第4、5节 波的干涉多普勒效应

第4、5节波的干涉多普勒效应物理观念(1)知道波的叠加、波的干涉现象。(2)了解多普勒效应。科学思维(1)学会分析波的干涉问题。(2)能够解释生活中的多普勒现象。科学探究通过实验观察水波的干涉，探究发生干涉的条件和干涉图样的特点。科学态度与责任能体会物理学的技术应用对日常生活的影响，认识到科学、技术、社会和环境之间存在的相互联系。一、波的干涉1．填一填(1)波的叠加

①波的独立性原理

两列波相遇后彼此穿过，仍然

各自的

，继续传播。

②波的叠加原理

在几列波重叠的区域里，介质的质点

参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的

。保持运动特征同时矢量和(2)波的干涉①定义：

相同、

恒定、

相同的两列波叠加时，某些区域的振动总是

，某些区域的振动总是

的现象。②干涉图样：波的干涉形成的稳定图样。③稳定干涉条件a．两列波的频率必须

。b．两个波源的相位差必须

。④干涉的普遍性：一切波都能够发生干涉，干涉是

特有的现象。频率相位差振动方向加强减弱相同保持不变波2．判一判(1)两列波相遇后各自的振动特点会受到影响。

()(2)在两列波重叠的区域里，任何一个质点的位移都等于原来位移的2倍。

()(3)两列波叠加时，质点的位移一定增大。

()×××3．选一选两波源S1、S2在水槽中形成的波形如图所示，其中实线表示波峰，虚线表示波谷，则

(

)A．在两波相遇的区域中会产生稳定干涉B．在两波相遇的区域中不会产生稳定干涉C．a点的振动始终加强D．a点的振动始终减弱解析：由题图可知，两列波的波长不相等，由v＝λf，知f不相等，不满足波产生稳定干涉的条件，故B正确。答案：B二、多普勒效应1．填一填(1)多普勒效应：波源与观察者互相靠近或者互相远离时，观察者接收到的波的

_____发生变化的现象。(2)多普勒效应产生的原因：当波源与观察者相对静止时，1s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是

的，观察到的频率

波源振动的频率。当波源与观察者相向运动时，1s内通过观察者的波峰(或密部)的数目

，观察到的频率

；反之，当波源与观察者互相远离时，观察到的频率

。频率频率一定等于增加增加变小(3)多普勒效应的应用

①测车辆速度：交警向行进中的车辆发射

的超声波，同时测量

的频率，根据反射波频率

就能知道车辆的速度。

②测血流速度：向人体内发射

的超声波，超声波被血管中的血流

后又被仪器接收，测出反射波的

就可得血流速度。

③测星球速度：测量星球上某些元素发出的光波的

，然后与地球上这些元素

时发光的频率对照，可得星球的速度。频率已知反射波变化的多少频率已知反射频率变化频率静止2．判一判(1)当波源和观察者向同一个方向运动时，一定发生多普勒效应。

()(2)只有横波才能发生多普勒效应。

()(3)只有声波才能发生多普勒效应。

()×××探究(一)波的干涉现象的分析[问题驱动]如图所示，操场中两根竖直杆上各有一个扬声器，接在同一扩音机上，一位同学沿着AB方向走来。(1)他听到的声音会有什么变化？(2)这属于什么物理现象？提示：(1)他听到的声音时而变大，时而变小。(2)属于波的干涉现象。

[重难释解]1．关于干涉的条件(1)波的叠加是无条件的，任何频率的两列波在空间相遇都会叠加。但稳定干涉图样的产生是有条件的，必须是两列同类的波，并且波的频率相同、振动方向在同一直线上、相位差恒定。(2)如果两列波的频率不相等，在同一种介质中传播时其波长就不相等，这样不能形成稳定的振动加强点和减弱点。因此我们就看不到稳定的干涉图样，只能是一般的振动叠加现象。2．关于加强点(区)和减弱点(区)的理解加强点在某些点两列波引起的振动始终加强，质点的振动最剧烈，振动的振幅等于两列波的振幅之和，A＝A1＋A2减弱点在某些点两列波引起的振动始终相互削弱，质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，A＝|A1－A2|，若两列波振幅相同，质点振动的合振幅就等于零3.干涉图样及其特征(1)干涉图样：如图所示。(2)特征①加强区和减弱区的位置固定不变。②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)。③加强区与减弱区互相间隔。(多选)如图所示为两列波叠加的示意图，这两列波的振动方向、振幅、频率等完全相同。M、N、Q为叠加区域的三个点，Q为两个波谷相遇，M为两个波峰相遇，M、P、Q三点在一条直线上，N点为波峰和波谷相遇，则下列说法正确的是

(

)[解析]

在波峰和波峰或波谷和波谷相遇的地方，振动加强；波峰和波谷相遇的地方振动减弱，则M、Q点均为振动加强点，N点为振动减弱点。MQ连线为振动加强区，所以P点也是振动加强点，振动加强点的振幅等于两列波的振幅之和。振动减弱点的振幅等于两列波的振幅之差的绝对值。由于两列波的振幅相同，故N点振幅为零，即N点静止不动，A、B正确；在波的传播过程中，质点不随波迁移，C错误；M点振动始终加强，D错误。[答案]

AB振动加强点与振动减弱点的判断方法[针对训练]1．(多选)水槽中，与水面接触的两根相同细杆固定在同一个振动片上。振动片做简谐振动时，两根细杆周期性触动水面形成两个波源。两波源发出的波在水面上相遇，在重叠区域发生干涉并形成了干涉图样。关于两列波重叠区域内水面上振动的质点，下列说法正确的是

(

)A．不同质点的振幅都相同B．不同质点振动的频率都相同C．不同质点振动的相位都相同D．不同质点振动的周期都与振动片的周期相同解析：在波的干涉实验中，质点在振动加强区的振幅是两列波振幅之和，质点在振动减弱区的振幅是两列波振幅之差，A项错误；沿波的传播方向上，波不停地向外传播，故各质点的相位不都相同，C项错误；两波源振动频率相同，其他各质点均做受迫振动，故频率均与振动片频率相同，周期均与振动片的周期相同，B、D项正确。答案：BD

2. 如图所示是甲、乙两列相互垂直传播的波，实线表示波峰，虚线表示波谷，箭头表示波传播的方向。则图中P点(小网格中央的一点)是(

)A．振动加强点B．振动减弱点C．既不是加强点也不是减弱点D．条件不足无法判断3. 如图所示为两列相干水波在t＝0时刻的叠加情况，其中实线表示波峰，虚线表示波谷。若两列波的振幅均保持5cm不变，波速和波长分别为1m/s和0.5m，C点是BD连线的中点。则下列说法正确的是

(

)A．A、D点振动始终加强，B点振动始终减弱B．C点始终保持静止不动C．t＝0时刻，A、B两点的竖直高度差为10cmD．在t＝0至t＝0.25s的时间内，B点通过的路程为20cm探究(二)多普勒效应的理解和应用[问题驱动]：科学家利用多普勒效应对一颗人造卫星进行了跟踪试验。科学家发现，当卫星向近地点运动时返回的信号频率增加，卫星向远地点运动时返回的信号频率降低。(1)波源的频率由谁决定？(2)观察者接收到的频率与哪些因素有关？提示：(1)由波源本身决定。(2)观察者接收到的频率与波源的频率、波源与观察者的相对运动有关。

[重难释解]1．相对位置变化与频率的关系2．成因归纳根据以上分析可知，发生多普勒效应时，一定是由于波源与观察者之间发生了相对运动。(多选)如图所示，男同学站立不动唱歌，一位女同学坐在秋千上来回摆动，下列关于女同学的感受的说法正确的是

(

)A．女同学从A向B运动过程中，她感觉歌声音调变高B．女同学从E向D运动过程中，她感觉歌声音调变高C．女同学在C点向右运动时，她感觉歌声音调不变D．女同学在C点向左运动时，她感觉歌声音调变低[解析]由题图可知，女同学荡秋千的过程中，只要她有向右的速度，她就在靠近声源，根据多普勒效应，她接收到的歌声频率变高，音调变高；反之女同学向左运动时，她感到音调变低。选项A、D正确，B、C错误。[答案]

AD观察者接收到的频率的判断(1)声音的音调取决于频率，频率高则音调高，频率低则音调低。(2)当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率大于波源频率，音调变高；反之，观察者接收到的频率小于波源频率，音调变低。

[针对训练]1．(多选)下列选项与多普勒效应有关的是

(

)A．科学家用激光测量月球与地球间的距离B．医生利用超声波探测病人血管中血液的流速C．技术人员用超声波探测金属、陶瓷、混凝土中是否有气泡D．交通警察向车辆发射超声波并通过测量反射波的频率确定车辆行进的速度解析：A选项科学家用激光测量月球与地球间的距离是利用了波的反射原理，故选项A错误；选项B、D利用了超声波的多普勒效应，故B、D正确；选项C利用了超声波波长短，穿透能力强的特点，故C错误。答案：BD

2．有经验的铁路养护人员可以从火车鸣笛的声音判断火车的行驶方向。他所利用的是声波的

(

)A．干涉现象 B．衍射现象C．多普勒效应

D．反射现象解析：据多普勒效应现象，当火车运动方向靠近养护人员时，他听到的声音音调较高，火车远离养护人员时，他听到的声音音调较低。答案：C

3．(多选)一渔船向鱼群发出超声波，若鱼群正向渔船靠近，则被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比

(

)A．波速变大 B．波速不变C．频率变高 D．频率不变解析：渔船与鱼群发生相对运动，被鱼群反射回来的超声波的速度大小不变；由多普勒效应知，反射回来的超声波的频率变高，故选项B、C正确。答案：BC

一、培养创新意识和创新思维(选自鲁科版新教材课后练习)消除噪声污染是当前环境保护的一个重要课题。干涉型消声器可用来消弱高速气流产生的噪声。它的结构及气流运行情况如图所示，产生的波长为λ的声波沿水平管道自左向右传播。在声波到达a处时，分成两束相干波，它们分别通过r1和r2的路程，再在b处相遇。要达到消弱噪声的目的，路程差Δr＝r2－r1应为

(

)A．波长的整数倍 B．波长的奇数倍C．半波长的奇数倍 D．半波长的偶数倍解析：根据干涉特点知，某点到两相干涉波源的距离差为波长的整数倍时，此点为振动增强点，而消除噪声不能加强，故A、B错误；距离差为半波长的奇数倍时，此点为振动减弱点，本题为消除噪声，要减弱声音，所以C正确，D错误。答案：C

二、注重学以致用和思维建模(选自鲁科版新教材课后练习)公路巡警驾驶巡警车在高速公路上以100km/h的恒定速度巡查，该路段限速为100km/h。巡警车向前方在同一直车道上行驶的轿车发出一个已知频率的电磁波，如果该电磁波被轿车反射回来时，巡警车接收到的电磁波的频率比发出时的低，该轿车是否超速？请说明理由。提示：轿车超速。因为巡警车接收到的电磁波的频率比发出时的低，说明巡警车与轿车在相互远离，因巡警车的速度为100km/h且恒定，故轿车的速度一定大于100km/h，所以轿车超速。[针对训练]1