魯科版高中物理選擇性必修第一冊第三章復(fù)習(xí)要點(diǎn)

魯科版高中物理選擇性必修第一冊第三章復(fù)習(xí)要點(diǎn)第1節(jié)波的形成與描述學(xué)案學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道機(jī)械波的形成條件及過程，理解什么是機(jī)械波.2.知道什么是橫波、縱波．掌握波長、頻率、波速的關(guān)系3.掌握波的圖像的意義和應(yīng)用，能夠區(qū)分波動圖像和振動圖像．基礎(chǔ)知識：一、波的形成與傳播1．波：振動的傳播稱為波動，簡稱波．機(jī)械振動在介質(zhì)中傳播，形成了機(jī)械波．2．波的形成(以繩波為例)(1)一條繩子可以分成一個個小段，這些小段可以看作一個個相連的質(zhì)點(diǎn)，這些質(zhì)點(diǎn)之間存在著彈性力的作用．(2)當(dāng)手握繩端上下振動時，繩端帶動相鄰的質(zhì)點(diǎn)，使它也上下振動．這個質(zhì)點(diǎn)又帶動更遠(yuǎn)一些的質(zhì)點(diǎn)…繩子上的質(zhì)點(diǎn)都跟著振動起來，只是后面的質(zhì)點(diǎn)總比前面的質(zhì)點(diǎn)遲一些開始振動．3．介質(zhì)(1)定義：波借以傳播的物質(zhì)．(2)特點(diǎn)：組成介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)之間有相互作用，一個質(zhì)點(diǎn)的振動會引起相鄰質(zhì)點(diǎn)的振動．4．機(jī)械波傳播的特點(diǎn)(1)介質(zhì)中有機(jī)械波傳播時，介質(zhì)本身并不隨波一起傳播，它傳播的只是振動這種運(yùn)動形式．(2)波是傳遞能量的一種方式．(3)波可以傳遞信息．二、波的分類定義標(biāo)志性物理量實(shí)物波形橫波質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波的傳播方向相互垂直的波(1)波峰：凸起的最高處(2)波谷：凹下的最低處縱波質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波的傳播方向在同一直線上的波(1)密部：質(zhì)點(diǎn)分布最密的位置(2)疏部：質(zhì)點(diǎn)分布最疏的位置三、波的描述1．波的圖像畫法：(1)建立坐標(biāo)系，描點(diǎn)用橫坐標(biāo)x表示在波的傳播方向上各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置，縱坐標(biāo)y表示某一時刻各質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移．得到一系列坐標(biāo)為(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)，…的點(diǎn)．(2)連線用一條平滑的曲線把各點(diǎn)連接起來就是這一時刻波的圖像，有時也稱波形圖.正弦波(簡諧波)(1)如果波的圖像是正弦曲線，這樣的波叫作正弦波，也叫簡諧波．(2)簡諧波中各質(zhì)點(diǎn)的振動是簡諧運(yùn)動．波形圖與振動圖像(1)波形圖表示介質(zhì)中的“各個質(zhì)點(diǎn)”在某一時刻的位移．(2)振動圖像表示介質(zhì)中“某一質(zhì)點(diǎn)”在各個時刻的位移．2、波的特征波長λ(1)定義：在波的傳播方向上，振動相位總是相同的兩個相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離．(2)特征①在橫波中，兩個相鄰波峰或兩個相鄰波谷之間的距離等于波長．②在縱波中，兩個相鄰密部或兩個相鄰疏部之間的距離等于波長．周期T、頻率f(1)周期(頻率)：在波動中，各個質(zhì)點(diǎn)的振動周期(或頻率)叫作波的周期(或頻率)．(2)周期T和頻率f的關(guān)系：f＝eq\f(1,T).(3)波長與周期的關(guān)系：經(jīng)過一個周期T，振動在介質(zhì)中傳播的距離等于一個波長．波速(1)定義：機(jī)械波在介質(zhì)中的傳播速度．(2)決定因素：由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定，在不同的介質(zhì)中，波速是不同(選填“相同”或“不同”)的．(3)波長、周期、頻率和波速的關(guān)系：v＝eq\f(λ,T)＝λf.重難點(diǎn)理解：一、波的形成及特點(diǎn)1．機(jī)械波的形成2．波的特點(diǎn)(1)像繩波這種一維(只在某個方向上傳播)機(jī)械波，若不計能量損失，各質(zhì)點(diǎn)的振幅相同．(2)各質(zhì)點(diǎn)都在做受迫振動，所以各質(zhì)點(diǎn)振動的周期(頻率)均與波源的振動周期(頻率)相同．(3)離波源越遠(yuǎn)，質(zhì)點(diǎn)振動越滯后，但每一個質(zhì)點(diǎn)的起振方向與波源起振方向相同．(4)機(jī)械波向前傳播的是振動這種運(yùn)動形式，各質(zhì)點(diǎn)只在各自的平衡位置附近振動，并不隨波遷移．3．振動和波動的聯(lián)系(1)振動是波動的原因，波動是振動的結(jié)果；有波動必然有振動，有振動不一定有波動．(2)波動中各質(zhì)點(diǎn)振動的性質(zhì)、頻率和振幅與波源相同．4．橫波和縱波的對比名稱項(xiàng)目橫波縱波概念在波動中，質(zhì)點(diǎn)的振動方向和波的傳播方向相互垂直在波動中，質(zhì)點(diǎn)的振動方向和波的傳播方向在一條直線上介質(zhì)只能在固體介質(zhì)中傳播在固體、液體和氣體介質(zhì)中均能傳播特征在波動中交替、間隔出現(xiàn)波峰和波谷在波動中交替、間隔出現(xiàn)密部和疏部注意：水波既不是橫波也不是縱波，它屬于比較復(fù)雜的機(jī)械波．典例1、在一條軟繩上選18個等間距的質(zhì)點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)1在外力作用下首先向上振動，其余質(zhì)點(diǎn)在相互作用力的帶動下依次振動，從而形成簡諧波，由波的形成及圖可知，下列說法中正確的是()A．每個質(zhì)點(diǎn)均在其平衡位置附近自由振動B．每個質(zhì)點(diǎn)開始運(yùn)動后，均在水平方向做勻速運(yùn)動，在豎直方向做簡諧運(yùn)動C．繩上的每一個質(zhì)點(diǎn)開始振動時，方向都向上，振動周期都相同D．繩上波的傳播過程也是能量的傳遞過程，每個質(zhì)點(diǎn)均做等幅振動，故每個質(zhì)點(diǎn)的機(jī)械能守恒答案C解析每個質(zhì)點(diǎn)開始振動后，只在豎直方向做簡諧運(yùn)動，水平方向上不隨波遷移，B錯誤；波的傳播過程也是能量的傳遞過程，每個質(zhì)點(diǎn)均做受迫振動，所受合力不為零，故每個質(zhì)點(diǎn)的機(jī)械能并不守恒，A、D錯誤．典例2、關(guān)于橫波和縱波，下列說法正確的是()A．質(zhì)點(diǎn)的振動方向和波的傳播方向垂直的波叫縱波B．質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波的傳播方向在同一直線上的波叫橫波C．橫波有波峰和波谷，縱波有密部和疏部D．地震波是橫波，聲波是縱波答案C解析質(zhì)點(diǎn)的振動方向和波的傳播方向垂直的波叫橫波，A錯誤；質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波的傳播方向在同一直線上的波叫縱波，B錯誤；橫波有波峰和波谷，縱波有密部和疏部，C正確；地震波有橫波也有縱波，空氣中的聲波是縱波，D錯誤．二、波的圖像1．對波的圖像的理解(1)波的圖像是某一時刻介質(zhì)中各個質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動情況的“定格”．可以將波的圖像比喻為某一時刻對所有質(zhì)點(diǎn)拍攝下的“集體照”．(2)簡諧波的圖像是正(余)弦曲線，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)做簡諧運(yùn)動．2．由波的圖像獲得的三點(diǎn)信息(1)可以直接看出在該時刻沿傳播方向上各個質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移．(2)可以直接看出在波的傳播過程中各質(zhì)點(diǎn)的振幅A及波長．(3)若已知該波的傳播方向，可以確定各質(zhì)點(diǎn)的振動方向；或已知某質(zhì)點(diǎn)的振動方向，可以確定該波的傳播方向．3．波的圖像的周期性質(zhì)點(diǎn)振動的位移做周期性變化，即波的圖像也做周期性變化，經(jīng)過一個周期，波的圖像復(fù)原一次．三、質(zhì)點(diǎn)振動方向與波傳播方向的關(guān)系1．帶動法：后面質(zhì)點(diǎn)依次重復(fù)前面質(zhì)點(diǎn)的振動．2．上下坡法：沿波的傳播方向看，“上坡”的點(diǎn)向下運(yùn)動，“下坡”的點(diǎn)向上運(yùn)動，簡稱“上坡下，下坡上”(如圖所示)．3．同側(cè)法：在波的圖像上的某一點(diǎn)，沿y軸方向畫出一個箭頭表示質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動方向，并設(shè)想在同一點(diǎn)沿x軸方向畫一個箭頭表示波的傳播方向，那么這兩個箭頭總是在曲線的同側(cè)(如圖所示)．4．微平移法：如圖所示，實(shí)線為t時刻的波形圖，作出微小時間Δteq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Δt＜\f(T,4)))后的波形如虛線所示，由圖可見t時刻的質(zhì)點(diǎn)P1(P2)經(jīng)Δt后運(yùn)動到P1′(P2′)處，這樣就可以判斷質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方向了．四、振動圖像和波的圖像的比較振動圖像波的圖像圖像坐標(biāo)橫坐標(biāo)時間各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置縱坐標(biāo)某一質(zhì)點(diǎn)在不同時刻的振動位移各質(zhì)點(diǎn)在同一時刻的振動位移研究對象一個質(zhì)點(diǎn)沿波傳播方向上的各質(zhì)點(diǎn)物理意義一個質(zhì)點(diǎn)在不同時刻的振動位移介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)在同一時刻的振動位移典例3、如圖所示為一列簡諧橫波在某時刻的波形圖，傳播方向向左，則此時刻有()A．各質(zhì)點(diǎn)的位移都為5cmB．x＝2m處的質(zhì)點(diǎn)速度方向沿y軸正方向C．x＝4m處的質(zhì)點(diǎn)加速度方向沿y軸正方向D．x＝8m處的質(zhì)點(diǎn)速度為零答案C解析從題圖波的圖像可以看出，選項(xiàng)A錯誤；根據(jù)波的傳播方向和波的圖像可以得出，此時刻x＝2m處的質(zhì)點(diǎn)速度方向沿y軸負(fù)方向，選項(xiàng)B錯誤；x＝4m處的質(zhì)點(diǎn)此時處于負(fù)的最大位移處，加速度方向沿y軸正方向，選項(xiàng)C正確；x＝8m處的質(zhì)點(diǎn)位于平衡位置，速度方向沿y軸正方向，所以速度為正的最大值，選項(xiàng)D錯誤．典例4、一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，a、b、c、d為介質(zhì)中沿波傳播方向上四個質(zhì)點(diǎn)的平衡位置．某時刻的波形如圖甲所示，此后，若經(jīng)過eq\f(3,4)周期開始計時，則圖乙描述的是()A．a(chǎn)處質(zhì)點(diǎn)的振動圖像 B．b處質(zhì)點(diǎn)的振動圖像C．c處質(zhì)點(diǎn)的振動圖像 D．d處質(zhì)點(diǎn)的振動圖像答案B解析因橫波沿x軸正方向傳播，經(jīng)eq\f(3,4)周期振動到平衡位置的質(zhì)點(diǎn)為平衡位置在b、d處的質(zhì)點(diǎn)，該時刻平衡位置在b處的質(zhì)點(diǎn)的振動方向沿y軸負(fù)方向，平衡位置在d處的質(zhì)點(diǎn)的振動方向沿y軸正方向，故題圖乙為平衡位置在b處的質(zhì)點(diǎn)的振動圖像，故選B.典例5、一簡諧橫波沿x軸正方向傳播，圖甲是t＝0時刻的波形圖，圖乙是介質(zhì)中某質(zhì)點(diǎn)的振動圖像，則該質(zhì)點(diǎn)的x坐標(biāo)值合理的是()A．0.5mB．1.5mC．2.5mD．3.5m答案C解析從題圖乙得到t＝0時，該質(zhì)點(diǎn)的位移為負(fù)且沿y軸負(fù)方向運(yùn)動；在給出的選項(xiàng)中在題圖甲中位移為負(fù)值、大小與題圖乙中t＝0時相等且速度沿y軸負(fù)方向的是x＝2.5m處的質(zhì)點(diǎn)，故C正確．鞏固練習(xí)：1．如圖所示為某繩波形成過程的示意圖，1、2、3、4…為繩上的一系列等間距的質(zhì)點(diǎn)，繩處于水平方向．質(zhì)點(diǎn)1在外力作用下沿豎直方向做簡諧運(yùn)動，帶動2、3、4…各個質(zhì)點(diǎn)依次上下振動，把振動從繩的左端傳到右端．t＝0時，質(zhì)點(diǎn)1開始豎直向上運(yùn)動，經(jīng)過四分之一周期，質(zhì)點(diǎn)5開始運(yùn)動．下列判斷正確的是()A．t＝eq\f(T,4)時質(zhì)點(diǎn)5的運(yùn)動方向向下B．t＝eq\f(T,2)時質(zhì)點(diǎn)7的運(yùn)動方向向上C．t＝eq\f(3T,4)時質(zhì)點(diǎn)11的運(yùn)動方向向下D．t＝T時質(zhì)點(diǎn)17開始向下運(yùn)動2．關(guān)于波的形成和特點(diǎn)，下列說法正確的是()A．隨著波的傳播，介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)都在沿波的傳播方向運(yùn)動B．隨著波的傳播，介質(zhì)中的各質(zhì)點(diǎn)也將由近及遠(yuǎn)地遷移出去C．傳播波的過程中相鄰各質(zhì)點(diǎn)間必有相互作用力D．某一橫波在介質(zhì)中沿水平方向傳播，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)必沿豎直方向上下振動3.一列簡諧橫波某時刻的波形圖如圖所示，比較介質(zhì)中的三個質(zhì)點(diǎn)a、b、c，則()A．此刻a的加速度最小B．此刻b的速度最小C．若波沿x軸正方向傳播，此刻b向y軸正方向運(yùn)動D．若波沿x軸負(fù)方向傳播，a比c先回到平衡位置4．一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，傳x到M點(diǎn)時波形如圖所示，再經(jīng)0.6s，N點(diǎn)開始振動，則該波的振幅A和頻率f為()A．A＝1mf＝5HzB．A＝0.5mf＝5HzC．A＝0.5mf＝2.5HzD．A＝1mf＝2.5Hz5．一列波的波源S在O點(diǎn)做豎直方向、頻率為10Hz的簡諧運(yùn)動，t0時刻，向右傳播的波形如圖所示，向左傳播的波形未畫出．下列說法正確的是()A．t0時刻，x＝1m處的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動方向向下B．t0時刻，x＝－2m處的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動方向向上C．t0＋0.175s時刻，x＝－1m處的質(zhì)點(diǎn)處在波谷位置D．t0－0.025s時刻，x＝1m處的質(zhì)點(diǎn)處在波峰位置6．如圖所示，一列沿x軸傳播的簡諧橫波，t＝0時刻的波形圖如圖甲所示，圖乙表示x＝1.0m處質(zhì)點(diǎn)P的振動圖像．求：(1)波的波長λ和振幅A；(2)請判斷這列波的傳播方向，并計算該簡諧橫波傳播速度v的大??；(3)t＝0.7s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)Q運(yùn)動的路程s.參考答案：1.B2.C3.C4.C．5.C．6.答案(1)2.0m10cm(2)沿x軸正方向5m/s(3)0.7m解析(1)由題圖甲知，波的波長λ＝2.0m，振幅A＝10cm；(2)由v＝eq\f(λ,T)，又T＝0.4s，所以v＝5m/s，第2節(jié)波的反射和折射一、波的反射1．波面和波線(1)波面：從波源發(fā)出的波，經(jīng)過相同傳播時間到達(dá)的各點(diǎn)所組成的面，如圖所示．波面和波線(2)波線：用來表示波的傳播方向的線，波線與各個波面總是垂直的．2．波的分類(1)球面波：波面是球面的波．如空氣中的聲波．(2)平面波：波面是平面的波．如水波．3．波的反射(1)反射現(xiàn)象：波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)表面時，返回原來介質(zhì)傳播的現(xiàn)象．(2)反射定律：反射波線、入射波線和法線在同一平面內(nèi)，反射波線和入射波線分別位于法線的兩側(cè)；反射角等于入射角．二、波的折射1．折射現(xiàn)象：波在傳播過程中，由一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時，傳播方向發(fā)生偏折的現(xiàn)象．2．折射定律：eq\f(sini,sinr)＝eq\f(v1,v2)，式中v1和v2分別是波在介質(zhì)Ⅰ和介質(zhì)Ⅱ中的波速．三、惠更斯原理1．內(nèi)容：介質(zhì)中波面上的每一個點(diǎn)，都可以看成一個新的波源，這些新波源發(fā)出子波，經(jīng)過一定時間后，這些子波的包絡(luò)面就構(gòu)成下一時刻的波面．2．包絡(luò)面：某時刻與所有子波波面相切的曲面．1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)只有平面波的波面才與波線垂直． (×)(2)任何波的波線與波面都相互垂直． (√)(3)反射波的頻率、波速與入射波相同． (√)(4)折射波的頻率、波速與入射波相同． (×)2．(多選)下列說法中正確的是()A．只有平面波的波面才與波線垂直B．任何波的波線與波面都相互垂直C．任何波的波線都表示波的傳播方向D．有些波的波面表示波的傳播方向BC[不管是平面波，還是球面波，其波面與波線均垂直，選項(xiàng)A錯誤，B正確；只有波線才表示波的傳播方向，選項(xiàng)C正確，D錯誤．]3．(多選)下列敘述屬于波的反射現(xiàn)象的是()A．在空房間里講話，會感到聲音比在野外響B(tài)．水波從深水區(qū)入射到淺水區(qū)方向變化C．講話者又聽到自己的回聲D．聲波從空氣中進(jìn)入水中速度變大AC[選項(xiàng)A、C都屬于波的反射現(xiàn)象，B、D屬于波的折射現(xiàn)象．]惠更斯原理波面一定是平面嗎？根據(jù)如圖思考波線與波面的關(guān)系是怎樣的．提示：波面不一定是平面．波線與波面互相垂直，一定條件下由波面可確定波線，由波線可確定波面．1．對波線與波面的理解(1)波面不一定是面，如水波，它只能在水面?zhèn)鞑?，水波的波面是以波源為圓心的一簇圓．(2)波線是有方向的一簇線，它的方向代表了波的傳播方向．(3)波線與波面互相垂直，一定條件下由波面可確定波線，由波線可確定波面．2．惠更斯原理的實(shí)質(zhì)：波面上的每一點(diǎn)(面源)都是一個次級球面波的子波源，子波的波速與頻率等于初級波的波速和頻率，此后每一時刻的子波波面的包絡(luò)面就是該時刻總的波動的波面．其核心思想是介質(zhì)中任一處的波動狀態(tài)是由各處的波動決定的．3．惠更斯原理的局限性：光的直線傳播、反射、折射等都能用此來進(jìn)行較好的解釋．但是，惠更斯原理是比較粗糙的，用它不能解釋衍射現(xiàn)象與狹縫或障礙物大小的關(guān)系，而且由惠更斯原理推知有倒退波的存在，而倒退波顯然是不存在的．【例1】(多選)下列敘述中正確的是()A．空間點(diǎn)波源發(fā)出的球面波，其波面是一個球面，波線就是以波源為圓心的同心圓B．平面波的波線是一條直線，其波線相互平行C．根據(jù)惠更斯原理，波面各點(diǎn)都可看作一個子波源，子波前進(jìn)的方向的包絡(luò)面就是該時刻的波面D．利用惠更斯原理，只要知道t時刻波面的位置和波速，就可確定t＋Δt時刻波面的位置BCD[球面波的波線沿球面的半徑方向，A錯誤；平面波的波線是一條直線，由于波線與波面垂直，故平面波的波線相互平行，B正確；由惠更斯原理可知，C正確；利用惠更斯原理，只要知道t時刻波面的位置和波速，就可確定另一時刻波面的位置，D正確．]利用惠更斯原理解釋波的傳播的一般步驟(1)確定一列波某時刻一個波面的位置．(2)在波面上取兩點(diǎn)或多個點(diǎn)作為子波的波源．(3)選一段時間Δt.(4)根據(jù)波速確定Δt時間后子波波面的位置．(5)確定子波在波前進(jìn)方向上的包絡(luò)面，即為新的波面．(6)由新的波面可確定波線及其方向．eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])1．(多選)關(guān)于對惠更斯原理的理解，下列說法正確的是()A．同一波面上的各質(zhì)點(diǎn)振動情況完全相同B．同一振源的不同波面上的質(zhì)點(diǎn)的振動情況一定不同C．球面波的波面是以波源為中心的一個個球面D．無論怎樣的波，波線始終和波面垂直ACD[按照惠更斯原理：波面是由振動情況完全相同的點(diǎn)構(gòu)成的面，而不同波面上質(zhì)點(diǎn)的振動情況可能相同，如相位相差2π整數(shù)倍的質(zhì)點(diǎn)的振動情況相同，故A對，B錯；由波面和波線的概念，不難判定C、D對．故正確答案為A、C、D.]波的反射如圖所示，一場大雪過后，人們會感到外面萬籟俱靜．這是怎么回事？難道是人的活動減少了嗎？提示：剛下過的雪是新鮮蓬松的，它的表面層有許多小氣孔．當(dāng)外界的聲波傳入這些小氣孔時便要發(fā)生反射．由于氣孔往往是內(nèi)部大而口徑小．所以，僅有少部分波的能量能通過口徑反射回來，而大部分的能量則被吸收掉了．所以不是人的活動減少了．1.對波的反射的理解(1)波發(fā)生反射時波的傳播方向發(fā)生了變化．(2)反射波和入射波在同一介質(zhì)中傳播，介質(zhì)決定波速，因此波速不變，波的頻率是由波源決定的，因此波的頻率也不改變，根據(jù)公式λ＝eq\f(v,f)，可知波長也不改變．2.波的反射現(xiàn)象的應(yīng)用(1)回聲測距：①當(dāng)聲源不動時，聲波遇到了障礙物會返回來繼續(xù)傳播，反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播速度相同，因此，入射波和反射波在傳播距離一樣的情況下，用的時間相等，設(shè)經(jīng)時間t聽到回聲，則聲源距障礙物的距離為s＝v聲eq\f(t,2).②當(dāng)聲源以速度v向靜止的障礙物運(yùn)動或障礙物以速度v向靜止的聲源運(yùn)動時，聲源發(fā)聲時障礙物到聲源的距離為s＝(v聲＋v)eq\f(t,2).③當(dāng)聲源以速度v遠(yuǎn)離靜止的障礙物或障礙物以速度v遠(yuǎn)離聲源時，聲源發(fā)聲時障礙物到聲源的距離s＝(v聲－v)eq\f(t,2).(2)超聲波定位：蝙蝠能發(fā)出超聲波，超聲波遇到障礙物或捕食目標(biāo)時會被反射回來，蝙蝠就根據(jù)接收到的反射回來的超聲波來確定障礙物或食物位置，從而確定飛行方向．另外海豚、雷達(dá)也是利用波的反射來定位或測速的．【例2】有一輛汽車以15m/s的速度勻速行駛，在其正前有一陡峭山崖，汽車鳴笛2s后司機(jī)聽到回聲，此時汽車距山崖的距離多遠(yuǎn)？(v聲＝340m/s)[解析]若汽車靜止，問題就簡單了．現(xiàn)在汽車運(yùn)動，聲音傳播，如圖所示為汽車與聲波的運(yùn)動過程示意圖．設(shè)汽車由A到C路程為s1，C點(diǎn)到山崖B距離為s；聲波由A到B再反射到C路程為s2，因汽車與聲波運(yùn)動時間同為t，則有s2＝s1＋2s，即v聲t＝v汽t＋2s所以s＝eq\f(v聲－v汽t,2)＝eq\f(340－15×2,2)m＝325m.[答案]325meq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])2．人耳只能區(qū)分相差0.1s以上的兩個聲音，人要聽到自己講話的回聲，人離障礙物的距離至少要大于多少米？(已知聲音在空氣中的傳播速度為340m/s)[解析]從人講話到聲音傳到人耳的時間取0.1s時，人與障礙物間的距離最?。畣纬炭紤]，聲音從人傳到障礙物或從障礙物傳到人耳時t＝eq\f(0.1,2)s＝0.05s，故人離障礙物的最小距離x＝vt＝340×0.05m＝17m.[答案]17m波的折射如圖所示，駱駝隊白天在沙漠中行走時，隊伍后面的喊聲，隊伍前面往往聽不到，而夜晚就不同，聽的比較清楚，這是什么原因？提示：白天近地面的氣溫較高，聲速較大，聲速隨離地面高度的增加而減小導(dǎo)致聲音傳播方向向上彎曲；夜晚地面溫度較低，聲速隨離地面高度的增加而增加，聲波的傳播方向向下彎曲，這也是在夜晚聲波傳播地比較遠(yuǎn)的原因．1．波的反射、折射現(xiàn)象中各量的變化(1)波向前傳播在兩種介質(zhì)的界面上會同時發(fā)生反射現(xiàn)象和折射現(xiàn)象，一些相關(guān)物理量變化如下：波現(xiàn)象比較項(xiàng)波的反射波的折射傳播方向改變i＝i′改變r≠i頻率f不變不變波速v不變改變波長λ不變改變(2)說明：①頻率f由波源決定，故無論是反射波的頻率還是折射波的頻率都等于入射波的頻率．②波速v由介質(zhì)決定，因反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播，故波速不變；折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播，波速變化．③根據(jù)v＝λf，波長λ與v及f有關(guān)，即與介質(zhì)和波源有關(guān)，反射波與入射波在同一介質(zhì)中，波速相同、頻率相同，故波長相同．折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播，v不同，f相同，故λ不同．2．對折射定律的理解(1)表達(dá)式：eq\f(sini,sinr)＝eq\f(v1,v2).(2)理解①折射的原因：波在兩種介質(zhì)中的傳播速度不同．②由于波在一種介質(zhì)中的波速是一定的，所以eq\f(v1,v2)是一個只與兩種介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，與入射角、折射角均無關(guān)的常數(shù)，叫作第二種介質(zhì)相對第一種介質(zhì)的折射率，所以n21＝eq\f(v1,v2).③當(dāng)v1>v2時，i>r，折射波的波線靠近法線；當(dāng)v1<v2時，i<r，折射波的波線遠(yuǎn)離法線．當(dāng)垂直于界面入射(i＝0°)時，r＝0°，傳播方向不變．【例3】如圖所示，某列波以60°的入射角由甲介質(zhì)射到乙介質(zhì)的界面上同時發(fā)生反射和折射，若反射波的波線與折射波的波線的夾角為90°，此波在乙介質(zhì)中的波速為1.2×105km/s.(1)該波的折射角為多大？(2)該波在甲介質(zhì)中的傳播速度為多少？(3)該波在兩種介質(zhì)中的波長比為多少？思路點(diǎn)撥：解答本題時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1)由幾何關(guān)系求折射角．(2)由折射定律求波速．(3)由v＝λf及波在兩種介質(zhì)中頻率相同求波長之比．[解析](1)由反射定律可得反射角為60°，由題圖的幾何關(guān)系可得折射角為r＝30°.(2)由波的折射定律得eq\f(v甲,v乙)＝eq\f(sini,sinr)，所以v甲＝eq\f(sini,sinr)·v乙＝eq\f(sin60°,sin30°)·v2＝eq\f(\f(\r(3),2),\f(1,2))×1.2×105km/s＝2.08×105km/s.(3)因波長λ＝eq\f(v,f)，又因?yàn)椴ㄔ趦煞N介質(zhì)中的頻率相同，則eq\f(λ甲,λ乙)＝eq\f(v甲,v乙)＝eq\f(sini,sinr)＝eq\r(3).[答案](1)30°(2)2.08×105km/s(3)eq\r(3)處理波的折射問題的三點(diǎn)技巧(1)弄清折射現(xiàn)象發(fā)生的條件：當(dāng)波從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時，波才發(fā)生折射現(xiàn)象．(當(dāng)波垂直入射時不發(fā)生折射現(xiàn)象)(2)抓住入射波與折射波的區(qū)別與聯(lián)系：波的頻率相同、波速不同、波長不同．(3)計算時，注意公式“eq\f(sini,sinr)＝eq\f(v1,v2)”中角度與速度的對應(yīng)；另外，可結(jié)合v＝λf及頻率不變的特點(diǎn)，將公式轉(zhuǎn)化為波長與角度的關(guān)系eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(sini,sinr)＝\f(λ1,λ2)))解決有關(guān)波長的問題．eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])3．圖中1、2、3分別代表入射波、反射波、折射波的波線，則()A．2與1的波長、頻率相等，波速不等B．2與1的波速、頻率相等，波長不等C．3與1的波速、頻率、波長均相等D．3與1的頻率相等，波速、波長均不等D[波1、2都在介質(zhì)a中傳播，故1、2的頻率、波速、波長均相等，A、B錯；波1、3是在兩種不同介質(zhì)中傳播，波速不同，但波源沒變，因而頻率相等，由λ＝eq\f(v,f)得波長不同，故C錯，D對．]1．物理觀念：波面、波線、反射現(xiàn)象、折射現(xiàn)象．2．科學(xué)思維：惠更斯原理、反射定律、折射定律．3．科學(xué)方法：比較波的反射和折射的不同．1．(多選)以下關(guān)于波的認(rèn)識，正確的是()A．潛水艇利用聲吶探測周圍物體的分布情況，用的是波的反射原理B．隱形飛機(jī)怪異的外形及表面涂特殊吸波材料，是為了減少波的反射，從而達(dá)到隱形的目的C．雷達(dá)的工作原理是利用波的直線傳播D．水波從深水區(qū)傳到淺水區(qū)改變傳播方向的現(xiàn)象，是波的折射現(xiàn)象ABD[本題考查波的反射、折射現(xiàn)象在實(shí)際問題中的應(yīng)用．聲吶、雷達(dá)都是利用接收反射波來進(jìn)行定位，A正確，C錯誤；D選項(xiàng)中水波的傳播方向發(fā)生改變屬于波的折射現(xiàn)象，D正確；隱形飛機(jī)是通過減少波的反射達(dá)到隱形的目的，B正確．]2．(多選)下列說法正確的是()A．任何波的波線都表示波的傳播方向B．波面表示波的傳播方向C．只有橫波才有波面D．波傳播中某時刻任一波面上各子波波面的包絡(luò)面就是新的波面AD[波線表示波的傳播方向，故A選項(xiàng)正確，B選項(xiàng)錯誤；所有的波都具有波面，故C選項(xiàng)錯誤；由惠更斯原理可知，故D選項(xiàng)正確．]3．甲、乙兩人平行站在一堵又高又寬的墻前面，二人相距2a，距墻均為eq\r(3a)，當(dāng)甲開了一槍后，乙在t時間后聽到第一聲槍響，則乙聽到第二聲槍響的時間為()A．甲開槍t后 B．甲開槍2t后C．甲開槍3t后 D．甲開槍4t后B[設(shè)聲速為v，乙聽到第一聲槍響必然是甲開槍的聲音直接傳到乙的耳朵中，故t＝eq\f(2a,v) ①甲、乙兩人與墻的位置如圖所示，乙聽到的第二聲槍響必然是墻反射的槍聲，由聲波的反射定律和幾何關(guān)系得：AC＝BC＝AB＝2a.故乙聽到第二聲槍響的時間t′＝eq\f(AC＋BC,v)＝eq\f(4a,v) ②由①②得：t′＝2t，故B對．]4．如圖所示，某列波以60°的入射角由甲介質(zhì)射到乙介質(zhì)的界面上同時產(chǎn)生反射和折射，若反射波的波線與折射波的波線的夾角為90°.該波的折射角為________．[解析]由反射定律可得反射角為60°，由題圖的幾何關(guān)系可得折射角為r＝30°.[答案]30°第3節(jié)波的干涉和衍射學(xué)案學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道波的疊加原理、掌握波的干涉現(xiàn)象及形成穩(wěn)定干涉圖樣的條件．2.知道波的衍射現(xiàn)象和發(fā)生明顯衍射的條件．基礎(chǔ)知識：一、波的疊加原理兩列波相遇時，波形會發(fā)生變化；相遇后，這兩列波又保持原來各自的形態(tài)繼續(xù)傳播．幾列波相遇時能夠保持各自的運(yùn)動特征，繼續(xù)傳播，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時參與這幾列波引起的振動，質(zhì)點(diǎn)的位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時引起的位移的矢量和．這在物理學(xué)中稱為波的疊加原理．二、波的干涉現(xiàn)象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(qiáng)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，如圖所示．3．干涉條件：頻率和振動方向相同的波．4．干涉的普遍性一切波在一定條件下都能夠發(fā)生干涉，干涉是波特有的現(xiàn)象．一切波都能發(fā)生干涉，干涉現(xiàn)象是波的重要特征之一．三、波的衍射現(xiàn)象1．波的衍射：波繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象.2．發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：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.3．波的衍射的普遍性：一切波都能發(fā)生衍射，衍射是波特有的現(xiàn)象.重難點(diǎn)理解：一、波的疊加與波的干涉波的疊加1．波的獨(dú)立傳播特性：幾列波相遇時各自的波長、頻率等運(yùn)動特征，不受其他波的影響．2．波的疊加原理：在幾列波重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時參與這幾列波引起的振動，質(zhì)點(diǎn)的位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時引起的位移的矢量和．波的干涉1．發(fā)生干涉的條件：(1)兩列波的頻率相同；(2)相位差恒定；(3)振動方向相同．2．產(chǎn)生穩(wěn)定干涉圖樣的兩列波的振幅越接近，干涉圖樣越明顯．3．干涉圖樣及其特點(diǎn)(1)干涉圖樣：如圖所示．(2)特點(diǎn)①加強(qiáng)區(qū)始終加強(qiáng)，減弱區(qū)始終減弱(加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)不隨時間變化)．②加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變，加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)互相間隔．③加強(qiáng)點(diǎn)的振幅為A1＋A2；減弱點(diǎn)的振幅為|A1－A2|，每個質(zhì)點(diǎn)都在各自的平衡位置附近做簡諧運(yùn)動．典例1、如圖甲，兩列振幅和波長相同而傳播方向相反的波，在相遇的某一時刻(如圖乙)，兩列波“消失”，此時介質(zhì)中M、N兩質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方向是()A．M、N都靜止 B．M、N都向上C．M向下，N向上 D．M向上，N向下答案C解析由題圖可知，兩列波的波峰與波谷疊加，振動減弱，兩波的振幅相等，所以題圖乙所示的時刻兩列波“消失”．根據(jù)波形平移法判斷可知，向右傳播的波單獨(dú)引起M的運(yùn)動方向向下，N的運(yùn)動方向向上，向左傳播的波單獨(dú)引起M的運(yùn)動方向向下，N的運(yùn)動方向向上，根據(jù)波的疊加原理可知，此時M質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方向向下，N質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方向向上，故C正確，A、B、D錯誤．典例2、兩列完全相同的機(jī)械波于某時刻的疊加情況如圖所示，圖中的實(shí)線和虛線分別表示波峰和波谷，此時()A．a(chǎn)、b連線中點(diǎn)振動減弱B．a(chǎn)、b、c、d四點(diǎn)速度均為零C．再經(jīng)過eq\f(1,2)周期，c、d兩點(diǎn)振動加強(qiáng)D．再經(jīng)過eq\f(1,4)周期，c、d兩點(diǎn)振動加強(qiáng)答案B解析題圖中a點(diǎn)處波谷與波谷相遇，b點(diǎn)處波峰與波峰相遇，兩點(diǎn)速度均為零，a、b連線上的點(diǎn)均為振動加強(qiáng)點(diǎn)，振動始終加強(qiáng)；c、d兩點(diǎn)振動始終減弱，振幅為0，即質(zhì)點(diǎn)靜止，B正確．二、波的衍射1.衍射是波特有的現(xiàn)象(1)一切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是有的明顯，有的不明顯。(2)波的直線傳播只是在衍射不明顯時的近似。(3)波長較長的波容易產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象。2.產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件只有當(dāng)縫、孔的寬度或障礙物尺寸跟波長相差不大，或者比波長更小時，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。(1)障礙物或孔的尺寸大小，并不是決定衍射能否發(fā)生的條件，而是衍射現(xiàn)象是否明顯的條件。一般情況下，波長較長的波容易產(chǎn)生顯著的衍射現(xiàn)象。(2)波傳到孔或障礙物時，孔或障礙物仿佛是一個新的波源，由它發(fā)出的與原來同頻率的波(稱為子波)在孔或障礙物后傳播，于是，就出現(xiàn)了偏離直線傳播的衍射現(xiàn)象。(3)當(dāng)孔的尺寸遠(yuǎn)小于波長時盡管衍射十分突出，但由于衍射波的能量很弱，衍射現(xiàn)象不容易觀察到。典例3、如圖所示為觀察水面波衍射的實(shí)驗(yàn)示意圖，CA、BD是擋板，它們之間有一窄縫，A、B分別為窄縫邊緣的兩點(diǎn)．S點(diǎn)表示波源，相鄰兩波紋之間的距離表示一個波長，已知A、B間的距離與波長相差不多，則波穿過窄縫之后()A．波紋之間距離變大B．波的振幅變大C．波僅在SA與SB兩直線之間的扇形區(qū)域內(nèi)傳播D．波能傳播到SA、SB兩直線外側(cè)的區(qū)域答案D解析穿過窄縫之后，波的頻率不變，波速不變，所以波長不變，即波紋間距不變，振幅不變，故選項(xiàng)A、B錯誤；波衍射后偏離直線傳播路徑，故C錯誤，D正確．鞏固練習(xí)：1．如圖所示為兩列相向傳播的、振幅和波長都相同的橫波，它們在O點(diǎn)相遇，此后可能出現(xiàn)的狀態(tài)是()2．如圖所示是水波干涉示意圖，s1、s2是兩波源，A、D、B三點(diǎn)在一條直線上，兩波源頻率相同，振幅相等，則下列說法正確的是()A．A處質(zhì)點(diǎn)一會兒在波峰，一會兒在波谷B．B處質(zhì)點(diǎn)一直在波谷C．C處質(zhì)點(diǎn)一會兒在波峰，一會兒在波谷D．D處質(zhì)點(diǎn)一直在平衡位置3．如圖所示為甲、乙兩列簡諧橫波在同一繩上傳播時某時刻的波形圖，甲波向右傳播，乙波向左傳播．質(zhì)點(diǎn)M位于x＝0.2m處，則下列說法正確的是()A．這兩列波不會發(fā)生干涉現(xiàn)象B．質(zhì)點(diǎn)M的振動總是加強(qiáng)C．質(zhì)點(diǎn)M將做振幅為10cm的簡諧振動D．由圖示時刻開始，再經(jīng)過eq\f(1,4)甲波周期，質(zhì)點(diǎn)M將位于波峰4．下列說法正確的是()A．波的衍射現(xiàn)象必須具備一定的條件，否則不可能發(fā)生衍射現(xiàn)象B．要觀察到水波明顯的衍射現(xiàn)象，必須使狹縫的寬度遠(yuǎn)大于水波波長C．波長越短的波，越容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象D．只有波才有衍射現(xiàn)象5.如圖所示，正中心O點(diǎn)是水面上一波源，實(shí)、虛線分別表示該時刻的波峰、波谷，A是擋板，B是小孔．不考慮波的反射因素，經(jīng)過一段時間后，水面上的波形將分布于()A．整個區(qū)域 B．陰影Ⅰ以外的區(qū)域C．陰影Ⅱ以外的區(qū)域 D．陰影Ⅰ和Ⅱ以外的區(qū)域參考答案：1.B2.A3.B．4.D．5.B第4節(jié)多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.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(yùn)動時產(chǎn)生的現(xiàn)象．【課上探究】知識點(diǎn)1：多普勒效應(yīng)思考與交流1.什么是多普勒效應(yīng)？2.什么條件下會發(fā)生多普勒效應(yīng)？3.在聲波發(fā)生多普勒效應(yīng)時，聲波自身的頻率有沒有發(fā)生變化？總結(jié)與提升1．定義：波源與觀察者相互時，接收到的波的頻率都會發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫作多普勒