教科版高中物理總復(fù)習(xí)知識(shí)講解 波的干涉和衍射(基礎(chǔ))

1、精品文檔用心整理物理總復(fù)習(xí)：波的干涉和衍射：【考綱要求】1、知道波的疊加原理；2、知道波的干涉和衍射現(xiàn)象；3、了解多普勒現(xiàn)象。【考點(diǎn)梳理】考點(diǎn)一、波的衍射要點(diǎn)詮釋?zhuān)?、衍射現(xiàn)象波繞過(guò)障礙物到障礙物后面繼續(xù)傳播的現(xiàn)象，叫做波的衍射。2、發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小，或者跟波長(zhǎng)相差不多。3、衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都能發(fā)生衍射只不過(guò)有些現(xiàn)象不明顯，我們不容易觀(guān)察到。當(dāng)孔的尺寸遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)時(shí)，盡管衍射現(xiàn)象十分明顯，但由于衍射波的能量很弱，衍射現(xiàn)象不容易觀(guān)察到。考點(diǎn)二、波的干涉要點(diǎn)詮釋?zhuān)?、波的獨(dú)立傳播原理和疊加原理（1）波的獨(dú)立傳播原理：幾列波相遇時(shí)，能夠保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)繼續(xù)傳播

2、而并不相互干擾，這是波的一個(gè)基本性質(zhì)。（2）波的疊加原理：兩列波相遇時(shí)，該處介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)將同時(shí)參與兩列波引起的振動(dòng)，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)的位移等于兩列波分別引起的位移的矢量和，這就是波的疊加原理。2、波的干涉（1）波的干涉現(xiàn)象頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動(dòng)加強(qiáng)，使某些區(qū)域的振動(dòng)減弱，并且振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域相互間隔，這種現(xiàn)象叫做波的干涉。（2）產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象的條件：兩列波的頻率相等。干涉條件的嚴(yán)格說(shuō)法是：同一種類(lèi)的兩列波，頻率(或波長(zhǎng))相同、相位差恒定，在同一平面內(nèi)振動(dòng)。高中階段我們不討論相和相位差，且限于討論一維振動(dòng)的情況，所以只強(qiáng)調(diào)“頻率相同”這一條件。（3）一切波都能發(fā)生干涉，干涉是波

3、的特有現(xiàn)象之一。3、對(duì)振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的理解波的干涉是頻率相同的兩列波疊加，是波特有的現(xiàn)象，波的干涉中，應(yīng)注重理解加強(qiáng)和減弱的條件。資料來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)僅供免費(fèi)交流使用精品文檔用心整理其判斷方法有兩種：一是根據(jù)兩列波的波峰與波峰相遇（或波谷與波谷相遇）點(diǎn)為加強(qiáng)的點(diǎn)，波峰和波谷的相遇點(diǎn)是減弱的點(diǎn)。二是根據(jù)某點(diǎn)到兩波源的距離之差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍，則該點(diǎn)為加強(qiáng)點(diǎn)；某點(diǎn)到兩波源的距離為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，則該點(diǎn)為減弱點(diǎn)。同時(shí)注意加強(qiáng)的點(diǎn)只是振幅大了，并非任一時(shí)刻的位移都大；減弱的點(diǎn)只是振幅小了，也并非任一時(shí)刻的位移都最小。考點(diǎn)三、多普勒效應(yīng)要點(diǎn)詮釋?zhuān)?、多普勒效應(yīng)由于觀(guān)察者與波源之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使觀(guān)察者感受到

4、的波的頻率與波的實(shí)際頻率不同的現(xiàn)象，叫做多普勒效應(yīng)。如果二者相互接近，觀(guān)察者接收到的完全波的個(gè)數(shù)增多，頻率增大；如果二者遠(yuǎn)離，觀(guān)察者接收到的完全波的個(gè)數(shù)減少，頻率減小。當(dāng)聲源與接收者接近時(shí)，接收者聽(tīng)到的聲音的聲調(diào)升高；當(dāng)聲源與接收者遠(yuǎn)離時(shí)，接收者聽(tīng)到的聲音的聲調(diào)降低的現(xiàn)象，叫做多普勒效應(yīng)。2、多普勒效應(yīng)是所有波動(dòng)過(guò)程共有的特征。根據(jù)聲波的多普勒效應(yīng)可以測(cè)定車(chē)輛行駛的速度；根據(jù)光波的多普勒效應(yīng)可以判斷遙遠(yuǎn)天體相對(duì)地球的運(yùn)行速度等?！镜湫屠}】類(lèi)型一、波的衍射例1、如圖是觀(guān)察水面波衍射的實(shí)驗(yàn)裝置，ac和bd是兩塊擋板，ab是一個(gè)孔，o是波源，圖中已畫(huà)出波源所在區(qū)域波的傳播情況，每?jī)蓷l相鄰波紋（圖中

5、曲線(xiàn)）之間距離表示一個(gè)波長(zhǎng)，則波經(jīng)過(guò)孔之后的傳播情況，下列描述中正確的是（）a此時(shí)能明顯觀(guān)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(kuò)大，有可能觀(guān)察不到明顯的衍射d如果孔的大小不變，使波源頻率增大，能更明顯觀(guān)察到衍射現(xiàn)象【思路點(diǎn)撥】衍射總是會(huì)發(fā)生的，但發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象要有一定的條件，發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小，或者跟波長(zhǎng)相差不多?！敬鸢浮縜bcb【解析】能發(fā)生衍射和能發(fā)生明顯的衍射不同，波的衍射是不需要條件的，而要發(fā)生明顯的衍射必須滿(mǎn)足一定的條件。根據(jù)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小或與波長(zhǎng)相差不多，從題圖中可看出孔ab的尺寸與波長(zhǎng)相差不多，

6、所以此時(shí)能明顯地觀(guān)察到波的衍射現(xiàn)象，a正確；因?yàn)榇┻^(guò)擋板小孔后的波速不變，頻率相同，所以波長(zhǎng)也相同，正確；若將孔ab擴(kuò)大，將可能不滿(mǎn)足明顯衍射現(xiàn)象的條件，就有可能觀(guān)察不到明顯的衍射現(xiàn)象，c正確；若將波源頻率增大，由于波速不變，所以波長(zhǎng)變小，將可能不滿(mǎn)足明顯衍射現(xiàn)象的條件，也有可能觀(guān)察不到明顯的衍射現(xiàn)象，d錯(cuò)誤。故選abc?！究偨Y(jié)升華】準(zhǔn)確理解發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小，或者跟波長(zhǎng)相差不多。當(dāng)某個(gè)物理量發(fā)生變化時(shí)，就是要分析出波長(zhǎng)的變化。舉一反三【波的干涉和衍射例2】資料來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)僅供免費(fèi)交流使用精品文檔用心整理【變式1】如圖所示是波遇到小孔或障礙物后的圖像，圖中每?jī)蓷l實(shí)線(xiàn)

7、間的距離表示一個(gè)波長(zhǎng)，其中正確的圖像是()【答案】b【解析】對(duì)a，小孔尺寸大于波長(zhǎng)，應(yīng)該有波不能到達(dá)的地方，而圖給出的是明顯的衍射現(xiàn)象，所以錯(cuò)誤。對(duì)b，障礙物的尺寸跟波長(zhǎng)差不多，能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象，b對(duì)。對(duì)c，障礙物（小孔）的尺寸跟波長(zhǎng)差不多，波能夠繞到障礙物（小孔）的后面，應(yīng)該可以觀(guān)察到明顯的衍射現(xiàn)象，cd錯(cuò)誤。故選b?！咀兪?】如圖所示，一小型漁港的防波堤兩端mn相距約60m，在防波堤后a、b兩處有兩個(gè)小船進(jìn)港躲避風(fēng)浪。某次海嘯引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤傳播，下列說(shuō)法中正確的有（）a假設(shè)波浪的波長(zhǎng)約為10m，則a、b兩處小船基本上不受波浪影響b假設(shè)波浪的波長(zhǎng)約為10m，則a、

8、b兩處小船明顯受到波浪影響c假設(shè)波浪的波長(zhǎng)約為50m，則a、b兩處小船基本上不受波浪影響d假設(shè)波浪的波長(zhǎng)約為50m，則a、b兩處小船明顯受到波浪影響【答案】ad【解析】a、b處小船發(fā)生明顯的波浪影響是因?yàn)樗òl(fā)生明顯的衍射，波浪能傳播到a、b處的結(jié)果，由于當(dāng)障礙物或縫隙的尺寸比波長(zhǎng)小或跟波長(zhǎng)差不多的時(shí)候，會(huì)發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。理解“差不多”的意義。故ad正確。類(lèi)型二、波的干涉例2、（2016上海虹口二模）如圖所示，兩個(gè)完全相同的波源在介質(zhì)中形成的波相疊加而發(fā)生的干涉的示意圖，實(shí)線(xiàn)表示波峰，虛線(xiàn)表示波谷，則（）a.a點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)半個(gè)周期，這一點(diǎn)振動(dòng)減弱b.b點(diǎn)為振動(dòng)減弱點(diǎn)，經(jīng)過(guò)半個(gè)周期，

9、這一點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)c.c點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)半個(gè)周期，這一點(diǎn)振動(dòng)仍加強(qiáng)d.d點(diǎn)為振動(dòng)減弱點(diǎn)，經(jīng)過(guò)半個(gè)周期，這一點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)【答案】c資料來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)僅供免費(fèi)交流使用精品文檔用心整理a【解析】點(diǎn)是波峰與波峰疊加，為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，且始終振動(dòng)加強(qiáng)，a錯(cuò)；b點(diǎn)是波峰與波谷疊加，為振動(dòng)減弱點(diǎn)，且始終振動(dòng)減弱，b錯(cuò)；c點(diǎn)處于振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)，振動(dòng)始終加強(qiáng)，c正確；d點(diǎn)為波峰與波谷疊加，為振動(dòng)減弱點(diǎn)，且始終振動(dòng)減弱，d錯(cuò)。故選c。舉一反三【波的干涉和衍射例4】【變式1】?jī)闪泻?jiǎn)諧橫波均沿x軸傳播，傳播速度的大小相等，其中一列沿正x方向傳播(圖中實(shí)線(xiàn)所示)，一列沿負(fù)x方向傳播(圖中虛線(xiàn)所示)。這兩列波的頻率相等，振動(dòng)方向均沿y

10、軸，則圖中x=1、2、3、4、5、6、7、8各點(diǎn)中振幅最大的是x=_的點(diǎn)，振幅最小的是x=_的點(diǎn)?！敬鸢浮?，8；2，6【解析】確定空間哪點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)或減弱，振幅最大或最小應(yīng)根據(jù)兩列波傳到某一點(diǎn)時(shí)振動(dòng)方向是否一致或相反來(lái)確定。在圖示時(shí)刻，x=2與x=6處恰是波峰與波谷相遇處，質(zhì)點(diǎn)為反相疊加，因此振幅最小。x=4處的質(zhì)點(diǎn)，根據(jù)上下坡法或平移法可以判斷，兩列波都使該質(zhì)點(diǎn)向上振動(dòng)，因此該質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)實(shí)際上是同相疊加的，振幅可以達(dá)兩列波的振幅之和；同理對(duì)x=8處的質(zhì)點(diǎn)，兩列波都使該質(zhì)點(diǎn)向下振動(dòng)，也是同相疊加的，所以x=4和x=8處的質(zhì)點(diǎn)振幅最大。x=1、3、5、7處的質(zhì)點(diǎn)，兩列波使它們的振動(dòng)方向雖是相同的

11、，但由于兩列波引起的位移方向不同，并且兩波的頻率相同，因此質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)既不會(huì)是同相疊加，也不會(huì)是反相疊加，故振幅不是最大也不是最小?！咀兪?】(2015江蘇調(diào)研)如圖所示，s1、s2是兩個(gè)相干波源，它們振動(dòng)同步且振幅相同。實(shí)線(xiàn)和虛線(xiàn)分別表示某一時(shí)刻兩列波的波峰和波谷。a、b、c、d四點(diǎn)中振動(dòng)減弱的點(diǎn)為，經(jīng)四分之一周期，不在平衡位置的點(diǎn)為?！敬鸢浮縜d資料來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)僅供免費(fèi)交流使用精品文檔用心整理【解析】波峰與波谷相遇疊加，振動(dòng)減弱，波峰與波峰或波谷與波谷相遇時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)，且加強(qiáng)與減弱的區(qū)域相互間隔。由圖可知，a點(diǎn)為振動(dòng)減弱的點(diǎn)，b、c、d點(diǎn)均為振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)。經(jīng)四分之一周期后，a、b、c三點(diǎn)均到達(dá)

12、平衡位置，但d點(diǎn)不在平衡位置?！咀兪?】如圖所示，s1、s2為水波槽中的兩個(gè)波源，它們分別激起兩列水波，圖中實(shí)線(xiàn)表示波峰、虛線(xiàn)表示波谷。已知兩列波的波長(zhǎng)ll，該時(shí)刻在p點(diǎn)為兩列波的波峰與波12峰相遇，則以下敘述正確的是（）a.p點(diǎn)有時(shí)在波峰，有時(shí)在波谷，振動(dòng)始終加強(qiáng)b.p點(diǎn)始終在波峰c.p點(diǎn)的振動(dòng)不遵守波的疊加原理，p點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)也不始終加強(qiáng)d.p點(diǎn)的振動(dòng)遵守波的疊加原理，但并不始終加強(qiáng)【答案】d【解析】由于波長(zhǎng)ll，兩列波頻率不相等，不符合波的干涉條件，p點(diǎn)并不始終加強(qiáng)12但遵守波的疊加原理。例3、圖為聲波干涉演示儀的原理圖。兩個(gè)u形管a和b套在一起，a管兩側(cè)各有一小孔。聲波從左側(cè)小孔傳入管內(nèi)，

13、被分成兩列頻率的波。當(dāng)聲波分別通過(guò)a、b傳播到右側(cè)小孔時(shí)，若兩列波傳播的路程相差半個(gè)波長(zhǎng)，則此處聲波的振幅；若傳播的路程相差一個(gè)波長(zhǎng)，則此處聲波的振幅?！舅悸伏c(diǎn)撥】干涉加強(qiáng)減弱的條件：頻率相同的兩列波，當(dāng)它們的路程差等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍（半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍）時(shí)，干涉加強(qiáng)；當(dāng)它們的路程差等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，干涉減弱?！敬鸢浮肯嗟龋扔诹?，等于原振幅的二倍?！窘馕觥柯暡◤淖髠?cè)小孔傳入管內(nèi)向上向下分別形成兩列頻率相同的波，若兩列波傳播的路程相差半個(gè)波長(zhǎng)，則振動(dòng)相消，所以此處振幅為零；若傳播的路程相差一個(gè)波長(zhǎng)，振動(dòng)加強(qiáng)，則此處聲波的振幅為原振幅的二倍?！究偨Y(jié)升華】讀題可知本題是干涉加強(qiáng)減弱的問(wèn)題，干涉加強(qiáng)減

14、弱的條件：頻率相同的兩列資料來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)僅供免費(fèi)交流使用精品文檔用心整理波，當(dāng)它們的路程差等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍（半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍）時(shí)，干涉加強(qiáng)；當(dāng)它們的路程差等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，干涉減弱。舉一反三【變式】消除噪聲污染是當(dāng)前環(huán)境保護(hù)的一個(gè)重要課題。內(nèi)燃機(jī)、通風(fēng)機(jī)等在排放各種高速氣流的過(guò)程中都發(fā)出噪聲，干涉型消聲器可以用來(lái)消弱高速氣流產(chǎn)生的噪聲。干涉型消聲器的結(jié)構(gòu)及氣流運(yùn)行如圖所示，產(chǎn)生波長(zhǎng)為的聲波沿水平管道自左向右傳播。當(dāng)聲波到達(dá)a處時(shí)，分成兩束相干波，它們分別通過(guò)r1和r2的路程，再在b處相遇，即可達(dá)到消弱噪聲的目的。若r=r2r1,則r等于（）c半波長(zhǎng)la波長(zhǎng)的整數(shù)倍b波長(zhǎng)的奇數(shù)倍l的奇數(shù)倍d半波

15、長(zhǎng)的偶數(shù)倍22【答案】c【解析】根據(jù)干涉減弱的條件判斷，ab的路程差應(yīng)等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，正確答案為c。類(lèi)型三、多普勒效應(yīng)【波的干涉和衍射例5】例4、如圖，將上下振動(dòng)的振針?biāo)揭苿?dòng)，移動(dòng)過(guò)程中在水面形成了如圖所示的水波圖形，下列判斷正確的是（）a振針向右移動(dòng)b振針向左移動(dòng)c在a處的觀(guān)察者，接收到的水波頻率變小d在處的觀(guān)察者，接收到的水波頻率變大【思路點(diǎn)撥】觀(guān)察者單位時(shí)間內(nèi)看到的完整的波的個(gè)數(shù)增加，接收到的水波頻率變大，觀(guān)察者單位時(shí)間內(nèi)看到的完整的波的個(gè)數(shù)減少，即接收到的水波頻率變小?！敬鸢浮縜c資料來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)僅供免費(fèi)交流使用精品文檔用心整理【解析】這是多普勒效應(yīng)的問(wèn)題。由圖知右邊的波較密集，是

16、波源向右在移動(dòng)，即振針向右移動(dòng)，a對(duì)。在a處的觀(guān)察者單位時(shí)間內(nèi)看到的完整的波的個(gè)數(shù)減少，即接收到的水波頻率變小，c對(duì)。故選ac。【總結(jié)升華】觀(guān)察圖形、分析圖形這類(lèi)題仍然有增加的趨勢(shì)，解題時(shí)就是要從圖中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，是什么物理規(guī)律，再按照相應(yīng)的物理規(guī)律進(jìn)行分析，從而得出正確的結(jié)論。本題觀(guān)察圖形就是要得出“右邊的波變密”，物理現(xiàn)象時(shí)“多普勒效應(yīng)”，物理規(guī)律是波源向右移動(dòng)。舉一反三【變式1】如圖所示，讓小球p一邊貼水面每秒振動(dòng)5次，一邊沿x軸正方向勻速移動(dòng)，o點(diǎn)是它的初始位置。圖示為觀(guān)察到的某一時(shí)刻的水面波，圖中的實(shí)線(xiàn)表示水面波的波峰位置，此時(shí)小球p處于波峰位置，激起的第一個(gè)波峰剛好傳到40cm處。那么

17、水面波的傳播速度及小球p勻速移動(dòng)的速度分別是（）a.0.05m/s，0.025m/sb.0.1m/s，0.1m/sc.0.15m/s，0.125m/sd.0.2m/s，0.1m/s【答案】d【解析】每秒振動(dòng)5次即頻率為5赫茲，可以看出波源發(fā)出了10個(gè)波，時(shí)間為2秒，周期為0.2秒；波的波長(zhǎng)l=0.4l0.04m=0.04m，所以波速v=0.2m/s。由圖知小球10波t0.2在2秒內(nèi)運(yùn)動(dòng)了0.2米，小球的速度為v=球0.22=0.1m/s，故d正確。【變式2】a為聲源，發(fā)出聲波，b為接收者，接收a發(fā)出的聲波。a、b若運(yùn)動(dòng)，只限于沿兩者連線(xiàn)方向上。下列說(shuō)法中正確的是（）a.a靜止，b向a運(yùn)動(dòng)，則b收到的聲頻比a發(fā)出的高b.a、b向同一方向運(yùn)動(dòng)，則b收到的聲頻一定比a發(fā)出的高c.a、b向同一方向運(yùn)動(dòng)，則b收到的聲頻一定比a發(fā)出的低d.a、b都向相互背離的方向運(yùn)動(dòng)，則b收到的聲頻比a發(fā)出的高【答案】a【解析】a靜止，b向a運(yùn)動(dòng)，觀(guān)察者相對(duì)于波源靠近，則b收到的聲頻比a發(fā)出的高。a、b向同一方向運(yùn)動(dòng)，沒(méi)給速度大小，觀(guān)察者相對(duì)于波源是靠近還是遠(yuǎn)離不能確定，則b收到的聲頻比a發(fā)出的高還是低無(wú)法確定。a、b都向相互背離的方向運(yùn)動(dòng)，則b收到的聲頻比a發(fā)出的一定低。故只有a正確。【變式3】靜止在站臺(tái)上的火車(chē)?guó)Q笛，站在遠(yuǎn)處的人聽(tīng)到了汽笛聲。后來(lái)他又聽(tīng)到這列火車(chē)行駛時(shí)的汽