高中物理魯科版4第五章光的干涉衍射偏振第3節(jié)光的偏振

第3節(jié)波的干涉和衍射第4節(jié)多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用●課標(biāo)要求知識與技能1.知道什么是波的干涉、衍射現(xiàn)象.2.知道波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件及發(fā)生穩(wěn)定干涉的條件.3.知道干涉、衍射是波的特有現(xiàn)象.4.知道多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因.5.掌握波源與觀察者發(fā)生相對運動時，觀察者接收到的頻率變化情況.6.知道多普勒效應(yīng)的應(yīng)用．過程與方法通過觀察實驗的現(xiàn)象，培養(yǎng)眼觀、耳聞的技能，并培養(yǎng)表述物理問題的能力．情感態(tài)度與價值觀了解波的衍射、多普勒效應(yīng)在生活中的應(yīng)用，感受物理與生活之間的聯(lián)系.●課標(biāo)解讀1．掌握波的獨立傳播及疊加原理．2．知道什么是波的干涉現(xiàn)象和干涉圖樣，掌握波的干涉條件．3．知道什么是波的衍射現(xiàn)象，知道發(fā)生明顯衍射的條件．4．知道衍射和干涉都是波所特有的現(xiàn)象．5．知道波源的頻率與觀察者接收到的頻率的區(qū)別．6．知道什么是多普勒效應(yīng)，知道它是波源與觀察者之間有相對運動時產(chǎn)生的現(xiàn)象．7．了解多普勒效應(yīng)的應(yīng)用．●教學(xué)地位本節(jié)由波的干涉和衍射兩個部分組成，是對波的特性的一個總體介紹，也是進(jìn)一步研究光的干涉和衍射的基礎(chǔ)．波的干涉和衍射的知識與人們的日常生活緊密相連．因此學(xué)習(xí)它有廣泛的現(xiàn)實意義．這節(jié)是本章的重點內(nèi)容之一．多普勒效應(yīng)是機械振動的延伸和拓展，可以鞏固，深化和提高學(xué)生對波動理論的認(rèn)識．同時也是學(xué)習(xí)光和電磁波的基礎(chǔ)．通過對本節(jié)的學(xué)習(xí)可以使學(xué)生開闊眼界，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣．●新課導(dǎo)入建議創(chuàng)設(shè)情景1．向平靜的湖面投入一個石子，可以看到水波向周圍傳播．當(dāng)波紋遇到障礙物后會怎樣？如果同時投入兩個小石子，形成兩列波，當(dāng)它們相遇在一起時又會怎樣。2．通過播放火車靠近和離開時音調(diào)的變化，讓學(xué)生描述火車經(jīng)過時音調(diào)有何變化？火車上乘客聽到的音調(diào)有何變化？●教學(xué)流程設(shè)計課標(biāo)解讀重點難點1.理解波的疊加原理.2.知道什么是波的干涉現(xiàn)象及其產(chǎn)生的條件.3.知道什么是波的衍射現(xiàn)象和發(fā)生明顯衍射的條件.4.知道干涉、衍射是波所特有的現(xiàn)象，并能解釋有關(guān)問題.5.了解什么是多普勒效應(yīng)及其產(chǎn)生的原因和應(yīng)用．1.理解波的干涉、衍射現(xiàn)象．(重點)2.多普勒效應(yīng)的理解．(重點)3.理解波的疊加現(xiàn)象．(難點)4.用波的干涉、衍射解釋實際問題．(難點)一、波的干涉現(xiàn)象1.基本知識(1)波的疊加原理波在相遇時仍然能夠保持各自的運動狀態(tài)繼續(xù)傳播，在相遇的區(qū)域里，介質(zhì)內(nèi)部的質(zhì)點同時參加相遇的波列的振動，質(zhì)點的位移等于相遇波列單獨存在時到達(dá)該處引起的位移的疊加，相遇的波一旦脫離接觸又會按照原來的運動狀態(tài)繼續(xù)傳播．(2)波的干涉①定義：振動頻率和振動方向相同的兩列波疊加后，振動加強和振動減弱的區(qū)域互相間隔、穩(wěn)定分布的現(xiàn)象．②干涉圖樣：波的干涉中所形成的圖樣，如圖2－3－1所示．圖2－3－1③干涉條件：頻率和振動方向相同的波．④一切波都能發(fā)生干涉，干涉現(xiàn)象是波的重要特征之一．2．思考判斷(1)振動加強區(qū)域，介質(zhì)質(zhì)點的振幅總比振動減弱區(qū)域介質(zhì)質(zhì)點的振幅大．(√)(2)振動加強區(qū)域，介質(zhì)質(zhì)點的位移隨時間做周期性變化．(√)(3)振動加強區(qū)域，介質(zhì)質(zhì)點的振幅隨時間做周期性變化．(×)3．探究交流在波的干涉中振動減弱點位移是否總是始終為零？振動加強點位移總是最大嗎？【提示】振動減弱點的振幅為兩列波的振幅之差，振動加強點的振幅為兩列波的振幅之和．所以，不管是振動減弱點還是振動加強點，都在其平衡位置附近振動，振動的位移隨時間做周期性變化．只有當(dāng)發(fā)生干涉的兩列波的振幅相同時，振動減弱點的振幅為零，其振動的位移才始終為零，振動加強點的振幅最大，但位移做周期性變化．二、波的衍射現(xiàn)象1.基本知識(1)定義波繞過障礙物或通過孔隙繼續(xù)傳播的現(xiàn)象，叫做波的衍射．(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不多，或者比波長更?。?3)一切波都能發(fā)生衍射，衍射是波特有的現(xiàn)象．2．思考判斷(1)狹縫的寬度遠(yuǎn)大于水波的波長時，有明顯的衍射現(xiàn)象．(×)(2)當(dāng)障礙物或狹縫的尺寸跟波長相差不多時，有明顯的衍射現(xiàn)象．(√)3．探究交流日常生活中“聞其聲不見其人”的物理現(xiàn)象的原因是什么？【提示】由λ＝eq\f(v,f)得，能夠引起聽覺的聲波波長范圍是cm～1700cm，這個范圍可以和一般的障礙物的尺寸相比，因此聲波能夠繞過一般障礙物，發(fā)生明顯的衍射．三、多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用1.基本知識(1)多普勒效應(yīng)由于波源和觀察者之間有相對運動，使觀察者接收到的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象．它是奧地利科學(xué)家多普勒發(fā)現(xiàn)的．(2)多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因①波源與觀察者相對靜止時，單位時間內(nèi)通過觀察者的完全波的個數(shù)是一定的，觀察者觀測到頻率等于波源振動的頻率．②波源與觀察者相互靠近時，單位時間內(nèi)通過觀察者的完全波的個數(shù)增加，觀察者觀測到的頻率大于波源的頻率，即觀察到的頻率增加．③波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時，觀察到的頻率變小．(3)多普勒效應(yīng)的應(yīng)用測量車輛速度；測量天體運動情況；檢查病變，跟蹤目的物(如導(dǎo)彈、云層)等等．2．思考判斷(1)多普勒效應(yīng)是一種觀測效應(yīng)．(√)(2)波源與觀察者相互靠近時，觀察到的波的頻率增大．(√)3．探究交流有經(jīng)驗的鐵路工人怎樣從火車的汽笛聲中判斷出火車的運動方向？【提示】由于多普勒效應(yīng)，火車駛向工人時，他聽到的汽笛聲聲調(diào)較高，感覺到尖銳刺耳，而火車遠(yuǎn)離工人時，他聽到的汽笛聲聲調(diào)較低，聽起來較為低沉，所以工人可以根據(jù)汽笛聲調(diào)的不同，確定火車的運動方向．探究：波的干涉【問題導(dǎo)思】1．什么是波的疊加？2．穩(wěn)定干涉圖樣有何特征？3．“加強區(qū)”，“減弱區(qū)”是如何形成的？1．波的干涉與波的疊加(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，但干涉必須是滿足一定條件的兩列波疊加后形成的現(xiàn)象．(2)穩(wěn)定干涉圖樣的產(chǎn)生是有條件的，必須是兩列同類的波，并且波的頻率相同、振動方向相同、相位差恒定．如果兩列波的頻率不相等，在同一種介質(zhì)中傳播時其波長就不相等，這樣不能形成穩(wěn)定的振動加強點和減弱點．因此我們就看不到穩(wěn)定的干涉圖樣，只能是一般的振動疊加現(xiàn)象．(3)明顯的干涉圖樣和穩(wěn)定的干涉圖樣意義是不同的，明顯的干涉圖樣除了滿足相干條件外，還必須滿足兩列波振幅相差不大．振幅越是接近，干涉圖樣越明顯．2．干涉圖樣及其特征(1)干涉圖樣：如圖2－3－2所示．圖2－3－2(2)特征①加強區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變．②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)．③加強區(qū)與減弱區(qū)互相間隔．3．“加強區(qū)”和“減弱區(qū)”的理解(1)在波的干涉現(xiàn)象中，加強區(qū)是指該區(qū)域內(nèi)質(zhì)點的振幅A最大；減弱區(qū)是指該區(qū)域內(nèi)質(zhì)點的振幅A最?。O(shè)兩個相干波源單獨引起的振幅分別為A1和A2，則在振動加強區(qū)中質(zhì)點振動的振幅為A1＋A2，在振動減弱區(qū)中質(zhì)點振動的振幅為|A1－A2|.不論加強區(qū)還是減弱區(qū)中的質(zhì)點，都仍在其平衡位置附近振動，它們的振動位移仍隨時間發(fā)生周期性變化．因此，某一時刻，加強區(qū)中質(zhì)點振動的位移可能小于減弱區(qū)中質(zhì)點振動的位移．若A1＝A2，則減弱區(qū)中質(zhì)點的振幅為零，不振動．(2)兩個頻率相同的同種波源，形成的干涉圖樣，以兩波源為中心向外呈輻射狀延伸，形成振動加強線和減弱線，而且加強線始終加強，加強線上各點都是加強點，加強點不是位移大，而是振動加強，加強線與減弱線是以兩波源為焦點的一簇雙曲線．(3)頻率相同的兩列波疊加時，產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，振動加強區(qū)域和振動減弱區(qū)域的空間位置是不變的．特別提醒1．振動加強區(qū)的各質(zhì)點的振動始終加強．但位移隨時間在－A與A的范圍內(nèi)變化．并不是每一時刻位移都最大．2．波的疊加是n列波相遇時發(fā)生的普遍現(xiàn)象，而波的干涉是疊加的一種特殊情況，它是穩(wěn)定的疊加，即使兩列波頻率相同，在振幅差別很大時，也不會發(fā)生明顯的干涉，因為加強區(qū)與減弱區(qū)質(zhì)點振動的振幅差別不大．例題1：如圖2－3－3表示兩個相干波源S1、S2產(chǎn)生的波在同一種均勻介質(zhì)中相遇．圖中實線表示某時刻的波峰，虛線表示的是波谷，下列說法正確的是()圖2－3－3A．a(chǎn)、c兩點的振動加強，b、d兩點的振動減弱B．e、f兩點的振動介于加強點和減弱點之間C．經(jīng)適當(dāng)?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【審題指導(dǎo)】(1)波的干涉示意圖所示的僅是某一時刻兩列相干波疊加的情況，形成干涉圖樣的所有介質(zhì)質(zhì)點都在不停地振動著，其位移的大小和方向都在不停地振動著，其位移的大小和方向都在不停地變化著．(2)穩(wěn)定的干涉，振動加強和減弱的區(qū)域的空間位置是不變的．【解析】a點是波谷和波谷相遇的點，c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，都是振動減弱的點，A正確；e位于加強點的連線上，仍為加強點，f位于減弱點的連線上，仍為減弱點，B錯誤；相干波源疊加產(chǎn)生的干涉是穩(wěn)定的，不會隨時間變化，C錯誤；因形成干涉圖樣的介質(zhì)質(zhì)點也是不停地做周期性振動，經(jīng)半個周期步調(diào)相反，D正確．【答案】AD1．振動加強的點的振動總是加強的，但并不是始終處于波峰或波谷，它們都在平衡位置附近振動，也有的時刻位移為零，總是振幅為兩列波振幅之和，顯得振動劇烈．2．振動減弱點的振動始終減弱，它位移的大小始終等于兩列波分別引起位移的大小之差，振幅為兩列波振幅之差．如果兩列波的振幅相同，則振動減弱點將會總是處于靜止．3．靠近振動最強的質(zhì)點其振動也是加強的，靠近振動最弱的質(zhì)點其振動卻是減弱的．4．要分析干涉圖樣中某點在以后某時刻的情形，可以采用波形平移的方法，把兩列波波形同時平移．練習(xí)1．如圖2－3－4所示是水波干涉示意圖，S1、S2是兩波源，A、D、B三點在一條直線上，兩波源頻率相同，振幅相等，下列說法正確的是()圖2－3－4A．質(zhì)點A一會兒在波峰，一會兒在波谷B．質(zhì)點B一會兒在波峰，一會兒在波谷C．質(zhì)點C一會兒在波峰，一會兒在波谷D．質(zhì)點D一會兒在波峰，一會兒在波谷【解析】在波的干涉中，振動加強區(qū)域里的質(zhì)點總在自己的平衡位置兩側(cè)做簡諧運動，只是質(zhì)點的振幅較大為A1＋A2，本題中由于A1＝A2，故振動減弱區(qū)的質(zhì)點并不振動，故C錯．而此時A點是波峰與波峰相遇，是加強點，B點是波谷與波谷相遇，是加強點．又A、D、B三點在一條振動加強線上，這條線上任一點的振動都是加強的，故此三點都為加強點，這樣，此三點都是一會兒在波峰，一會兒在波谷．【答案】ABD探究：波的衍射及明顯衍射的條件【問題導(dǎo)思】1．什么是波的衍射？2．發(fā)生明顯衍射的條件是什么？1．波的衍射現(xiàn)象波在傳播過程中偏離直線傳播的方向而繞到障礙物或小孔后面繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫波的衍射．(1)波繞過障礙物的衍射：如圖2－3－5所示，水波在小草處偏離直線傳播，而繞到了小草后面繼續(xù)傳播，但在較大的礁石后面，水面幾乎是平靜的．圖2－3－5(2)波通過小孔的衍射：在水波槽中波源前方放一個有孔的屏，使波源振動產(chǎn)生水波，當(dāng)孔較大時發(fā)現(xiàn)水波經(jīng)過孔后在連接波源和孔的兩邊的兩條直線所限制區(qū)域里傳播，只在較遠(yuǎn)處波才稍微有些繞到“影子”區(qū)域里．如圖2－3－6(甲)所示．當(dāng)小孔較小時，發(fā)現(xiàn)孔后面的整個區(qū)域里傳播著以小孔為中心的圓形波，如圖(乙)所示，衍射現(xiàn)象明顯．圖2－3－62．衍射特點及明顯衍射條件波的衍射是波在傳播過程中所獨具的特征之—，衍射是否明顯，通常的衡量標(biāo)準(zhǔn)就是障礙物或狹縫的尺寸d與波長λ的比值eq\f(d,λ)，比值越小，衍射現(xiàn)象相對越明顯．1．孔、縫的寬度或障礙物的尺寸與波長的關(guān)系．僅是衍射是否明顯的條件．衍射是波的一種特性，波的衍射本身沒有條件．2．明顯衍射發(fā)生時，并不一定能清晰地看到，如孔的線度遠(yuǎn)小于波長，衍射現(xiàn)象明顯，但因孔小，單位時間內(nèi)通過孔的能量小，波很弱，現(xiàn)象就看不清楚．圖2－3－7例題2(多選)如圖2－3－7是觀察水面波衍射的實驗裝置，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，每兩條相鄰的波紋(圖中曲線)之間的距離表示一個波長．則關(guān)于波經(jīng)孔之后的傳播情況，下面描述正確的是()A．此時能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象B．如果將孔AB擴大，有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象C．擋板前后波紋間距離相等D．如果孔的大小不變，使波源的頻率增大，能更明顯地觀察到衍射現(xiàn)象【審題指導(dǎo)】求解此題應(yīng)抓住以下兩點：(1)深刻理解產(chǎn)生明顯衍射的條件．(2)理解掌握波的頻率、波速與波長的關(guān)系及其決定因素．【解析】由圖知孔的尺寸和波長相當(dāng)，所以能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象，A正確．AB孔擴大，與波長相比，尺寸逐漸變大，就可能看不到明顯的衍射現(xiàn)象，B正確．波經(jīng)過孔后，介質(zhì)沒變，波速不變，又因為頻率由振源決定，即頻率不變，所以波長也不變，波紋間距在擋板前后相等，C正確．若頻率增大，由λ＝eq\f(v,f)知，波長減小，衍射現(xiàn)象可能變的不明顯，D錯．【答案】ABC練習(xí)圖2－3－82．(多選)一列水波通過某孔的實際情況如圖2－3－8所示，現(xiàn)把孔的尺寸變小，或者把水波的波長變大，水波通過孔后的假想情況如圖所示，其假想錯誤的圖示有()【解析】衍射現(xiàn)象是普遍存在的，波遇到障礙物時都有繞過障礙物的特性，即衍射現(xiàn)象，但只有當(dāng)障礙物或孔的尺寸比波長小或相差不多時才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象．由圖知原情況不能發(fā)生明顯的衍射，根據(jù)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件知，此時孔的尺寸比波長大．當(dāng)孔變小或波長變大時，都可以實現(xiàn)孔的尺寸比波長小或相差不多的產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的前提條件，使波發(fā)生明顯衍射，因此A、C正確地反映了這一現(xiàn)象，B、D錯誤地表示了這一現(xiàn)象．故正確答案為B、D.【答案】BD探究：對多普勒效應(yīng)的理解【問題導(dǎo)思】1．發(fā)生多普勒效應(yīng)有幾種情況？2．發(fā)生多普勒效應(yīng)時波源的頻率是否發(fā)生了變化？1．發(fā)生多普勒效應(yīng)時幾種情況的比較相對位置圖示結(jié)論波源S和觀察者A相對介質(zhì)不動f波源＝f觀察者，接收頻率不變波源S不動，觀察者A運動，由A→B或A→C若靠近波源，由A→B則f波源＜f觀察者，接收頻率變高若遠(yuǎn)離波源，由A→C則f波源＞f觀察者，接收頻率變低若觀察者A不動，波源S運動，由S1→S2f波源＜f觀察者，接收頻率變高總之，當(dāng)波源與觀察者相互接近，觀察者接收到的頻率f觀察者變大，反之觀察者接收到的頻率f觀察者變?。?．發(fā)生多普勒效應(yīng)時，不論觀察者接收到的頻率發(fā)生了怎樣的變化，波源的真實頻率并不會發(fā)生任何變化．多普勒效應(yīng)中判斷波源或觀察者的運動方向及速度時，只需比較波源頻率f波源和觀察者感受到的頻率f觀察者間的大小關(guān)系，當(dāng)f波源＞f觀察者時，二者間距在增大，f波源＜f觀察者時，二者間距在減?。}3(多選)如圖2－3－9所示，男同學(xué)站立不動吹口哨，一位女同學(xué)坐在秋千上來回擺動，下列關(guān)于女同學(xué)的感受的說法正確的是()圖2－3－9A．女同學(xué)從A向B運動過程中，她感受哨聲音調(diào)變高B．女同學(xué)從E向D運動過程中，她感覺哨聲音調(diào)變高C．女同學(xué)在C點向右運動時，她感覺哨聲音調(diào)不變D．女同學(xué)在C點向左運動時，她感覺哨聲音調(diào)變低【審題指導(dǎo)】當(dāng)聲源與接收者發(fā)生相對運動時，若二者相互靠近，接收者接收到的頻率小于聲源的頻率，若二者相互遠(yuǎn)離，接收者接收到的頻率小于聲源的頻率．【解析】女同學(xué)蕩秋千的過程中，只要她有向右的速度，她都有靠近聲源的趨勢，根據(jù)多普勒效應(yīng)，她都感到哨聲音調(diào)變高；反之女同學(xué)向左運動時，她感到音調(diào)變低．選項A、D正確，B、C錯誤．【答案】AD練習(xí)3．(多選)下面說法中正確的是()A．發(fā)生多普勒效應(yīng)時，波源的頻率變化了B．發(fā)生多普勒效應(yīng)時，觀察者接收的頻率發(fā)生了變化C．多普勒效應(yīng)是在波源與觀察者之間有相對運動時產(chǎn)生的D．多普勒效應(yīng)是由奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的【解析】當(dāng)波源和觀察者之間有相對運動時，會發(fā)生多普勒效應(yīng)，C正確；但波源的頻率并沒有發(fā)生變化，A錯誤；多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的本質(zhì)是觀察者接收的頻率不等于波源頻率，它首先由奧地利科學(xué)家多普勒發(fā)現(xiàn)，B、D正確．【答案】BCD探究4：綜合解題方略——振動加強點和減弱點的分析方法圖2－3－10例題4如圖2－3－10所示，在同一均勻介質(zhì)中有S1和S2兩個波源，這兩個波源的頻率、振動方向均相同，且振動的步調(diào)完全一致，S1與S2之間相距為4m，若S1、S2振動頻率均為5Hz，兩列波的波速均為10m/s，B點為S1和S2連線的中點，今以B點為圓心，以R＝BS1為半徑畫圓．(1)該波的波長為多少？(2)在S1、S2連線上振動加強的點有幾個，它們距S1的距離為多少？(3)在該圓周上(S1和S2兩波源除外)共有幾個振動加強的點？【審題指導(dǎo)】若兩波源振動情況完全相同，某點到兩波源路程差Δs＝nλ(n＝0，1，2，…)時，該點振動加強，若Δs＝nλ＋eq\f(λ,2)(n＝0，1，2，…)時，該點振動減弱，另外，還要恰當(dāng)應(yīng)用幾何關(guān)系．【規(guī)范解答】(1)由公式λ＝eq\f(v,f)，得λ＝eq\f(10,5)m＝2m.(2)S1、S2之間恰好有2個波長，由對稱性可直接判斷B點為加強點，A、B、C三點分別為S1、S2連線的等分點，由圖形可知，AS2－AS1＝λ，CS1－CS2＝λ，故A與C兩點也為加強點，它們距S1的距離分別為AS1＝eq\f(λ,2)＝1m，BS1＝λ＝2m，CS1＝eq\f(3,2)λ＝3m.(3)A、B、C三點為振動加強的點，過A、B、C三點作3條加強線(表示3個加強區(qū)域)交于圓周上A1、A2、B1、B2、C1、C26個點，顯然這6個點也為加強點，故圓周上共有6個加強點．【答案】(1)2m(2)31m，2m，3m(3)6振動加強點和減弱點的三種判斷方法1．從振幅判斷振幅為兩列波的振幅之和的點為加強點；振幅為兩列波的振幅之差的點為減弱點．2．從條件上判斷振動方向始終相同的兩波源產(chǎn)生的波疊加時，加強、減弱條件如下：設(shè)點到兩波源的距離之差為Δr，那么當(dāng)Δr＝kλ(k＝0，1，2…)時該點為加強點，當(dāng)Δr＝kλ＋eq\f(λ,2)(k＝0，1，2…)時該點為減弱點，若兩波源振動方向始終相反，則上述結(jié)論正好相反．3．從現(xiàn)象上判斷若某時刻某點是波峰與波峰(或波谷與波谷)相遇，該點為振動加強點；若某時刻某點是波峰與波谷相遇，則該點為振動減弱點．【備課資源】(教師用書獨具)宇宙學(xué)中的多普勒效應(yīng)20世紀(jì)20年代，美國天文學(xué)家斯萊弗在研究遠(yuǎn)處的旋渦星云發(fā)出的光譜時，首先發(fā)現(xiàn)了光譜的紅移，認(rèn)識到了旋渦星云正快速遠(yuǎn)離地球而去.1929年哈勃根據(jù)光譜紅移總結(jié)出著名的哈勃定律：星系的遠(yuǎn)離速度v與距地球的距離r成正比，即v＝H0r，H0為哈勃常數(shù)．根據(jù)哈勃定律和后來更多天體光譜紅移的測定，人們相信宇宙在長時間內(nèi)一直在膨脹，宇宙的密度一直在變?。赐瓶梢韵胂?，宇宙在很久以前并沒有現(xiàn)在這么大，最初它可能很?。虼耍つ蚝退耐聜兲岢隽舜蟊ㄓ钪婺Ｐ?，認(rèn)為是一個極點大爆炸后，經(jīng)長期的膨脹和演化而形成今天的宇宙.20世紀(jì)60年代以來，大爆炸宇宙模型逐漸被人們接受．具有波動性的光也會出現(xiàn)多普勒效應(yīng)，這被稱為多普勒—斐索效應(yīng)，它使人們對距地球任意遠(yuǎn)的天體的運動的研究成為可能，這只要分析一下接收到的光的頻譜就行了.1868年，英國天文學(xué)家W·哈金斯用這種辦法測量了天狼星的視向速度(即物體遠(yuǎn)離我們而去的速度)，得出了46km/s的速度值．航天通信中的多普勒效應(yīng)在人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫囊苿油ㄐ?，由于使用手機的人不會有太大的移動速度，因此不會產(chǎn)生太明顯的多普勒效應(yīng)，頻率的偏移可以忽略．但在航天通信中，當(dāng)衛(wèi)星或宇宙飛船向地面基站靠近時，信號的頻率變高；遠(yuǎn)離時，頻率變低．由于衛(wèi)星和飛船的速度很大，在航天通信中要充分考慮多普勒效應(yīng)．1．(多選)如圖2－3－11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(dāng)它們相遇時可能出現(xiàn)的波形是()圖2－3－11【解析】當(dāng)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(nèi)所有的質(zhì)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(dāng)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(zhì)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(zhì)點振動的位移加倍，所以選項C也是正確的．【答案】BC2．(多選)關(guān)于兩列波的穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象，下列說法正確的是()A．任意兩列波都能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象B．發(fā)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象的兩列波，它們的頻率一定相同C．在振動減弱的區(qū)域，各質(zhì)點都處于波谷D．在振動加強的區(qū)域，有時質(zhì)點的位移等于零【解析】兩列波疊加產(chǎn)生的穩(wěn)定干涉現(xiàn)象是有條件的，不是任意兩列波都能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象．一個必要條件是兩列波的頻率相同，所以選項A錯誤，選項B正確；在振動減弱的區(qū)域里，只是兩列波引起質(zhì)點振動始終是減弱的，質(zhì)點振動的振幅等于兩列波的振幅之差．如果兩列波的振幅相同，質(zhì)點振動的振幅就等于零．也可能各質(zhì)點不處于波谷，所以選項C錯誤；在振動加強的區(qū)域里，兩列波引起質(zhì)點的振動始終是加強的，質(zhì)點振動得最劇烈，振動的振幅等于兩列波的振幅之和．但這些點始終是振動著的，因而有時質(zhì)點的位移等于零，所以選項D正確．【答案】BD3．(多選)(2023·漢中檢測)關(guān)于波的衍射現(xiàn)象，下列說法正確的是()A．水波繞過障礙物而繼續(xù)傳播的現(xiàn)象，即為波的衍射現(xiàn)象B．衍射現(xiàn)象是波特有的現(xiàn)象C．一切波都能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象D．要發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，必須滿足一定的條件【解析】水波繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象，是波的衍射現(xiàn)象，衍射現(xiàn)象是波特有的現(xiàn)象，一切波都能發(fā)生衍射，但發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象需滿足一定的條件，故A、B、D對．【答案】ABD4．(多選)關(guān)于多普勒效應(yīng)，以下說法正確的有()A．只有機械波才能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)B．機械波、電磁波均能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)C．產(chǎn)生多普勒效應(yīng)的原因是波源的頻率發(fā)生了變化D．產(chǎn)生多普勒效應(yīng)的原因是觀察者接收的頻率發(fā)生了變化【解析】多普勒效應(yīng)是波動過程共有的特征，無論是機械波還是電磁波都會發(fā)生多普勒效應(yīng)．產(chǎn)生多普勒效應(yīng)的原因是觀察者接收的頻率發(fā)生了變化，而波源的頻率不變，故B、D正確，A、C錯誤．【答案】BD5．利用發(fā)波水槽得到的水面波形如圖2－3－12(a)、(b)所示，則()圖2－3－12A．圖a、b均顯示了波的干涉現(xiàn)象B．圖a、b均顯示了波的衍射現(xiàn)象C．圖a顯示了波的干涉現(xiàn)象，圖b顯示了波的衍射現(xiàn)象D．圖a顯示了波的衍射現(xiàn)象，圖b顯示了波的干涉現(xiàn)象【答案】D1．(多選)下列關(guān)于兩列波相遇時疊加的說法正確的是()A．相遇后，振幅小的一列波將減弱，振幅大的一列波將加強B．相遇后，兩列波的振動情況與相遇前完全相同C．在相遇區(qū)域，任一點的總位移等于兩列波分別引起的位移的矢量和D．幾個人在同一房間說話，相互間聽得清楚，這說明聲波在相遇時互不干擾【解析】兩列波相遇時，每一列波引起的振動情況都保持不變，而質(zhì)點的振動則是兩列波共同作用的結(jié)果，故A選項錯誤，B、C選項正確；幾個人在同一房間說話，聲帶振動發(fā)出的聲波在空間中相互疊加后，不改變每列波的振幅、頻率，所以聲波傳到人的耳朵后，仍能分辨出不同的人所說的話，故D正確．【答案】BCD2．圖2－3－13分別表示一列水波在傳播過程中遇到了小孔(甲、乙圖)或障礙物(丙、丁圖)，其中能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的有()圖2－3－13A．只有甲、乙、丁 B．只有甲、丁C．只有乙、丙 D．只有甲、丙【解析】由發(fā)生明顯衍射的條件知，當(dāng)孔和障礙物的尺寸跟波長相差不多或者更小時，能發(fā)生明顯衍射，由圖知甲、乙、丁可發(fā)生，故選A.【答案】A3．(多選)上課時老師將一蜂鳴器固定在教鞭一端后迅速水平旋轉(zhuǎn)，蜂鳴器音調(diào)竟然忽高忽低變化，下列判斷正確的是()A．旋轉(zhuǎn)時蜂鳴器發(fā)出的頻率變化了B．由于旋轉(zhuǎn)，改變了同學(xué)們聽到的聲音頻率C．蜂鳴器音調(diào)變高時，一定是向靠近觀察者的方向運動D．音調(diào)的忽高忽低是由波的干涉造成的【解析】蜂鳴器發(fā)出的聲音頻率沒變，只是在旋轉(zhuǎn)過程中與觀察者之間相對位置改變了．【答案】BC圖2－3－144．(2023·廈門高二檢測)如圖2－3－14表示產(chǎn)生機械波的波源O做勻速運動的情況，圖中的圓表示波峰．該圖表示的是()A．干涉現(xiàn)象B．衍射現(xiàn)象C．反射現(xiàn)象D．多普勒效應(yīng)【解析】多普勒效應(yīng)是在波源和觀察者之間有相對運動時產(chǎn)生的現(xiàn)象，故知該圖表示的是多普勒效應(yīng)．【答案】D5．分析下列物理現(xiàn)象：(1)夏天，在一次閃電過后，有時雷聲轟鳴不絕(2)“聞其聲而不見其人”(3)學(xué)生圍繞振動的音叉轉(zhuǎn)一圈會聽到忽強忽弱的聲音(4)當(dāng)正在鳴笛的火車向著我們急駛而來時，我們聽到汽笛聲的音調(diào)變高這些物理現(xiàn)象分別屬于波的()A．反射、衍射、干涉、多普勒效應(yīng)B．折射、衍射、多普勒效應(yīng)、干涉C．反射、折射、干涉、多普勒效應(yīng)D．衍射、折射、干涉、多普勒效應(yīng)【解析】夏天，在一次閃電過后，有時雷聲轟鳴不絕是雷聲在云層里多次反射造成的；聞其聲而不見其人是聲波的衍射造成的；振動的音叉會產(chǎn)生聲波的干涉現(xiàn)象，故聽到忽強忽弱的聲音；我們聽到汽笛聲的音調(diào)變高是由多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的現(xiàn)象，故A正確．【答案】A圖2－3－156．(2023·上海高考)兩列波源S1、S2在水槽中形成的波形如圖2－3－15所示，其中實線表示波峰，虛線表示波谷，則()A．在兩波相遇的區(qū)域中會產(chǎn)生干涉B．在兩波相遇的區(qū)域中不會產(chǎn)生干涉C．a(chǎn)點的振動始終加強D．a(chǎn)點的振動始終減弱【解析】由圖知，兩列波的波長不相等，不滿足波的干涉條件，故B正確，A、C、D錯誤．【答案】B7．(多選)當(dāng)兩列振動情況完全相同的水波發(fā)生干涉時，如果兩列波的波峰在P點相遇，下列說法正確的是()A．質(zhì)點P的振動始終是加強的B．質(zhì)點P的振幅最大C．質(zhì)點P的位移始終最大D．質(zhì)點P的位移有時為零【解析】干涉現(xiàn)象中，振動加強點的振幅大，但位移是變化的．【答案】ABD8．(多選)下面哪些應(yīng)用是利用了多普勒效應(yīng)()A．利用在地球上接收到遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光波的頻率來判斷遙遠(yuǎn)天體相對于地球的運動速率B．交通警察向行駛中的汽車發(fā)射一個已知頻率的電磁波，波被運動的汽車反射回來，根據(jù)接收到的頻率發(fā)生的變化，就知道汽車的速度，以便于進(jìn)行交通管理C．鐵路工人用耳貼在鐵軌上可判斷火車的運動情況D．有經(jīng)驗的戰(zhàn)士從炮彈飛行的尖叫聲可判斷飛行的炮彈是接近還是遠(yuǎn)去【解析】凡是波都具有多普勒效應(yīng)，因此利用光波的多普勒效應(yīng)便可以測定遙遠(yuǎn)星體相對地球運動的速率，故A選項正確；被反射的電磁波，相當(dāng)于一個運動的物體發(fā)出的電磁波，其頻率發(fā)生變化，由多普勒效應(yīng)的計算公式可以求出運動物體的速度，故B選項正確；鐵路工人是根據(jù)振動的強弱而對列車的運動做出判斷的，故C不正確；炮彈飛行，與空氣摩擦產(chǎn)生聲波，人耳接收到的頻率與炮彈的相對運動方向有關(guān)，故D選項正確．【答案】ABD圖2－3－169．(2023·赤水高二檢測)在水面上有S1和S2兩個振幅和頻率相同的波源，開始起振時兩波源的振動方向相反．在兩波源連線的中垂線上有a、b、c三點，經(jīng)過一段時間這三點都處于兩列波的疊加區(qū)域內(nèi)．如圖2－3－16所示，則下列說法中正確的是()A．a(chǎn)點是振動加強點，c點是振動減弱點B．a(chǎn)、c點是振動加強點，b點是振動減弱點C．a(chǎn)、c點此時刻振動加強，經(jīng)過一段時間后變?yōu)檎駝訙p弱點，而b點可能變?yōu)檎駝蛹訌婞cD．a(chǎn)、b、c三點都是振動減弱點【解析】由S1和S2兩列頻率相同的波源所發(fā)出的機械波，相遇后滿足相干條件，在它們重疊區(qū)域?qū)l(fā)生干涉．由于S1和S2兩波源振動方向相反，所以在S1S2的垂直平分線上，任一點由兩列波所引起的振動點總是大小相同