3.3機(jī)械波的傳播現(xiàn)象課件-高二上學(xué)期物理粵教版（2019）選擇性必修第一冊(cè)

1、第節(jié) 3機(jī)械波的傳播現(xiàn)象高中物理 選擇性必修第一冊(cè)第三章通過(guò)觀察波在彈簧間的傳播現(xiàn)象，知道并能解釋波的反射和折射現(xiàn)象。了解波的干涉和衍射現(xiàn)象，并基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)分析、歸納干涉與衍射現(xiàn)象產(chǎn)生的條件。通過(guò)學(xué)習(xí)惠更斯原理對(duì)衍射現(xiàn)象的解釋，培養(yǎng)應(yīng)用物理解釋物理現(xiàn)象的觀念。通過(guò)觀察波的疊加現(xiàn)象，理解波相遇時(shí)的情形，能應(yīng)用疊加原理解釋波的干涉現(xiàn)象，培養(yǎng)基于實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析、解釋問(wèn)題的思維方法，學(xué)習(xí)物理模型的抽象、建構(gòu)過(guò)程和思想方法。觀察音叉雙臂振動(dòng)激發(fā)的水波干涉現(xiàn)象，理解干涉現(xiàn)象產(chǎn)生的原因和條件，并能應(yīng)用干涉的知識(shí)解釋實(shí)際問(wèn)題。通過(guò)拓展實(shí)踐活動(dòng)，體驗(yàn)物理學(xué)與生活密切聯(lián)系的樂(lè)趣。學(xué)習(xí)目標(biāo)引入 我們知道，聲音在傳播過(guò)

2、程中，遇到障礙物時(shí)會(huì)發(fā)生反射。對(duì)著遠(yuǎn)處的峭壁大喊一聲會(huì)聽(tīng)到回聲，就是聲波在峭壁上反射的結(jié)果。機(jī)械波在傳播過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到障礙物或者兩種介質(zhì)的界面，或者與其他的波相遇，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生怎樣的現(xiàn)象呢？一、機(jī)械波的衍射與惠更斯原理 1. 波的衍射：水波在遇到小障礙物或者小孔時(shí)，能繞過(guò)障礙物或穿過(guò)小孔繼續(xù)向前傳播，我們把這種現(xiàn)象叫做波的衍射。觀察與思考（1）在水槽里放兩塊擋板，中間留一個(gè)狹縫，觀察水波通過(guò)狹縫后的傳播情況（圖 甲）。（2）保持水波的波長(zhǎng)不變，改變狹縫的寬度，觀察水波的傳播情況有什么變化（圖 乙）。（3）保持狹縫的寬度不變，改變水波的波長(zhǎng)，觀察水波的傳播情況有什么變化波長(zhǎng)一定的水波通過(guò)寬度不同

3、的狹縫現(xiàn)象：水波繞過(guò)小孔或障礙物繼續(xù)傳播 說(shuō)明:衍射是波特有的現(xiàn)象;一切波都能發(fā)生衍射。衍射現(xiàn)象總是存在的,只有明顯和不明顯的差異。波長(zhǎng)不同的水波通過(guò)寬度一定的狹縫在狹縫寬度一定的情況下，波長(zhǎng)對(duì)衍射實(shí)驗(yàn)的影響結(jié)論： 1、 障礙物較大時(shí)對(duì)波有影響,較小時(shí)對(duì)波沒(méi)有影響,即障礙物比較小時(shí)能發(fā)生明顯衍射.窄縫寬度跟波長(zhǎng)相差不多時(shí)，有明顯的衍射現(xiàn)象 2、窄縫寬度比波長(zhǎng)大得越多，衍射現(xiàn)象越不明顯；窄縫寬度跟波長(zhǎng)相比非常大時(shí)，水波將直線傳播，觀察不到衍射現(xiàn)象波動(dòng)中任何一點(diǎn)都可以看作新的波源?；莞乖恚航橘|(zhì)中波動(dòng)傳到的各點(diǎn)都可以看作是發(fā)射子波的波源，在其后的任一時(shí)刻，這些子波的包絡(luò)就形成新的波面。對(duì)任何波動(dòng)

4、過(guò)程都適用。ABC二、機(jī)械波的反射和折射光也是一種機(jī)械波，在從空氣進(jìn)入玻璃中（或從玻璃進(jìn)入空氣中）時(shí)，光發(fā)生了折射和反射現(xiàn)象。實(shí)際上，機(jī)械波都能夠發(fā)生反射和折射。反射波：振幅減小，波頻率、波速和波長(zhǎng)都不變。折射波：振幅變小，頻率不變，波速和波長(zhǎng)發(fā)生改變；二、機(jī)械波的反射和折射總結(jié)：在波的反射中，波的頻率、波速和波長(zhǎng)都不變。在波的折射中，頻率不變，波速和波長(zhǎng)發(fā)生變化。反射和折射是波的普遍性質(zhì)。思考：如圖所示，一場(chǎng)大雪過(guò)后，人們會(huì)感到外面萬(wàn)籟俱靜這是怎么回事？難道是人的活動(dòng)減少了嗎？提示：剛下過(guò)的雪是新鮮蓬松的，它的表面層有許多小氣孔當(dāng)外界的聲波傳入這些小氣孔時(shí)便要發(fā)生反射由于氣孔往往是內(nèi)部大而口

5、徑小所以，僅有少部分波的能量能通過(guò)口徑反射回來(lái)，而大部分的能量則被吸收掉了所以不是人的活動(dòng)減少了。三、機(jī)械波的干涉觀察與思考：如圖所示，兩列波相遇前、相遇時(shí)和相遇后的傳播情況：現(xiàn)象：兩列波在相遇疊加時(shí)，每列波都是獨(dú)立地保持自己原來(lái)的特性，如同在各自的傳播路徑中并沒(méi)有遇到其他波一樣。波的疊加原理：兩列波相遇時(shí)，相遇區(qū)域中各點(diǎn)位移，就是這兩列波引起的位移的合成。觀察水波的干涉水槽中，波源是固定在同一個(gè)振動(dòng)片上的兩根細(xì)桿，當(dāng)振動(dòng)片振動(dòng)時(shí)，兩根細(xì)桿周期性地觸動(dòng)水面，形成兩個(gè)波源。這兩個(gè)波源發(fā)出的是頻率相同的波。兩列波的振動(dòng)方向也相同，水面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)都沿上下方向。由于兩根細(xì)桿是同步振動(dòng)的，所以它們振動(dòng)的

6、相位差保持不變（總是0）。水波干涉圖樣現(xiàn)象：這兩列波相遇后，在振動(dòng)著的水面上，出現(xiàn)了一條條從兩個(gè)波源中間伸展出來(lái)的相對(duì)平靜的區(qū)域和激烈振動(dòng)的區(qū)域，這兩種區(qū)域在水面上的位置是固定的，而且相互隔開(kāi)三、機(jī)械波的干涉【觀察與交流】如圖所示，兩列振幅、頻率、相位都相同的波相向而行。請(qǐng)畫出它們?cè)赑1，P2，P3各點(diǎn)附近相遇時(shí)的波動(dòng)情況。三、機(jī)械波的干涉1、定義： 頻率相同、相位差恒定、振動(dòng)方向相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動(dòng)加強(qiáng)，某些區(qū)域的振動(dòng)減弱，而且振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域相互隔開(kāi)的現(xiàn)象叫做波的干涉。 波的干涉的示意圖2.振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)和振動(dòng)減弱區(qū)：（1）條紋最明顯的地方：實(shí)線與實(shí)線（波峰與波峰）或虛線

7、與虛線（波谷與波谷）相交的地方。（2）條紋最不明顯的地方：實(shí)線與虛線相交的地方。（3）條紋最明顯與最不明顯的地方是不變的。說(shuō)明干涉圖樣是穩(wěn)定的。3發(fā)生穩(wěn)定干涉的條件：頻率相同、相位差恒定、振動(dòng)方向相同。4一切波都能發(fā)生干涉，干涉是波特有的現(xiàn)象。5. 辨析：振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)與振動(dòng)減弱的點(diǎn)(1)振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)：是指該質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅始終增大(等于兩列波的振幅之和)，不是質(zhì)點(diǎn)始終處于波峰或波谷，加強(qiáng)點(diǎn)的位移隨時(shí)間不斷變化，有的時(shí)刻位移為零。(2)振動(dòng)減弱的點(diǎn)：是指該質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅始終減小(等于兩列波的振幅之差)，位移的大小也隨時(shí)間不斷變化，等于兩列波分別引起位移的大小之差。如果兩列波的振幅相同，則振動(dòng)減弱點(diǎn)總

8、是處于靜止?fàn)顟B(tài)，并不振動(dòng)。6.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.當(dāng)rk(k0,1,2)時(shí)為加強(qiáng)點(diǎn)當(dāng)r(2k1) / 2 時(shí)為減弱點(diǎn)(k0,1,2)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/4，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)例：(多選)如圖表示兩個(gè)相干波源S1、S2產(chǎn)生的波在同一種均勻介質(zhì)中相遇。圖中

9、實(shí)線表示某時(shí)刻的波峰，虛線表示的是波谷，下列說(shuō)法正確的是( )Aa、c兩點(diǎn)的振動(dòng)加強(qiáng)，b、d 兩點(diǎn)的振動(dòng)減弱Be、f 兩點(diǎn)的振動(dòng)介于加強(qiáng)和減弱之間C經(jīng)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后，加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的位置互換D經(jīng)半個(gè)周期后，原來(lái)位于波峰的點(diǎn)將位于波谷，原來(lái)位于波谷的點(diǎn)將位于波峰思路引導(dǎo)：(1)波的干涉中波峰與波峰(或波谷與波谷)相遇的點(diǎn)為加強(qiáng)點(diǎn)，波峰與波谷相遇的點(diǎn)為減弱點(diǎn)。(2)振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)上的點(diǎn)都是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，振動(dòng)減弱區(qū)上的點(diǎn)都是振動(dòng)減弱點(diǎn)。(3)加強(qiáng)點(diǎn)始終加強(qiáng)，減弱點(diǎn)始終減弱。(4)各質(zhì)點(diǎn)在平衡位置兩側(cè)做周期性振動(dòng)。例：(多選)如圖表示兩個(gè)相干波源S1、S2產(chǎn)生的波在同一種均勻介質(zhì)中相遇。圖中實(shí)線表示某時(shí)刻的波

10、峰，虛線表示的是波谷，下列說(shuō)法正確的是( )Aa、c兩點(diǎn)的振動(dòng)加強(qiáng)，b、d 兩點(diǎn)的振動(dòng)減弱Be、f 兩點(diǎn)的振動(dòng)介于加強(qiáng)和減弱之間C經(jīng)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后，加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的位置互換D經(jīng)半個(gè)周期后，原來(lái)位于波峰的點(diǎn)將位于波谷，原來(lái)位于波谷的點(diǎn)將位于波峰AD本課小結(jié)1.發(fā)生明顯衍射的條件：孔、縫、障礙物的尺寸跟波長(zhǎng)相差不多或比波長(zhǎng)小的多。2.衍射現(xiàn)象是波的特有現(xiàn)象。3.波由一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，頻率不變，波長(zhǎng)、波速發(fā)生改變。5.波的干涉（2）振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)和振動(dòng)減弱區(qū)的判斷。（1）發(fā)生穩(wěn)定干涉的條件：頻率相同、相位差恒定、振動(dòng)方向相同。（3）一切波（只要滿足條件）都能發(fā)生干涉現(xiàn)象，干涉和衍射一樣都是波特有的

11、現(xiàn)象。 4.波的疊加原理: 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，在它們重疊的區(qū)域里， 介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與這幾列波引起的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的 位移的矢量和當(dāng)堂檢測(cè)1. 如圖所示，P為橋墩，A為靠近橋墩浮在水面的葉片，波源S連續(xù)振動(dòng)，形成水波，此時(shí)葉片A靜止不動(dòng)。為使水波能帶動(dòng)葉片振動(dòng)，可用的方法是（）A.提高波源頻率B.降低波源頻率C.增大波源距橋墩的距離D.減小波源距橋墩的距離B解析：波的頻率與振動(dòng)的頻率相等，波速不變，根據(jù)= 知，頻率增大時(shí)波長(zhǎng)減小，衍射現(xiàn)象不明顯，反之降低頻率，波長(zhǎng)增大，衍射現(xiàn)象明顯，故B正確。2.在空曠的廣場(chǎng)上有一堵較高大的墻MN，墻的一

12、側(cè)O點(diǎn)有一個(gè)正在播放男女聲合唱歌曲的聲源。某人從圖中A點(diǎn)走到墻后的B點(diǎn)，在此過(guò)程中，如果從聲波的衍射來(lái)考慮，則會(huì)聽(tīng)到（）A.聲音變響亮，男聲比女聲更響B(tài).聲音變響亮，女聲比男聲更響C.聲音變?nèi)?，男聲比女聲更弱D.聲音變?nèi)?，女聲比男聲更弱解析?由于MN很高大，所以衍射現(xiàn)象比較弱；由于女聲音調(diào)更高，波長(zhǎng)更小，所以衍射更不明顯。D3.波源甲、乙分別在一根水平放置的繩的左右兩端，兩波源發(fā)出的波在繩中的傳播速度均是1 m/s。在t=0時(shí)刻繩上的波形如圖 （a）所示（兩波源均只發(fā)出半個(gè)波）。則根據(jù)波的疊加原理，以下敘述正確的是（）A.當(dāng)t=2 s時(shí)，波形如圖所示；當(dāng)t=4 s時(shí)，波形如圖所示B.當(dāng)t=2

13、 s時(shí)，波形如圖所示；當(dāng)t=4 s時(shí)，波形如圖所示C.當(dāng)t=2 s時(shí)，波形如圖所示；當(dāng)t=4 s時(shí)，波形如圖所示D.當(dāng)t=2 s時(shí)，波形如圖所示；當(dāng)t=4 s時(shí)，波形如圖所示D解析：當(dāng)t=2 s時(shí)，根據(jù)傳播速度可知，它們相互重疊，由于振動(dòng)方向相反，則振動(dòng)減弱，波形如圖所示；當(dāng)t=4 s時(shí)，各自傳播了4 m，由于互不干擾，所以波形如圖所示，故選項(xiàng)D正確。4. 如圖所示，實(shí)線與虛線分別表示振幅為A、頻率均相同的兩列波的波峰和波谷，此刻M是波峰與波峰的相遇點(diǎn)，下列說(shuō)法中不正確的是（）A.O、M連線的中點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)，其振幅為2AB.P、N兩處的質(zhì)點(diǎn)始終處在平衡位置C.隨著時(shí)間的推移，M處的質(zhì)點(diǎn)將向O處移動(dòng)D.從該時(shí)刻起，經(jīng)過(guò)四分之一周期，M處的質(zhì)點(diǎn)到達(dá)平衡位置，此時(shí)位移為零解析：A對(duì)：由于O、M是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，結(jié)合題圖可知連線的中點(diǎn)到兩波源的距離差為半個(gè)波長(zhǎng)的偶數(shù)倍，所以該點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)，其振幅為2A。B對(duì)：P、N兩點(diǎn)是波谷和波峰疊加，因兩列波振幅均為A，故位移始終為零，即處于平衡位置。C錯(cuò)：振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)只是在各自的平衡位置附近振動(dòng)，不會(huì)“隨波逐流”。D對(duì)：從該時(shí)刻起，經(jīng)過(guò)四分之一周期，質(zhì)點(diǎn)M到達(dá)平衡位置。C5. 如圖所示，在均勻介質(zhì)中，A、B是振動(dòng)情況完全相同的兩個(gè)波源，其簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)表達(dá)式均為x=0.1sin 20t（