挾炔煌?。在孔的寬度跟波長差不多的 情況下(圖甲)，孔后的整個區(qū)域里傳播著以孔為中心的圓形波，即發(fā)生了明顯的衍射現(xiàn)象。在孔的寬度比波長大好多倍的情況下(圖乙)、在孔的后面，水波是在連接波源和孔邊的兩條直線所限制的區(qū)域里傳播的，只是在離孔比較遠的地方，波才稍微繞到影子”區(qū)域里?？梢?，能夠發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象的條件是，障礙物或孔的尺寸比波長小， 或者跟波長相差不多。甲乙

3、波長相同的水波通過寬度不同的孔.波的衍射是波特有的現(xiàn)象：一切波都能發(fā)生衍射、通過衍射，把能量傳到陰影”區(qū)域，這是波所特有的現(xiàn)象。實驗1:觀察發(fā)波水槽中由一機械振動引起的一列水波的波紋圖樣。實驗2:觀察發(fā)波水槽中兩列振動頻率相同的水波在疊加區(qū)域中出現(xiàn)的疊加圖樣。問：兩列頻率相同的波疊加，波紋圖樣有怎樣的特點？答：實驗表明，兩列頻率相同的波疊加， 使某些區(qū)域的振動加強， 某些區(qū)域的振動減弱, 并且振動加強和振動減弱的區(qū)域互相間隔。這種獨特的現(xiàn)象是怎樣形成的呢？這就是我們要學(xué)習(xí)的內(nèi)容一一波的干涉。.波的獨立傳播特性：(1)觀察現(xiàn)象：用兩個手指輕點水面，能看到兩列水波互相穿過，互不干擾；(2)舉例：傾

4、聽合唱時，盡管各聲部發(fā)出的聲音相互交織在一起，但我們?nèi)阅苈牭们逅麄兏髀暡康牟煌曇簟?3)演示圖1所示，用計算機進行動畫模擬“相向傳播的兩列波相遇前后互不干擾” 的情形，增強感性認識。結(jié)論：兩列波相遇前后能夠保持各自的狀態(tài)而不互相干擾，這是波 的獨立傳播性質(zhì)。圖1(4)波的疊加原理：問：從上面的模擬情景中，我們已經(jīng)看到兩列波相遇前后，遵從波的獨立傳播原理，保持各自的波形不變， 同時我們也看到了兩列波在相遇疊加時，波形發(fā)生了變化，這是因為兩列波疊加時，每個質(zhì)點都同時參與這兩列波引起的振動，則每個質(zhì)點的振動應(yīng)是它們的合振動，由運動的合成可知，質(zhì)點的總位移應(yīng)等于這兩列波分別引起的位移的矢量和。(A)

5、分下面幾種典型情況具體講解：波峰與波峰疊加，振動加強，如圖 2 (a)所示。波峰與波谷疊加，振動減弱，如圖 2 (b)所示。波谷與波谷疊加，振動加強，如圖 2 (c)所示。(c)(b)圖2(B)用計算機再次按圖1進行動態(tài)模擬，并將波的疊加過程進行幀放，觀察出現(xiàn)上述、情形時的疊加波形，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力。在兩列波重疊的區(qū)域里，任何一個質(zhì)點的總位移都等于兩列波分別引起的位移的矢量 和，這就是波的疊加原理。.波的干涉：問：現(xiàn)在我們就根據(jù)波的獨立傳播特性和波的疊加原理，研究兩列頻率相同的波疊加時，為什么會出現(xiàn)前面的實驗現(xiàn)象。用計算機模擬兩列波疊加情景(如圖3),該圖可以連續(xù)播放，也可幀放或暫停。f

6、i= M頻率相同)圖3問：由波的獨立傳播特性和波的疊加原理，并結(jié)合圖3逐一說明：波峰與波峰、波谷與波谷相遇都是振動加強點，這些點均落在圖中粗線上； 波峰與波谷相遇都是振動減弱點，這些點均落在圖中細線上；并且加強區(qū)和減弱區(qū)是互相間隔的；由兩列波頻率相同， 結(jié)合動畫的幀放過程， 說明振動加強區(qū)域總是加強的，振動減弱區(qū)域總是減弱的。結(jié)論：頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動加強，某些區(qū)域的振動減弱，并且振動加強和振動減弱的區(qū)域互相間隔，這種現(xiàn)象叫做波的干涉，形成的圖樣叫做波的干涉圖樣。進一步說明兩列頻率不相同的波疊加后不會產(chǎn)生穩(wěn)定的振動加強區(qū)和減弱區(qū)，用電腦動畫模擬， 如圖4,觀察其特點，得出產(chǎn)生

7、干涉現(xiàn)象的條件。S1冬fl = 2鼠頻率不同）圖4.干涉條件：頻率相同（相干波源）演示1:旋轉(zhuǎn)振動著的音叉，傾聽兩列聲波發(fā)生干涉時忽強忽弱的聲音；演示2:觀察振動著的音叉在水面激起的兩列水波的干涉圖樣。.波的干涉是波疊加的特例，是一切波具有的特性。波的干涉現(xiàn)象是一種動態(tài)中的穩(wěn)態(tài)，要分析這種現(xiàn)象，應(yīng)采用對某一瞬間狀態(tài)進行分 析的思維方法，并將立體概念轉(zhuǎn)化為平面圖形進行形象、直觀的分析。這里充分應(yīng)用了計算機化動為靜，化快為慢的動畫效果來輔助本節(jié)課的教學(xué)，能有效的化解難點。.什么是多普勒效應(yīng)：站在鐵道旁，當一列火車向我們開來時，聽到汽笛聲越來越高；火車遠去時，汽笛聲又 逐漸低下去聲音雖有高低，但汽笛

8、聲的頻率沒有變。這種現(xiàn)象是由奧地利科學(xué)家多普勒在 1842年首先發(fā)現(xiàn)的，物理學(xué)上叫多普勒效應(yīng)。為什么會產(chǎn)生多普勒效應(yīng)呢？我們知道，由于聲源產(chǎn)生的聲波引起人耳膜的振動，才會聽到聲音。耳膜每秒振動的次數(shù)多，人感到的音調(diào)就高，反之就低。一般情況下，聲源發(fā)什 么音調(diào)，人應(yīng)當聽到同樣的音調(diào)。但當人和聲源發(fā)生相對運動時，情況就不同了。當火車向 你開來時，汽笛聲使耳膜每秒振動的次數(shù)增多，聽到的聲調(diào)就不斷提高；當火車開走時，耳 膜每秒振動的次數(shù)減少， 聽到的音調(diào)就變低了。 有經(jīng)驗的鐵路工人，能根據(jù)汽笛聲調(diào)的變化， 估計出火車行駛的快慢和方向。多普勒效應(yīng)是波動的普遍特性，不僅聲波具有多普勒效應(yīng)，電磁波也如此。天

9、文學(xué)家利 用多普勒效應(yīng)，可以測定星體的運動速度。但他不是靠耳朵，而是用精密儀器測定來自遙遠星體的電磁波微小變化，計算出天體相對于地球的運動速度。【解題方法指導(dǎo)】例1.如圖甲所示，兩列相同的波相向傳播，當它們相遇時，圖乙中可能的波形是：（）圖甲圖乙A.圖（a）和圖（b）B.圖（b）和圖（c）C.圖（c）和圖（d）D.圖（a）和圖（d）解析：當兩列相遇時，達到圖丙所示的狀態(tài)時，疊加以后的波形應(yīng)是圖乙（ b）。當兩列相遇時，達到圖丁所示的狀態(tài)時，疊加以后的波形應(yīng)是圖乙（c）。所以正確答案應(yīng)是 Bo例2. A、B兩波相向而行，在某時刻的波形與位置如圖（1）所示，已知波的傳播速度為V,圖中標尺每格長度為

10、 L,在圖中畫出又經(jīng)過 t=7L/V時的波形。解析：根據(jù)波的疊加原理很容易確定經(jīng)過t= 7L/V時的波形如圖（2）所示?！究键c突破】【考點指要】知道波的疊加，知道波的干涉現(xiàn)象及其產(chǎn)生條件，知道波的衍射現(xiàn)象以及能夠發(fā)生明顯衍射的條件，知道聲波，了解超聲波的簡單應(yīng)用，知道多普勒效應(yīng)?？荚嚹攴菰嚲眍愋皖}號知識點分 值題型所占比 重2002 年上海物理2A波的疊加4選擇題2.62004 年北京物理16波的現(xiàn)象4選擇題2.62004 年江蘇物理16波的傳播、多普勒效應(yīng)15計算題10.02004 年上海物理13波的傳播、疊加原理4填空題2.62005 年上海物理19波的干涉4填空題2.6近年圍繞波的相干條

11、件， 干涉圖樣的特征，以及干涉圖樣中另一時刻的情景，包括兩列波速度的合成，位移的合成，波的衍射、多普勒效應(yīng)等內(nèi)容，以新的背景出題的可能性在不 斷增加?！镜湫屠}分析】例3.如圖所示，一波源在繩的左端發(fā)生半個波1,頻率為fi,振幅為Ai；同時另一波源在繩的右端發(fā)生半個波 2,頻率為f2,振幅為A2。圖中AP = PB,由圖可知（）A.兩列波同時到達P點B.兩列波相遇時，P點的波峰可達（A1+A2）C.兩列波相遇后各自保持原來波形獨立傳播D.兩列波相遇時，繩上振幅可達（A1+A2）的質(zhì)點只有一點解析：1、2兩列波在同一條繩上傳播，波速相同，所以 A、B的運動狀態(tài)傳播相同距 離歷時相同，兩列波應(yīng)同時

12、到達P點，選項A是正確的；兩列波到達 P點后，在彼此穿過區(qū)間，P處質(zhì)點的位移為兩列波獨立引起的位移之和，由于兩波頻率不同，波長不同，相向 傳播時，兩波峰不會同時到達P點，故在P處兩列波疊加的位移峰值不會達到（A1 + A2）,選項B是錯誤的；兩波峰可同時到達的一點應(yīng)是與圖中現(xiàn)正處于波峰的兩質(zhì)點的平衡位置 等距的一點：如果ff 則私 則P點右側(cè)某處質(zhì)點振幅可達到（A1+A?）,而如果ff則 2Z,則P點左側(cè)某處質(zhì)點振幅可達到（ A1 + A2）,選項D是正確的；根據(jù)波的疊加原 理，兩列波相遇后各自保持原來的波形，即如選項C所述。綜上所述，本題正確答案為 ACD。例4.如圖所示表示兩列相干水波的疊

13、加情況，圖中實線表示波峰，虛線表示波谷。設(shè)兩 列波的振幅均為 5cm,且在圖示的范圍內(nèi)振幅不變，波速和波長分別為1m/s和0.5m, C點是BE連線的中點，下列說法正確的是（）A. C、E兩點都保持靜止不動B.圖示時刻C點正處在平衡位置且向水面上方運動C.圖示時刻A、B兩點的豎直高度差為 20cmD.從圖示的時刻起經(jīng)過 0.25s, B點通過的路程為20cm解析：答案為BCD。A、E點為波峰與波峰相遇為加強點，B點為波谷與波谷相遇也為加強點，C點雖然此時是在平衡位置，但還是同向疊加加強。 經(jīng)過T/4到達正的最大位移處。所以A錯誤，B正確。圖示時刻 A在正的最大位移處，B在負的最大位移處，A、B

14、兩點的豎直高度差為20cm, C正確。根據(jù)題意，周期T = 0.5秒，0.25秒是半周期，路程4A , 20cm, D正確。例5.如圖所示，在半徑為 R= 45m的圓心O和圓周A處，有兩個功率差不多的喇叭，同時 發(fā)出兩列完全相同的聲波，且波長 九= 10m。若人站在B處，正好聽不到聲音；若逆時針方 向從B走到A,則時而聽到時而聽不到聲音。 試問在到達A點之前，還有幾處聽不到聲音？A.B.C.D.2.如圖所示，s是波源, 法是 （）。M、N是兩塊擋板，其中使 A點能發(fā)生明顯的振動，可采取的方A.增大波源振動頻率C.將N板向右平移一些B.減小波源振動頻率D.將N板向左平移一些解析：因為波源A、O到

15、B點的波程差為r=r1一r2= R= 45m = 4工九，所以B點發(fā)生干涉相消現(xiàn)象。2在圓周任一點C上聽不到聲音的條件為：r = r1-r2 = (2k+ 1) - = 5 (2k+ 1)將2= R= 45m代入上式得：r1=5 (2k+1) +收所以：r1 = 10k+50 或 r1= -10k+40而 0 vr1V 90m,所以有：0V (10k+50) 90m 和 0V ( 10k+40) 90m 求得：-5 k 1cmD. OP= 10 米，所以在d2dOP之間聲波振動減弱的位置只有兩個，即分別距。點為4米和12米的兩位置。2.解析：由題意知聲源的頻率 v= = 2Hz0.5根據(jù)觀察者向波源運動接收到的頻率公式有v,= v ( V0JV )50 320320即人接收到的頻率 v=2 (-3)50 320 TOC o 1-5 h z 5分鐘內(nèi)聽到響聲次數(shù) n=tv = 5X60X2X (-)320= 631 次即5分鐘內(nèi)人聽到聲音響聲的次數(shù)是631次。.解析：本題閱讀圖(a)后，無法讓人在大腦中直接形成測速儀發(fā)射和接受超聲波以 及兩個超聲波在傳播過程中量值關(guān)