2018-2019版高中物理 第二章 機械波 5 波的干涉、衍射 6 多普勒效應課件 教科版選修3-4.ppt

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1、5波的干涉、衍射6多普勒效應,第二章機械波,[學習目標],1.知道波的疊加原理，知道波的干涉現(xiàn)象實質上是波的一種特殊的疊加現(xiàn)象.2.知道波的干涉圖樣的特點，理解形成穩(wěn)定干涉圖樣的條件.3.知道波的衍射現(xiàn)象，理解波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件.4.了解多普勒效應，能運用多普勒效應解釋一些物理現(xiàn)象.,內容索引,,重點探究啟迪思維探究重點,達標檢測檢測評價達標過關,自主預習預習新知夯實基礎,自主預習,一、波的疊加原理1.波的疊加原理在幾列波傳播的重疊區(qū)域內，質點要參與由幾列波引起的振動，質點的總位移等于各列波單獨存在時在該處引起的振動位移的.2.理解(1)如果介質中某些質點處于兩列波波峰與波峰、波谷與波谷

2、相遇處，則振動(填“加強”或“減弱”)，合振幅將(填“增大”“不變”或“減小”).(2)如果質點處于波峰與波谷相遇處，則振動(填“加強”或“減弱”)，合振幅(填“增大”“不變”或“減小”).,同時,矢量和,加強,增大,減弱,減小,二、波的干涉現(xiàn)象1.波的干涉：的兩列波疊加，使介質中某些區(qū)域的質點振動始終，另一些區(qū)域的質點振動始終，并且這兩種區(qū)域互相間隔、位置.這種穩(wěn)定的疊加現(xiàn)象(圖樣)叫做波的干涉.2.產生干涉的一個必要條件是兩列波的必須相同.3.波的干涉現(xiàn)象是在特殊條件下波的.只要滿足一定條件都能發(fā)生干涉現(xiàn)象.,頻率相同,加強,減弱,保持不變,疊加,頻率,一切波,三、波的衍射現(xiàn)象1.波的衍射

3、波能夠繞到的后面?zhèn)鞑サ默F(xiàn)象.2.波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件當縫的寬度或障礙物的尺寸大小與相差不多或比小時，就能看到明顯的衍射現(xiàn)象.3.波的衍射的普遍性一切波都可發(fā)生現(xiàn)象.,障礙物,波長,波長,衍射,四、多普勒效應及其應用1.定義：當觀測者和波源之間有相對運動時，觀測者測得的頻率與波源頻率.2.成因(1)波源S與觀測者A相對于介質都靜止時，觀測者單位時間內接收到的完整波的數(shù)目與單位時間內波源發(fā)出的，所以，觀測者接收到的頻率和波源的振動頻率.(2)當觀測者與波源兩者相互靠近時，觀測者在單位時間內接收到的完整波的數(shù)目，接收到的頻率將波源振動的頻率.,不同,相同,相同,增多,大于,(3)當觀測者與波源兩

4、者相互遠離時，觀測者在單位時間內接收到的完整波的數(shù)目，接收到的頻率將波源振動的頻率.3.應用(1)測量心臟血流速度；(2)測定人造衛(wèi)星位置的變化；(3)測定流體的流速；(4)檢查車速；(5)判斷遙遠的天體相對于地球的運動速度.,減少,小于,1.判斷下列說法的正誤.(1)只有當障礙物的尺寸與波長差不多或比波長小時，才會發(fā)生衍射現(xiàn)象.()(2)敲擊音叉使其發(fā)聲，然后轉動音叉，聽到聲音忽強忽弱是聲波的干涉現(xiàn)象.()(3)只有頻率相同的兩列波才可以疊加.()(4)當波源和觀察者向同一個方向運動時，一定發(fā)生多普勒效應.(),[即學即用],,,√,,答案,2.兩個頻率、振動方向、初始相位均相同的波源S1、

5、S2，產生的波在同一介質中傳播時，某時刻t形成如圖1所示的干涉圖樣，圖樣中兩波源S1、S2同時為波谷(實線表示波峰，虛線表示波谷)，在圖中標有A、B、C三個點，則振動加強的點是________，振動減弱的點是_____.,答案,圖1,A、B,C,解析由題圖可知A點為波峰與波峰相遇，是振動加強點；B點是波谷與波谷相遇，是振動加強點；C點是波峰與波谷相遇，是振動減弱點.,解析,重點探究,一、波的疊加,[導學探究](1)兩個同學分別抓住繩子的兩端，各自抖動一下，繩上產生兩列凸起且相向傳播的波，兩列波相遇后是否還保持原來的運動狀態(tài)繼續(xù)傳播？答案兩列波相遇后仍然保持原來各自的運動狀態(tài)繼續(xù)傳播，并沒有受到

6、另一列波的影響.(2)當教室內樂隊合奏時，我們聽到的某種樂器的聲音與這種樂器獨奏時發(fā)出的聲音是否相同？這種聲音是否受到了其他樂器的影響？答案相同，沒有受到其他樂器的影響.,答案,[知識深化]對波的疊加的理解(1)波的獨立傳播特性：幾列波相遇時各自的波長、頻率等運動特征，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，介質的質點同時參與這幾列波引起的振動，質點的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的位移的矢量和.,例1(多選)如圖2所示，波源S1在繩的左端發(fā)出頻率為f1、振幅為A1的半個波形a，同時另一個波源S2在繩的右端發(fā)出頻率為f2、振幅為A2的半個波形b，且f1

7、線的中點.已知機械波在介質中傳播的速度只由介質本身的性質決定.下列說法正確的是,答案,解析,A.兩列波相比，a波將先到達P點B.兩列波在P點疊加時，P點的位移最大可達A1＋A2C.b的波峰到達P點時，a的波峰還沒有到達P點D.兩列波相遇時，繩上位移可達A1＋A2的點只有一個，此點在P點的左側,圖2,√,√,解析因兩列波波速相等，故兩列波能同時到達P點，A錯誤；因f1λ2，故當兩列波同時到達P點時，a波的波峰離P點的距離比b波的波峰離P點的距離大，因此兩波峰不能同時到達P點，兩波峰應相遇在P點左側，此位置對應的位移為A1＋A2，位移最大，綜上所述，B錯誤，C、D正確.,二、波的干涉,[導學探究]

8、如圖3所示，與振動發(fā)生器相連的兩個小球，在振動發(fā)生器的帶動下上下振動，形成兩個振動頻率和振動步調相同的波源，在水面上形成兩列步調、頻率相同的波，兩列波在水面上相遇時，能觀察到什么現(xiàn)象？如果改變其中一個小球振動的快慢，還會形成這種現(xiàn)象嗎？,答案在水面上出現(xiàn)一條條從兩個波源中間伸展開的相對平靜的區(qū)域和劇烈振動的區(qū)域.改變其中一個小球振動的快慢，這種現(xiàn)象將消失.,答案,圖3,[知識深化]對波的干涉的理解(1)發(fā)生干涉的條件：①兩列波的頻率相同；②相位差恒定.(2)產生穩(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①干涉圖樣：如圖4所示.,圖4,②特點a.加強區(qū)和減弱區(qū)的位置

9、固定不變.b.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).c.加強區(qū)與減弱區(qū)互相間隔.(4)振動加強點和振動減弱點①振動加強點：振動的振幅等于兩列波振幅之和，A＝A1＋A2.②振動減弱點：振動的振幅等于兩列波振幅之差，A＝|A1－A2|.,③振動加強點和振動減弱點的判斷a.條件判斷法：振動頻率相同、振動情況完全相同的兩波疊加時，設點到兩波源的路程差為Δx，當Δx＝|x2－x1|＝kλ(k＝0,1,2，…)時為振動加強點；當Δx＝|x2－x1|＝(2k＋1)(k＝0,1,2，…)時為振動減弱點.若兩波源振動步調相反，則上述結論相反.b.現(xiàn)象判斷法：若某點是波峰與波峰或波谷與波谷

10、相遇，該點為振動加強點，若是波峰與波谷相遇，則為振動減弱點.,例2如圖5所示，S1、S2是兩個步調完全相同的相干波源，其中實線表示波峰，虛線表示波谷.若兩列波的振幅均保持5cm不變，關于圖中所標的a、b、c、d四點，下列說法中正確的是A.d點始終保持靜止不動B.圖示時刻質點c的位移為零C.b點振動始終加強，c點振動始終減弱D.圖示時刻，b、c兩點的豎直高度差為10cmE.a點振動介于加強點和減弱點之間,√,答案,解析,圖5,解析點d是波峰與波谷相遇，振動減弱，振幅為零，故保持靜止，故A正確；b點是波峰與波峰相遇，c點是波谷與波谷相遇，它們均屬于振動加強點，由于振幅是5cm，則b點相對平衡位置高

11、10cm，而c點相對平衡位置低10cm，所以b、c兩點的豎直高度差為20cm，故B、C、D錯誤；a點位于加強點的連線上，仍為加強點，E錯誤.,振動加強點和振動減弱點的理解：不能認為振動加強點的位移始終最大，振動減弱點的位移始終最小，而應該是振幅增大的點為振動加強點，其實這些點也在振動，位移可以為零；振幅減小的點為振動減弱點.,例3如圖6甲所示，在xOy平面內有兩個沿z方向做簡諧振動的點波源S1(0,4)和S2(0，－2).兩波源的振動圖線分別如圖乙和圖丙所示.兩列波的波速均為1.00m/s.兩列波從波源傳播到點A(8，－2)的路程差為____m，兩列波引起的B(4,1)處質點的振動相互____

12、__(填“加強”或“減弱”)，C(0,0.5)處質點的振動相互______(填“加強”或“減弱”).,答案,解析,圖6,2,減弱,加強,解析由題圖可知兩波的波長都為λ＝vT＝2m.由幾何關系可知兩波源到A點的距離為AS1＝10m，AS2＝8m，所以兩波的路程差為2m；同理可得，BS1－BS2＝0，為波長的整數(shù)倍，由振動圖像知兩振源振動情況相反，故B點振動減弱；兩波源到C點的路程差為Δx＝CS1－CS2＝1m，所以C點振動加強.,根據(jù)條件判斷法來確定振動加強點和振動減弱點時，一定要注意兩波源的振動情況是相同還是相反.,三、波的衍射,[導學探究]如圖7所示是一個可觀察水波衍射的水波發(fā)生槽，振源的頻

13、率是可以調節(jié)的，槽中放置兩塊可移動的擋板形成寬度可調節(jié)的小孔，觀察水波的傳播，也可以在水槽中放置寬度不同的擋板，觀察水波的傳播.思考下列問題：(1)水波遇到小孔時，會觀察到什么現(xiàn)象？逐漸減小小孔尺寸，觀察到的現(xiàn)象有什么變化？,答案水波遇到小孔時，水波能穿過小孔，并能到達擋板后面的“陰影區(qū)”，小孔的尺寸減小時，水波到達“陰影區(qū)”的現(xiàn)象更加明顯.,答案,圖7,(2)當水波遇到較大的障礙物時，會觀察到什么現(xiàn)象？當障礙物較小時，會觀察到什么現(xiàn)象？,答案當水波遇到較大的障礙物時，將會返回，當障礙物較小時，波能繼續(xù)向前傳播.,答案,[知識深化]1.關于衍射的條件：應該說衍射是沒有條件的，衍射是波特有的現(xiàn)象

14、，一切波都可以發(fā)生衍射.衍射只有“明顯”與“不明顯”之分，障礙物或小孔的尺寸跟波長差不多，或比波長小是產生明顯衍射的條件.2.波的衍射實質分析：波傳到小孔(障礙物)時，小孔(障礙物)仿佛是一個新波源，由它發(fā)出的與原來同頻率的波在小孔(障礙物)后傳播，就偏離了直線方向.波的直線傳播只是在衍射現(xiàn)象不明顯時的近似情況.,例4(多選)如圖8所示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，每兩條相鄰波紋(圖中曲線)之間的距離表示一個波長，則關于波經過孔之后的傳播情況，下列描述中正確的是A.此時能觀察到波明顯的衍射現(xiàn)象B.擋板前后波紋間距離

15、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，能觀察到更明顯的衍射現(xiàn)象,√,√,答案,解析,圖8,√,解析由題圖可知孔的尺寸與波長差不多，能觀察到波明顯的衍射現(xiàn)象，故選項A對；因波的傳播速度不變，頻率不變，故波長不變，即擋板前后波紋間距離應相等，故選項B對；若將孔AB擴大，使孔的尺寸大于波長，則可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象，故選項C對；若f增大，由λ＝知λ變小，衍射現(xiàn)象變得不明顯了，故選項D錯.,四、多普勒效應,[導學探究]警車鳴笛從你身邊飛速駛過，對于警車向你靠近和警車遠離的過程，你會聽到警笛的聲音在變化.思考下列問題：(1)你聽到警笛的音調有何不

16、同？(2)實際上警笛的音調會變化嗎？(3)聽到音調發(fā)生變化的原因是什么？,答案(1)警車駛來時，音調變高；警車遠離時音調變低.(2)實際上警笛的音調不會變化.(3)警車與觀察者如果相互靠近，觀察者接收到的頻率增大；如果二者相互遠離，觀察者接收到的頻率減小，因此會感覺警笛音調發(fā)生變化.,答案,[知識深化]對多普勒效應的理解(1)多普勒效應是波共有的特征，不僅機械波，光波和電磁波也都會發(fā)生多普勒效應.(2)發(fā)生多普勒效應時，波源發(fā)出的頻率不變，變化的是觀察者接收到的頻率.(3)多普勒效應產生的原因分析①相對位置變化與頻率的關系(規(guī)律)：,②成因歸納：根據(jù)以上分析可以知道，發(fā)生多普勒效應時，一定是由

17、于波源與觀察者之間發(fā)生了相對運動且他們之間的距離發(fā)生變化.,例5關于多普勒效應，下列說法中正確的是A.發(fā)生多普勒效應時，波源頻率發(fā)生了變化B.要發(fā)生多普勒效應，波源和觀察者必須有相對運動且他們之間的距離發(fā)生變化C.火車向你駛來時，你聽到的汽笛聲音調變低，火車離你遠去時，你聽到的汽笛聲音調變高D.只有聲波才能發(fā)生多普勒效應,√,答案,解析,解析發(fā)生多普勒效應時，波源頻率并沒有發(fā)生變化，波源和觀察者必須有相對運動，且他們之間的距離發(fā)生變化，故A錯誤，B正確；根據(jù)多普勒效應可知，當波源和觀察者間距變小，觀察者接收到的頻率一定比波源頻率高.當波源和觀察者間距變大，觀察者接收到的頻率一定比波源頻率低，故

18、C錯誤；所有波都能發(fā)生多普勒效應，故D錯誤.,多普勒效應的判斷方法1.確定研究對象(波源與觀察者).2.確定波源與觀察者兩者間距是否發(fā)生變化.若有變化，能發(fā)生多普勒效應，否則不發(fā)生.3.判斷：當兩者遠離時，觀察者接收到的波的頻率變小，當兩者靠近時，觀察者接收到的波的頻率變大，但波源的頻率不變.,針對訓練(多選)火車上有一個聲源發(fā)出頻率一定的音樂.當火車靜止，觀察者也靜止時，觀察者聽到并記住了這個音樂的音調.以下情況中，觀察者聽到這個音樂的音調比原來降低的是A.觀察者靜止，火車向他駛來B.火車靜止，觀察者乘汽車向著火車運動C.觀察者靜止，火車離他遠去D.火車靜止，觀察者乘汽車遠離火車運動,√,√

19、,答案,解析,解析根據(jù)多普勒效應可知，當波源和觀察者間距離變小，觀察者接收到的頻率一定比波源頻率高.當波源和觀察者間距離變大，觀察者接收到的頻率一定比波源頻率低.觀察者聽到這個音樂的音調比原來降低，即接收到的聲波頻率降低，說明觀察者和火車之間的距離在變大.所以A、B錯誤，C、D正確.,達標檢測,1,2,3,4,1.(波的疊加)(多選)兩個不等幅的脈沖波在均勻介質中均以1.0m/s的速率沿同一直線相向傳播，t＝0時刻的波形如圖9所示，圖中小方格的邊長為0.1m.則不同時刻的波形正確的是,答案,解析,圖9,√,√,√,1,2,3,4,解析脈沖波在介質中傳播，x＝vt，當t＝0.3s時，兩脈沖波各沿

20、波的傳播方向傳播0.3m，恰好相遇，故A正確.當t＝0.4s、0.5s、0.6s時，兩脈沖波各沿波的傳播方向傳播0.4m、0.5m、0.6m，由波的疊加原理可知B、D正確，C錯誤.,1,2,3,4,2.(波的干涉)(多選)圖10表示兩個相干波源S1、S2產生的波在同一種均勻介質中相遇.圖中實線表示波峰，虛線表示波谷，b、d、f在一條直線上，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.經適當?shù)臅r間后，加強點和減弱點的位置互換D.經半個周期后，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,√,√,答案,解析,圖10,解析波的

21、干涉示意圖表示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質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，對穩(wěn)定的干涉，振動加強區(qū)域和減弱區(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，A正確；e點位于加強點的連線上，也為加強點，f點位于減弱點的連線上，也為減弱點，B錯誤；相干波源疊加產生的干涉是穩(wěn)定的，不會隨時間變化，C錯誤；因形成干涉圖樣的介質質點也在不停地做周期性振動，故經半個周期步調相反，D正確.,1,2,3,4,1,2,3,4,3.(波的衍射)一列波在傳播過程

22、中通過一個障礙物，發(fā)生了一定程度的衍射，一定能使衍射現(xiàn)象更明顯的措施是A.增大障礙物尺寸，同時增大波的頻率B.增大障礙物尺寸，同時減小波的頻率C.縮小障礙物尺寸，同時增大波的頻率D.縮小障礙物尺寸，同時減小波的頻率,√,答案,解析,1,2,3,4,解析波在介質中傳播時波速是由介質決定的，與波的頻率無關，所以改變波的頻率不會改變波速，但由v＝λf可知，當波速一定時，減小頻率則波長增大，而發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物或孔、縫的尺寸比波長小或相差不多，所以縮小障礙物的尺寸，同時減小波的頻率會使衍射現(xiàn)象更明顯，D選項正確.,1,2,3,4,A.觀察者接收到聲源在A點發(fā)出聲音的頻率大于600HzB.觀察者接收到聲源在B點發(fā)出聲音的頻率等于600HzC.觀察者接收到聲源在C點發(fā)出聲音的頻率等于600HzD.觀察者接收到聲源在D點發(fā)出聲音的頻率小于600Hz,4.(對多普勒效應的理解)(多選)一頻率為600Hz的聲源以20rad/s的角速度沿一半徑為0.80m的圓周做勻速圓周運動，一觀察者站在離圓心很遠的P點且相對于圓心靜止，如圖11所示，下列判斷正確的是,答案,√,√,圖11,