25 波的干涉與衍射26 多普勒效應(yīng)

1、2.5波的干涉與衍射2.6多普勒效應(yīng)學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.知道波的疊加原理和波的干涉現(xiàn)象，了解波的干涉條件和加強(qiáng)區(qū)、減弱區(qū)的形成.(重點(diǎn)、難點(diǎn))2.知道波的衍射現(xiàn)象和發(fā)生明顯衍射的條件.(重點(diǎn))3.了解什么是多普勒效應(yīng)及其產(chǎn)生的原因和應(yīng)用.(重點(diǎn)、難點(diǎn))波 的 疊 加 原 理 和 波 的 干 涉1.波的獨(dú)立性幾列波相遇時(shí)能保持各自的特性(頻率、波長(zhǎng)、振動(dòng)方向等)繼續(xù)傳播，互不影響.2.波的疊加原理幾列波在相遇區(qū)域內(nèi)，任一質(zhì)點(diǎn)的位移是各列波單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)所引起的位移的矢量和.3. 研究波的干涉波的干涉是兩列波在特定條件下的疊加.(1)產(chǎn)生干涉的條件：兩列波的頻率相同.(2)現(xiàn)象：兩列

2、波相遇時(shí)，某些區(qū)域總是振動(dòng)加強(qiáng)，某些區(qū)域總是振動(dòng)減弱，且振動(dòng)加強(qiáng)和減弱的區(qū)域相間分布.(3)振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)：加強(qiáng)區(qū)是兩列波的波峰與波峰相遇或波谷與波谷相遇的區(qū)域；減弱區(qū)是兩列波的波峰與波谷相遇的區(qū)域.1.兩列波相疊加就能形成穩(wěn)定的干涉圖樣.(×)2.在操場(chǎng)上不同位置聽(tīng)到學(xué)校同一喇叭的聲音大小不同，是聲波的干涉現(xiàn)象.(×)3.兩個(gè)人一起說(shuō)話，不會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象.()1.敲擊音叉使其發(fā)聲，然后轉(zhuǎn)動(dòng)音叉，為什么聽(tīng)到聲音忽強(qiáng)忽弱？【提示】這是聲波的干涉現(xiàn)象.音叉的兩股振動(dòng)頻率相同，這樣，兩列頻率相同的聲波在空氣中傳播，有的區(qū)域振動(dòng)加強(qiáng)，有的區(qū)域振動(dòng)減弱，于是聽(tīng)到聲音忽強(qiáng)忽弱.2.

3、有人說(shuō)在波的干涉圖樣中，加強(qiáng)點(diǎn)就是位移始終最大的點(diǎn)，減弱點(diǎn)就是位移始終為零的點(diǎn)，這種說(shuō)法對(duì)嗎？【提示】這種說(shuō)法不正確.在干涉圖樣中的加強(qiáng)點(diǎn)是以兩列波的振幅之和為振幅做振動(dòng)的點(diǎn)，某一瞬時(shí)振動(dòng)位移可能是零.同理，減弱點(diǎn)是以兩列波的振幅之差為振幅做振動(dòng)的點(diǎn)，它的位移不一定始終為零.1.波的獨(dú)立傳播特性兩列波相遇后，每列波將保持各自原來(lái)的波形繼續(xù)向前傳播，互相不會(huì)發(fā)生干擾.如圖2­5­1甲、乙所示，在同一直線上，向右傳播的波1和向左傳播的波2，相遇以后，各自還是按照相遇前的波速、振幅、頻率，繼續(xù)沿著各自的方向傳播，不會(huì)因?yàn)橄嘤龆l(fā)生任何變化，也就是說(shuō)相互不會(huì)因相遇而發(fā)生干擾.圖2&

4、#173;5­12.對(duì)波的干涉現(xiàn)象的理解(1)波的疊加是無(wú)需條件的，任何頻率的兩列波在空間相遇都會(huì)疊加.(2)穩(wěn)定干涉圖樣的產(chǎn)生是有條件的，必須是兩列波的頻率相同、相差恒定，如果兩列波的頻率不相等，在相遇的區(qū)域里不同時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)疊加的結(jié)果都不相同，看不到穩(wěn)定的干涉圖樣.(3)明顯的干涉圖樣和穩(wěn)定的干涉圖樣意義是不同的，明顯的干涉圖樣除了滿足相干條件外，還必須滿足兩列波振幅差別不大.振幅越是接近，干涉圖樣越明顯.(4)振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)和振動(dòng)減弱的點(diǎn)始終以振源的頻率振動(dòng)，其振幅不變(若是振動(dòng)減弱點(diǎn)，振幅可為0)，但其位移隨時(shí)間發(fā)生變化.(5)振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)的振動(dòng)總是加強(qiáng)，但并不是始終處于波峰或波

5、谷，它們都在平衡位置附近振動(dòng)，有的時(shí)刻位移為零.(6)振動(dòng)減弱的點(diǎn)的振動(dòng)始終減弱，位移的大小始終等于兩列波分別引起位移的大小之差，振幅為兩列波的振幅之差.如果兩列波的振幅相同，則振動(dòng)減弱點(diǎn)總是處于靜止?fàn)顟B(tài)，并不振動(dòng).3.干涉圖樣及其特征(1)干涉圖樣：如圖2­5­2所示.圖2­5­2(2)特征：加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變.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(shí)間變化).加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)互相間隔.1.當(dāng)兩列水波發(fā)生干涉時(shí)，如果兩列波的波峰在P點(diǎn)相遇，下列說(shuō)法正確的是()A.質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)有時(shí)是減弱的B.質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)始終是加強(qiáng)的C.質(zhì)點(diǎn)P的振幅最

6、大D.質(zhì)點(diǎn)P的位移始終最大E.某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)P的位移可能為零【解析】P點(diǎn)是兩列波的波峰的相遇點(diǎn)，故其振動(dòng)始終是加強(qiáng)的，A錯(cuò)誤，B正確；質(zhì)點(diǎn)P處于振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)，振幅最大，C正確；對(duì)于某一個(gè)振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，位移是會(huì)隨時(shí)間變化的，D錯(cuò)誤；質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)到平衡位置時(shí)，位移為零，E正確.【答案】BCE2.圖2­5­3所示是水波干涉的示意圖，S1、S2是兩波源，A、D、B三點(diǎn)在一條直線上，兩波源的頻率相同，振幅相等，則下列說(shuō)法正確的是()圖2­5­3A.A點(diǎn)一會(huì)兒在波峰，一會(huì)兒在波谷B.B點(diǎn)一會(huì)兒在波峰，一會(huì)兒在波谷C.C點(diǎn)一會(huì)兒在波峰，一會(huì)兒在波谷D.D點(diǎn)一會(huì)兒在波峰，一會(huì)兒在波

7、谷E.質(zhì)點(diǎn)D的位移始終是零【解析】在波的干涉中，振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域里的質(zhì)點(diǎn)總在自己的平衡位置兩側(cè)做簡(jiǎn)諧振動(dòng)，只是質(zhì)點(diǎn)的振幅較大，為A1A2.本題中由于A1A2，故振動(dòng)減弱區(qū)的質(zhì)點(diǎn)并不振動(dòng)，而此時(shí)A點(diǎn)是波峰與波峰相遇，B點(diǎn)是波谷與波谷相遇，都是加強(qiáng)點(diǎn)，又因?yàn)锳、D、B三點(diǎn)在一條振動(dòng)加強(qiáng)線上，這條線上任一點(diǎn)的振動(dòng)都是加強(qiáng)的，故此三點(diǎn)都為加強(qiáng)點(diǎn)，且都是一會(huì)兒在波峰，一會(huì)兒在波谷.而C點(diǎn)是波峰與波谷相遇點(diǎn)，是減弱點(diǎn)，不振動(dòng).【答案】ABD3.如圖2­5­4所示，波源S1在繩的左端發(fā)出頻率為f1，振幅為A1的半個(gè)波形a，同時(shí)另一個(gè)波源S2在繩的右端發(fā)出頻率為f2，振幅為A2的半個(gè)波形b，且

8、f1f2，P為兩個(gè)波源連線的中點(diǎn).已知機(jī)械波在介質(zhì)中傳播的速度只由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定.下列說(shuō)法正確的是()圖2­5­4A.兩列波比較，a波將先到達(dá)P點(diǎn)B.兩列波同時(shí)到達(dá)P點(diǎn)C.兩列波在P點(diǎn)疊加時(shí)，P點(diǎn)的位移最大可達(dá)A1A2D.b的波峰到達(dá)P點(diǎn)時(shí)，a的波峰還沒(méi)有到達(dá)P點(diǎn)E.兩列波相遇時(shí)，繩上位移可達(dá)A1A2的點(diǎn)只有一個(gè)，此點(diǎn)在P點(diǎn)的左側(cè)【解析】因兩波波速相等，故兩列波能同時(shí)到達(dá)P點(diǎn)，A錯(cuò)誤，B正確；因f1f2，由可知，12，故當(dāng)兩列波同時(shí)到達(dá)P點(diǎn)時(shí)，a波的波峰離P點(diǎn)的距離比b波的波峰離P點(diǎn)的距離大，因此兩波峰不能同時(shí)到達(dá)P點(diǎn)，兩波峰應(yīng)相遇在P點(diǎn)左側(cè)，此位置對(duì)應(yīng)的位移為A1A2

9、，位移最大，綜上所述，C錯(cuò)誤，D、E正確.【答案】BDE判斷振動(dòng)加強(qiáng)和減弱的常用方法1.條件判斷法振動(dòng)頻率相同、振動(dòng)步調(diào)完全相同的兩波源的波疊加時(shí)，設(shè)某點(diǎn)到兩波源的距離差為r.(1)當(dāng)rk·(k0,1,2，)時(shí)為加強(qiáng)點(diǎn).(2)當(dāng)r(2k1)·/2(k0,1,2，)時(shí)為減弱點(diǎn).若兩波源振動(dòng)步調(diào)相反，則上述結(jié)論相反.2.現(xiàn)象判斷法若某點(diǎn)總是波峰與波峰(或波谷與波谷)相遇，該點(diǎn)為加強(qiáng)點(diǎn)；若某點(diǎn)總是波峰與波谷相遇，則為減弱點(diǎn).若某點(diǎn)是平衡位置和平衡位置相遇，則讓兩列波再傳播T，看該點(diǎn)是波峰和波峰(波谷與波谷)相遇，還是波峰和波谷相遇，從而判斷該點(diǎn)是加強(qiáng)點(diǎn)還是減弱點(diǎn).研 究 波 的

10、衍 射1.定義波可以繞過(guò)障礙物繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象叫做波的衍射.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(zhǎng)相差不多或者比波長(zhǎng)更小時(shí)，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象.3.一切波都能發(fā)生衍射，衍射是波特有的現(xiàn)象.1.孔的尺寸比波長(zhǎng)大得多時(shí)就不會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象.(×)2.孔的尺寸比波長(zhǎng)小能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象.()3.超聲波比普通聲波的波長(zhǎng)小.()1.只有當(dāng)障礙物或狹縫的尺寸跟波長(zhǎng)相差不多時(shí)，才能發(fā)生波的衍射現(xiàn)象嗎？【提示】障礙物或狹縫的尺寸大小，并不是決定衍射能否發(fā)生的條件，僅是發(fā)生明顯衍射的條件.衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象.2.是否孔的尺寸越小，衍射現(xiàn)象越容

11、易觀察？【提示】不是.當(dāng)孔的尺寸非常小時(shí)，衍射波的能量很弱，實(shí)際上很難觀察到波的衍射.1.衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都可以發(fā)生衍射.凡能發(fā)生衍射現(xiàn)象的都是波.2.波的衍射總是存在的，只有“明顯”與“不明顯”的差異，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的波容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象.3.波傳到小孔(障礙物)時(shí)，小孔(障礙物)仿佛一個(gè)新波源，由它發(fā)出與原來(lái)同頻率的波在孔(障礙物)后傳播，就偏離了直線方向.因此，波的直線傳播只是在衍射不明顯時(shí)的近似情況.4.一列波在傳播過(guò)程中通過(guò)一個(gè)障礙物，發(fā)生了一定程度的衍射，以下哪種情況可以使衍射現(xiàn)象更明顯()A.增大障礙物的尺寸B.減小波的頻率C.縮小障礙物的尺寸D.增大波的頻率E.縮小障礙

12、物的尺寸，同時(shí)減小波的頻率【解析】波在介質(zhì)中傳播時(shí)波速是由介質(zhì)決定的，與波的頻率無(wú)關(guān)，所以改變波的頻率不會(huì)改變波速，但由vf可知，當(dāng)波速一定時(shí)，減小頻率則波長(zhǎng)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(zhǎng)小或相差不多，要使衍射現(xiàn)象變得明顯，可以通過(guò)縮小障礙物的尺寸，同時(shí)增大波長(zhǎng)即減小波的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)，B、C、E選項(xiàng)正確.【答案】BCE5.圖2­5­5分別表示一列水波在傳播過(guò)程中遇到了小孔(A、B、C圖)或障礙物(D、E圖)，其中能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的有()圖2­5­5【解析】圖B、C中小孔與波長(zhǎng)相差不多，能發(fā)生明顯衍射，圖E中障礙物與波長(zhǎng)相差不多，能

13、發(fā)生明顯衍射.【答案】BCE衍射現(xiàn)象的兩點(diǎn)提醒1.障礙物的尺寸的大小不是發(fā)生衍射的條件，而是發(fā)生明顯衍射的條件，波長(zhǎng)越大越易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象.2.當(dāng)孔的尺寸遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)時(shí)，盡管衍射十分突出，但衍射波的能量很弱，也很難觀察到波的衍射.多 普 勒 效 應(yīng) 及 應(yīng) 用1.多普勒效應(yīng)由于波源與觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使觀察者感受到頻率改變的現(xiàn)象.2.多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因(1)波源與觀察者相互靠近時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目增加，觀察者觀測(cè)到的頻率大于波源的頻率，即觀察到的頻率變大.(2)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí)，觀察到的頻率變小.3.多普勒效應(yīng)的應(yīng)用(1)測(cè)量汽車速度交通警車向行進(jìn)中的車輛

14、發(fā)射頻率已知的超聲波，同時(shí)測(cè)量反射波的頻率，根據(jù)反射波頻率變化的多少就能知道車輛的速度.(2)測(cè)星球速度：測(cè)量星球上某些元素發(fā)出的光波的頻率.然后與地球上這些元素靜止時(shí)發(fā)光的頻率對(duì)照，可得星球的速度.(3)測(cè)血液流速向人體內(nèi)發(fā)射已知頻率的超聲波，超聲波被血管中的血液反射后又被儀器接收，測(cè)出反射波的頻率變化，就能知道血流的速度.1.聲源與觀察者相互靠近時(shí)，聲源的頻率增大.(×)2.當(dāng)波源和觀察者向同一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，一定會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng).(×)3.火車的音調(diào)越來(lái)越高，說(shuō)明火車正從遠(yuǎn)處靠近觀察者.()1.多普勒效應(yīng)能否產(chǎn)生與波源和觀察者間的距離有關(guān)系嗎？是不是距離越近，越容易發(fā)生

15、多普勒效應(yīng)？【提示】能否發(fā)生多普勒效應(yīng)僅取決于波源和觀察者間的距離是否變化，與距離的大小沒(méi)有關(guān)系.2.火車進(jìn)站和出站時(shí)，坐在火車上的乘客，能感受到汽笛的音調(diào)發(fā)生變化嗎？【提示】不能.坐在火車上的乘客感到汽笛聲未變，是因?yàn)槁曉聪鄬?duì)聽(tīng)者是靜止的，路旁的人感到汽笛音調(diào)發(fā)生變化，是因?yàn)槁曉聪鄬?duì)聽(tīng)者是運(yùn)動(dòng)的.1.多普勒效應(yīng)的產(chǎn)生聲源完成一次全振動(dòng)，向外發(fā)出一個(gè)波長(zhǎng)的波，稱為一個(gè)完整波，頻率表示單位時(shí)間內(nèi)完成的全振動(dòng)的次數(shù).因此波源的頻率又等于單位時(shí)間內(nèi)波源發(fā)出的完整波的個(gè)數(shù).觀察者聽(tīng)到的聲音的音調(diào)，是由觀察者接收到的頻率，即單位時(shí)間內(nèi)接收到的完整波的個(gè)數(shù)決定的.(1)波源和觀察者相對(duì)靜止.觀察者接收到的

16、頻率等于波源的頻率.(2)波源和觀察者有相對(duì)運(yùn)動(dòng).觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完整波的個(gè)數(shù)發(fā)生變化，即感覺(jué)到波的頻率發(fā)生變化.波源與觀察者如果相互靠近，觀察者接收到的頻率增大；二者如果相互遠(yuǎn)離，觀察者接收到的頻率減小.2.發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，只有觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化，波源發(fā)出的頻率并沒(méi)有發(fā)生變化.多普勒效應(yīng)是波動(dòng)過(guò)程共有的特征，不僅是機(jī)械波，以后要講到的電磁波和光波，也會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng).6.假如一輛汽車在靜止時(shí)喇叭發(fā)出聲音的頻率是300 Hz，在汽車向你駛來(lái)又擦身而過(guò)的過(guò)程中，當(dāng)汽車向你駛來(lái)時(shí)，聽(tīng)到喇叭聲音的頻率_于300 Hz，當(dāng)汽車和你擦身而過(guò)后，聽(tīng)到喇叭聲音的頻率_于300 Hz.(

17、填“大”或“小”)【解析】當(dāng)汽車向你駛來(lái)時(shí)，兩者距離減小，單位時(shí)間內(nèi)你接收的聲波個(gè)數(shù)增多，頻率升高，將大于300 Hz；當(dāng)汽車和你擦身而過(guò)后，兩者距離變大，單位時(shí)間內(nèi)你接收的聲波個(gè)數(shù)減少，頻率降低，將小于300 Hz.【答案】大小7.下面說(shuō)法中正確的是()A.發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，波源的頻率變化了B.發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化C.多普勒效應(yīng)是波源與觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的D.多普勒效應(yīng)是由奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的E.多普勒效應(yīng)是牛頓首先發(fā)現(xiàn)的【解析】當(dāng)波源與觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)，選項(xiàng)C正確；發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化，而波源的頻率并沒(méi)有改變，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確；此現(xiàn)象是奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的，選項(xiàng)D正確.故正確答案為BCD.【答案】BCD8.公路巡警開(kāi)車在高速公路上以100 km/h的恒定速度巡查，在同一車道上巡警車向前方的一輛轎車發(fā)出一個(gè)已知頻率的超聲波，結(jié)果該超聲波被那輛轎車反射回來(lái)時(shí)，巡警車接收到的超聲波頻率比發(fā)出的低.(1)此現(xiàn)象屬于()A.波的衍射B.波的干涉C.多普勒效應(yīng)D.波的反射(2)若該路段限速為100 km/h，則該轎車是否超速？(3)若該轎車以20 m/s的速度行進(jìn)，反射回的頻率應(yīng)怎樣變化？【解析】(1)巡警車接收到的超聲波頻率