波的干涉与衍射+2.6多普勒效应

1、2.5波的干涉与衍射2.6多普勒效应学 习 目 标知 识 脉 络1.知道波的叠加原理和波的干涉现象，了解波的干涉条件和加强区、减弱区的形成.(重点、难点 )2.知道波的衍射现象和发生明显衍射的条件.(重点 )3.了解什么是多普勒效应及其产生的原因和应用 .(重点、难点 )波 的 叠 加 原 理 和 波的 干 涉 先填空 1.波的独立性几列波相遇时能保持各自的特性(频率、波长、振动方向等 )继续传播，互不影响 .2.波的叠加原理几列波在相遇区域内， 任一质点的位移是各列波单独存在时在该点所引起的位移的矢量和 .3. 研究波的干涉波的干涉是两列波在特定条件下的叠加 .(1)产生干涉的条件：两列波的

2、频率相同 .(2)现象：两列波相遇时，某些区域总是振动加强，某些区域总是振动减弱，且振动加强和减弱的区域相间分布.(3)振动加强区和减弱区：加强区是两列波的波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇的区域；减弱区是两列波的波峰与波谷相遇的区域. 再判断 1.两列波相叠加就能形成稳定的干涉图样.()第 1页2.在操场上不同位置听到学校同一喇叭的声音大小不同，是声波的干涉现象 .( )3.两个人一起说话，不会发生干涉现象.() 后思考 1.敲击音叉使其发声，然后转动音叉，为什么听到声音忽强忽弱？【提示】这是声波的干涉现象 .音叉的两股振动频率相同，这样，两列频率相同的声波在空气中传播，有的区域振动加强， 有的

3、区域振动减弱， 于是听到声音忽强忽弱 .2.有人说在波的干涉图样中，加强点就是位移始终最大的点，减弱点就是位移始终为零的点，这种说法对吗？【提示】这种说法不正确 .在干涉图样中的加强点是以两列波的振幅之和为振幅做振动的点，某一瞬时振动位移可能是零.同理，减弱点是以两列波的振幅之差为振幅做振动的点，它的位移不一定始终为零. 核心点击 1.波的独立传播特性两列波相遇后， 每列波将保持各自原来的波形继续向前传播，互相不会发生干扰 .如图 2-5-1 甲、乙所示，在同一直线上，向右传播的波 1 和向左传播的波 2，相遇以后，各自还是按照相遇前的波速、 振幅、频率，继续沿着各自的方向传播，不会因为相遇而

4、发生任何变化， 也就是说相互不会因相遇而发生干扰 .图 2-5-12.对波的干涉现象的理解(1)波的叠加是无需条件的，任何频率的两列波在空间相遇都会叠加.(2)稳定干涉图样的产生是有条件的，必须是两列波的频率相同、相差恒定，如果两列波的频率不相等，在相遇的区域里不同时刻各质点叠加的结果都不相同，看不到稳定的干涉图样.(3)明显的干涉图样和稳定的干涉图样意义是不同的，明显的干涉图样除了满足相干条件外，还必须满足两列波振幅差别不大.振幅越是接近，干涉图样越第 2页明显 .(4)振动加强的点和振动减弱的点始终以振源的频率振动，其振幅不变(若是振动减弱点，振幅可为0)，但其位移随时间发生变化.(5)振

5、动加强的点的振动总是加强，但并不是始终处于波峰或波谷，它们都在平衡位置附近振动，有的时刻位移为零.(6)振动减弱的点的振动始终减弱，位移的大小始终等于两列波分别引起位移的大小之差，振幅为两列波的振幅之差.如果两列波的振幅相同，则振动减弱点总是处于静止状态，并不振动.3.干涉图样及其特征(1)干涉图样：如图2-5-2 所示 .图 2-5-2(2)特征：加强区和减弱区的位置固定不变.加强区始终加强，减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化).加强区与减弱区互相间隔.1.当两列水波发生干涉时， 如果两列波的波峰在p 点相遇，下列说法正确的是 ()a.质点 p 的振动有时是减弱的b.质点 p 的振动

6、始终是加强的c.质点 p 的振幅最大d.质点 p 的位移始终最大e.某时刻质点 p 的位移可能为零【解析】p 点是两列波的波峰的相遇点， 故其振动始终是加强的， a 错误，b 正确；质点 p 处于振动加强区，振幅最大，c 正确；对于某一个振动的质点，位移是会随时间变化的， d 错误；质点振动到平衡位置时，位移为零， e 正确 . 【答案】 bce2.图 2-5-3 所示是水波干涉的示意图，s1、s2 是两波源， a、d、b 三点在一条直线上，两波源的频率相同， 振幅相等，则下列说法正确的是 ()第 3页图 2-5-3a.a 点一会儿在波峰，一会儿在波谷b.b 点一会儿在波峰，一会儿在波谷c.c

7、 点一会儿在波峰，一会儿在波谷d.d 点一会儿在波峰，一会儿在波谷e.质点 d 的位移始终是零【解析】在波的干涉中， 振动加强区域里的质点总在自己的平衡位置两侧做简谐振动，只是质点的振幅较大，为a1 a2.本题中由于 a1 a2，故振动减弱区的质点并不振动， 而此时 a 点是波峰与波峰相遇， b 点是波谷与波谷相遇，都是加强点，又因为a、d、 b 三点在一条振动加强线上，这条线上任一点的振动都是加强的，故此三点都为加强点，且都是一会儿在波峰，一会儿在波谷.而 c点是波峰与波谷相遇点，是减弱点，不振动 .【答案】 abd3.如图 2-5-4所示，波源1 在绳的左端发出频率为f1，振幅为 a1 的

8、半个波形sa，同时另一个波源s2 在绳的右端发出频率为f2，振幅为 a2 的半个波形 b，且 f1 f2，p 为两个波源连线的中点 .已知机械波在介质中传播的速度只由介质本身的性质决定 .下列说法正确的是 ()图 2-5-4a.两列波比较， a 波将先到达 p 点b.两列波同时到达p 点c.两列波在 p 点叠加时， p 点的位移最大可达a1a2d.b 的波峰到达 p 点时， a 的波峰还没有到达p 点e.两列波相遇时，绳上位移可达a1a2 的点只有一个，此点在p 点的左侧【解析】因两波波速相等，故两列波能同时到达p 点， a 错误， b 正确；v因 f1f2，由 f 可知， 12，故当两列波同

9、时到达p 点时， a 波的波峰离p点的距离比 b 波的波峰离 p 点的距离大，因此两波峰不能同时到达p 点，两波第 4页峰 相遇在p 点左 ，此位置 的位移 a1 a2，位移最大， 上所述，c ， d、e 正确 .【答案】bde判断振 加 和减弱的常用方法1.条件判断法振 率相同、 振 步 完全相同的两波源的波叠加 ， 某点到两波源的距离差 r.(1)当r k(k 0,1,2， ) 加 点 .(2)当r (2k 1) /2(k0,1,2，) 减弱点 .若两波源振 步 相反， 上述 相反.2. 象判断法若某点 是波峰与波峰 (或波谷与波谷 )相遇， 点 加 点；若某点 是波峰与波谷相遇， 减弱点

10、.1若某点是平衡位置和平衡位置相遇， 两列波再 播 4t，看 点是波峰和波峰 (波谷与波谷 )相遇， 是波峰和波谷相遇，从而判断 点是加 点 是减弱点 .研 究 波 的 衍 射 先填空 1.定 波可以 障碍物 播， 种 象叫做波的衍射.2. 生明 衍射 象的条件：只有 、孔的 度或障碍物的尺寸跟波 相差不多或者比波 更小 ，才能 察到明 的衍射 象.3.一切波都能 生衍射，衍射是波特有的 象.第 5页 再判断 1.孔的尺寸比波长大得多时就不会发生衍射现象.()2.孔的尺寸比波长小能观察到明显的衍射现象.()3.超声波比普通声波的波长小.( ) 后思考 1.只有当障碍物或狭缝的尺寸跟波长相差不多

11、时，才能发生波的衍射现象吗？【提示】障碍物或狭缝的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是发生明显衍射的条件 .衍射是波特有的现象，一切波都会发生衍射现象.2.是否孔的尺寸越小，衍射现象越容易观察？【提示】不是 .当孔的尺寸非常小时，衍射波的能量很弱，实际上很难观察到波的衍射 . 核心点击 1.衍射是波特有的现象， 一切波都可以发生衍射.凡能发生衍射现象的都是波.2.波的衍射总是存在的，只有“明显”与“不明显”的差异，波长较长的波容易发生明显的衍射现象.3.波传到小孔 (障碍物 )时，小孔 (障碍物 )仿佛一个新波源， 由它发出与原来同频率的波在孔 (障碍物 )后传播，就偏离了直线方向 .

12、因此，波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况 .4.一列波在传播过程中通过一个障碍物，发生了一定程度的衍射，以下哪种情况可以使衍射现象更明显()a.增大障碍物的尺寸b.减小波的频率c.缩小障碍物的尺寸d.增大波的频率e.缩小障碍物的尺寸，同时减小波的频率【解析】波在介质中传播时波速是由介质决定的，与波的频率无关， 所以改变波的频率不会改变波速，但由vf可知，当波速一定时，减小频率则波长第 6页增大 .而发生明显衍射的条件是障碍物或孔、缝的尺寸比波长小或相差不多，要使衍射现象变得明显， 可以通过缩小障碍物的尺寸， 同时增大波长即减小波的频率来实现， b、c、 e 选项正确 .【答案】bce5.

13、图 2-5-5 分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔(a 、 b、 c 图 )或障碍物 (d、e 图 )，其中能发生明显衍射现象的有()图 2-5-5【解析】图 b、c 中小孔与波长相差不多，能发生明显衍射，图e 中障碍物与波长相差不多，能发生明显衍射.【答案】bce衍射现象的两点提醒1.障碍物的尺寸的大小不是发生衍射的条件，而是发生明显衍射的条件，波长越大越易发生明显衍射现象.2. 当孔的尺寸远小于波长时， 尽管衍射十分突出， 但衍射波的能量很弱， 也很难观察到波的衍射 .多 普 勒 效 应 及 应 用 先填空 1.多普勒效应由于波源与观察者之间有相对运动，使观察者感受到频率改变的现象.2

14、.多普勒效应产生的原因(1)波源与观察者相互靠近时， 单位时间内通过观察者的波峰(或密部 )的数目增加，观察者观测到的频率大于波源的频率，即观察到的频率变大.(2)波源与观察者相互远离时，观察到的频率变小.3.多普勒效应的应用(1)测量汽车速度第 7页交通警车向行进中的车辆发射频率已知的超声波，同时测量反射波的频率，根据反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度.(2)测星球速度：测量星球上某些元素发出的光波的频率.然后与地球上这些元素静止时发光的频率对照，可得星球的速度.(3)测血液流速向人体内发射已知频率的超声波， 超声波被血管中的血液反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化，就能知道血流的速

15、度. 再判断 1.声源与观察者相互靠近时，声源的频率增大.()2.当波源和观察者向同一个方向运动时，一定会发生多普勒效应.()3.火车的音调越来越高，说明火车正从远处靠近观察者.() 后思考 1.多普勒效应能否产生与波源和观察者间的距离有关系吗？是不是距离越近，越容易发生多普勒效应？【提示】能否发生多普勒效应仅取决于波源和观察者间的距离是否变化，与距离的大小没有关系 .2.火车进站和出站时，坐在火车上的乘客，能感受到汽笛的音调发生变化吗？【提示】不能 .坐在火车上的乘客感到汽笛声未变，是因为声源相对听者是静止的，路旁的人感到汽笛音调发生变化，是因为声源相对听者是运动的. 核心点击 1.多普勒效

16、应的产生声源完成一次全振动， 向外发出一个波长的波， 称为一个完整波， 频率表示单位时间内完成的全振动的次数.因此波源的频率又等于单位时间内波源发出的完整波的个数 .观察者听到的声音的音调，是由观察者接收到的频率，即单位时间内接收到的完整波的个数决定的.(1)波源和观察者相对静止.观察者接收到的频率等于波源的频率.第 8页(2)波源和观察者有相对运动.观察者在单位时间内接收到的完整波的个数发生变化，即感觉到波的频率发生变化 .波源与观察者如果相互靠近， 观察者接收到的频率增大； 二者如果相互远离，观察者接收到的频率减小.2.发生多普勒效应时，只有观察者接收到的频率发生了变化，波源发出的频率并没

17、有发生变化 .多普勒效应是波动过程共有的特征，不仅是机械波， 以后要讲到的电磁波和光波，也会发生多普勒效应.6.假如一辆汽车在静止时喇叭发出声音的频率是300 hz，在汽车向你驶来又擦身而过的过程中，当汽车向你驶来时，听到喇叭声音的频率 _于 300 hz，当汽车和你擦身而过后，听到喇叭声音的频率_于 300 hz.(填“大”或“小” )【解析】当汽车向你驶来时， 两者距离减小， 单位时间内你接收的声波个数增多，频率升高，将大于300 hz ；当汽车和你擦身而过后，两者距离变大，单位时间内你接收的声波个数减少，频率降低，将小于300 hz.【答案】大小7.下面说法中正确的是 ()a.发生多普勒

18、效应时，波源的频率变化了b.发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化c.多普勒效应是波源与观察者之间有相对运动时产生的d.多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒首先发现的e.多普勒效应是牛顿首先发现的【解析】当波源与观察者之间有相对运动时会发生多普勒效应，选项c正确；发生多普勒效应时， 观察者接收到的频率发生了变化，而波源的频率并没有改变，故选项a 错误，选项 b 正确；此现象是奥地利物理学家多普勒首先发现的，选项 d 正确 .故正确答案为bcd.第 9页【答案】bcd8.公路巡警开车在高速公路上以100 km/h 的恒定速度巡查，在同一车道上巡警车向前方的一辆轿车发出一个已知频率的超声波，结果该超声波被那辆轿车反射回来时，巡警车接收到的超声波频率比发出的低.(1)此现象属于 ()a.波的衍射b.波的干涉c.多普勒效应d.波的反射(2)若该路段限速为100 km/h，则该轿车是否超速？(3)若该轿车以 2