波的干涉和衍射 多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用 課件-2023-2024學年高二上學期物理魯科版（2019）選擇性必修第一冊

第三章機械波3.波的干涉和衍射4.多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用教學目標CONTENT010203知道波的衍射現(xiàn)象和產(chǎn)生條件知道波的疊加原理，理解波的干涉現(xiàn)象和產(chǎn)生條件知道多普勒現(xiàn)象、產(chǎn)生條件及應(yīng)用兩列波相遇會發(fā)生什么現(xiàn)象？聲波相遇水波相遇新課引入波的疊加的演示迷你實驗室波傳播的獨立性：

兩列波在某區(qū)域相遇后再分開，傳播情況與未相遇時相同，互不干擾。波的疊加性：

在相遇重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點同時參與這幾列波所引起的振動，質(zhì)點的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的位移的矢量和。y=y1+y2波的疊加原理一知能提升注意：當兩列波相遇時，保持獨立性，頻率、周期、波速、波長均不發(fā)生任何變化。兩列周期性的波相遇時，在它們重疊的區(qū)域里會發(fā)生什么現(xiàn)象？水波的干涉現(xiàn)象迷你實驗室兩個頻率和步調(diào)完全相同的波源產(chǎn)生的波的疊加規(guī)律M兩個頻率和步調(diào)完全相同的波源產(chǎn)生的波的疊加規(guī)律動態(tài)的情況比較復(fù)雜，我們不妨先分析一下某一時刻的波，如圖所示。很明顯，波峰與波峰相遇，即紅線相交的點，波谷與波谷相遇，即藍線相交的點，在圖中這一時刻位移是最大的。圖中處于兩波源連線中垂線上的紅色點M，在這一時刻，M點處波谷與波谷相遇，位移最大，那么再經(jīng)過半個周期后，波峰與波峰相遇，位移仍然最大，也就是說著兩個波源在M點處引起的振動始終同步，雖然M點并不一直處在最大位移，但其振動是加強的，振幅是增大的。MP圖中藍色點P，在這一時刻，P點處波峰與波谷相遇，位移最小，那么再經(jīng)過半個周期后，波谷與波峰相遇，位移仍然最小，也就是說著兩個波源在P點處引起的振動始終相反，所以P點的位移始終最小。強

弱

強

弱

強弱

弱MPQ①把相應(yīng)的振動最激烈的質(zhì)點連起來，為振動加強區(qū).②相應(yīng)的振動最不激烈或靜止的質(zhì)點連起來，為振動減弱區(qū).③振動加強區(qū)和振動減弱區(qū)是相互隔開的.波的干涉：頻率相同、相位差恒定、振動方向相同的兩列波疊加時，某些區(qū)域的振動總是加強，某些區(qū)域的振動總是減弱，這種現(xiàn)象叫作波的干涉。形成的這種穩(wěn)定圖樣叫作干涉圖樣。注意：①振動加強的區(qū)域振動始終加強，振動減弱的區(qū)域振動始終減弱。②振動加強（減弱）的區(qū)域是指質(zhì)點的振幅大（小），而不是指振動的位移大（?。驗槲灰剖窃跁r刻變化的。資料波的干涉現(xiàn)象二知能提升兩列波相遇疊加不一定能得到干涉圖樣。而要產(chǎn)生干涉現(xiàn)象形成穩(wěn)定的圖樣，則需要滿足一定的條件.注意：①不僅水波會發(fā)生干涉現(xiàn)象，聲波、電磁波等一切波，都能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象.②干涉和衍射是波特有的現(xiàn)象.產(chǎn)生干涉的條件：兩列波的頻率必須相同.兩臺音響放大同一音頻信號：干涉波在傳播過程中遇到障礙物時波的行為會發(fā)生什么變化？波的衍射：波繞過障礙物或通過孔隙繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。聲波繞過墻壁水波繞過蘆葦水波繞過礁石波的衍射現(xiàn)象三知能提升1.觀察孔、縫寬度對衍射的影響規(guī)律：波長λ不變，狹縫寬度d與波長相差不多時，衍射現(xiàn)象更明顯。波長不變，改變擋板縫寬2.觀察波長對衍射的影響規(guī)律：波長λ與狹縫寬度相差不多時，衍射現(xiàn)象更明顯；擋板縫寬不變，改變波長波長減小，衍射現(xiàn)象變得不明顯；波長與狹縫寬度相比非常小，水波將沿直線傳播。發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：1.只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多，或者比波長更小時，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。2.衍射的實質(zhì)：振動的形式和能量傳到障礙物后方的陰影區(qū)域中。

聲波波長：1.7cm~17m一切波都能發(fā)生衍射。衍射是波特有的現(xiàn)象?！奥勂渎暥灰娖淙恕笔菫槭裁?？光波波長：0.4μm~0.7μm飛機飛近時，轟鳴聲越來越尖銳；飛機飛遠時，轟鳴聲越來越低沉。聽飛機聲音的變化列車靠近時，鳴笛聲越來越尖銳；列車遠離時，鳴笛聲越來越低沉。聽列車聲音的變化汽車靠近時，鳴笛聲越來越尖銳；汽車遠離時，鳴笛聲越來越低沉。聽汽車聲音的變化總結(jié)：靠近時音調(diào)變高，遠離時音調(diào)變低.音調(diào)由頻率決定，頻率高音調(diào)高，頻率低音調(diào)低.多普勒效應(yīng)：因波源與觀察者之間有相對運動，從而使觀察者接收到的波的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)。這種現(xiàn)象是奧地利物理學家多普勒在1842年最先發(fā)現(xiàn)的。多普勒效應(yīng)四知能提升用蜂鳴器等器材制作一個發(fā)聲裝置，可演示多普勒效應(yīng)。為了保證安全，可將發(fā)聲裝置裝入網(wǎng)球中，用結(jié)實的繩子捆綁好并在室外進行實驗。甲同學站在某位置，手持系有發(fā)聲裝置的繩子一端，使發(fā)聲裝置在頭頂上空快速轉(zhuǎn)動。此時，乙同學站在離甲同學幾米之外的位置上靜止不動。甲、乙兩同學聽到蜂鳴器發(fā)出的聲音音調(diào)有什么變化?當甲同學聽到音調(diào)不變化，乙同學聽到音調(diào)變化實驗與探究蜂鳴器1.觀察者靜止不動，數(shù)經(jīng)過的隊伍中的人數(shù)，每分鐘假設(shè)有30個人經(jīng)過。這種情況下的“過人頻率”是30人每分。在這個模擬實驗中，人不表示介質(zhì)中的質(zhì)點，只代表傳播中的波峰或波谷，于是“過人頻率”就代表波的頻率。f測=f源v測=0多普勒效應(yīng)的模擬實驗觀測者靜止v測2.當觀察者逆著隊伍行走時，數(shù)經(jīng)過的隊伍中的人數(shù)，每分鐘將大于30個人經(jīng)過。f測>f源觀測者靠近波源3.當觀察者與隊伍同向行走且速度比隊伍的小時，數(shù)經(jīng)過的隊伍中的人數(shù)，每分鐘將小于30個人經(jīng)過。f測<f源v測觀測者遠離波源波源的運動情況觀察者的運動情況頻率的關(guān)系（大于、小于或等于）波源靜止觀察者靜止觀察者接收頻率波源的頻率波源靜止觀察者朝著波源運動波源靜止觀察者遠離波源運動波源朝著觀察者運動觀察者靜止波源遠離觀察者運動觀察者靜止等于大于小于大于小于歸納總結(jié)歸納總結(jié)1.多普勒效應(yīng)是觀察者接收到的波的頻率發(fā)生了變化，而波源發(fā)出的波的頻率并沒有改變。2.多普勒效應(yīng)是波特有的現(xiàn)象。不僅機械波，電磁波和光波也會發(fā)生多普勒效應(yīng)。交通警察向行進中的汽車發(fā)射一個已知頻率的電磁波（通常是紅外線），波被運動的汽車反射回來時，接收到的頻率發(fā)生變化，由此可指示汽車的速度。多普勒效應(yīng)的應(yīng)用五知能提升應(yīng)用1、雷達測速儀應(yīng)用2、彩超（超聲波）醫(yī)生向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波，超聲波被流動的血液反射后又被儀器接收，測出反射波的頻率變化，就能知道血流的速度．俗稱“彩超”，可以檢查心腦血管的病變。多普勒頸腦血液測速儀20世紀20年代，美國天文學家斯萊弗在研究旋渦星云發(fā)出的光譜時，首先發(fā)現(xiàn)了紅移現(xiàn)象：在可見光波段，星云與地球的同種元素光譜相比，總朝著頻率更低的紅光端移動。對此你有何種猜想？應(yīng)用3、研究天體的運動（電磁波）中國的殲20第五代隱身戰(zhàn)機應(yīng)用4、軍事應(yīng)用：脈沖多普勒雷達，多普勒導(dǎo)航儀中國的武直19武裝直升機一旦有衛(wèi)星經(jīng)過跟蹤站的上空，地面接收到的信號頻率會先增大后減小應(yīng)用5、跟蹤人造地球衛(wèi)星多普勒效應(yīng)分析馬航失蹤飛機信號例1.(多選)下圖表示兩個相干波源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(

)A.a、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?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AD典例精析解析：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變化著。但要注意，對于穩(wěn)定的干涉圖樣，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，故選項A正確；e點位于加強點的連線上，為加強點，f點位于減弱點的連線上，為減弱點，故選項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，故選項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，故選項D正確。例2.圖中S為在水面上振動的波源，M、N為在水面上的兩塊擋板，其中N板可以上下移動，兩板中間有一狹縫，此時測得A處水沒有振動。為使A處水也能發(fā)生振動，下列方法無效的是(

)A.移動N使狹縫的寬度增大B.使波源的頻率減小C.使波源的周期增大D.移動N使狹縫的寬度減小

A一、波的疊加原理二、波的干涉現(xiàn)象課堂小結(jié)三、波的衍射現(xiàn)象四、多普勒效應(yīng)五、多普勒效應(yīng)的應(yīng)用1.兩列波疊加時，關(guān)于介質(zhì)中的任一質(zhì)點的振動，下列說法正確的是(

)A.它的周期一定是兩分振動周期之和B.它的頻率一定是兩分振動頻率之和C.它的振幅一定是兩分振動振幅之和D.它的位移一定是兩分振動位移之和解析：兩列波疊加時，振動的周期和頻率不一定等于兩者之和。例如，頻率相同的兩列波疊加，某點的振動頻率可能等于每列波的頻率，也可能不振動。某點的振幅可能等于兩列波的振幅之和，也可能等于兩列波的振幅之差，但位移一定是兩分振動的位移之和，故選D。D2.下列現(xiàn)象屬于波的干涉現(xiàn)象的是(

)A.面對障礙物大喊一聲，過一會聽見自己的聲音B.將一個音叉敲響，人圍繞它走一周，將聽到忽強忽弱的聲音C.在障礙物的后面可以聽到前面的人說話的聲音D.一人敲一下長鋼管的一端，另一人緊貼長鋼管的另一端，先后聽到兩次聲音B3.兩列波相疊加產(chǎn)生了穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象，得到了干涉圖樣，以下關(guān)于干涉的說法錯誤的是(

)A.兩列波的頻率一定相等B.振動加強區(qū)與振動減弱區(qū)總是相互間隔的C.振動加強區(qū)與振動減弱區(qū)交替變化D.振動加強區(qū)在空間的位置一直不變解析：發(fā)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象時，振動加強和振動減弱的區(qū)域是穩(wěn)定的，加強的區(qū)域總是加強，減弱的區(qū)域總是減弱，故選項C說法錯誤。C4.(多選)下列關(guān)于兩列波相遇時疊加的說法正確的是(

)A.相遇并穿過后，振幅小的一列波將減弱，振幅大的一列波將加強B.相遇并穿過后，兩列波的傳播情形與相遇前完全相同C.在相遇區(qū)域，任一質(zhì)點的位移等于兩列波分別在該點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：相遇并穿過后，兩列波各自的波形和傳播方向與相遇前完全相同，即每列波能保持各自的運動特征而不互相干擾，波具有獨立性，

A錯誤，B、D均正確；在波的重疊區(qū)域里，各質(zhì)點的位移等于各列波單獨傳播時在該點引起的位移的矢量和，C正確。BCD

5.兩個相干波源發(fā)出的兩列波分別用不同的同心圓表示，其波峰用實線表示，波谷用虛線表示。某一時刻兩列波在空間傳播的情況如圖所示，在兩列波相遇的空間中有M、N、Q、K四點，則振動加強的點是

，振動減弱的點是

。

解析：當波峰和波峰疊加或波谷和波谷疊加時，振動加強。當波峰和波谷疊加時，振動減弱。在圖中M點為波峰和波峰疊加，振動加強；N、Q點為波谷和波谷疊加，振動加強；K點是波峰和波谷疊加，振動減弱。

M、N、QK6.(多選)觀察水面波衍射的實驗裝置如圖所示，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，則波經(jīng)過孔之后的傳播情況，下列描述正確的是(

)A.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ABC解析：從題圖中可看出孔AB的尺寸小于一個波長，所以此時能明顯地觀察到波的衍射現(xiàn)象，選項A正確；因為穿過擋板小孔后的波速不變，頻率相同，所以波長也相同，選項B正確；若將孔AB擴大，將可能不滿足發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，就有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象，選項C正確；若將波源頻率增大，由于波速不變，所以波長變小