新教材同步系列2024春高中物理第3章機(jī)械波第3節(jié)機(jī)械波的傳播現(xiàn)象課件粵教版選擇性必修第一冊

第三章機(jī)械波第三節(jié)機(jī)械波的傳播現(xiàn)象學(xué)習(xí)任務(wù)1．知道機(jī)械波的衍射和干涉．2．了解惠更斯原理．3．了解機(jī)械波的反射和折射特點(diǎn)．必備知識·自主預(yù)習(xí)儲備01知識梳理基礎(chǔ)自測知識點(diǎn)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____障礙物或____小孔繼續(xù)向前傳播的現(xiàn)象．______都能發(fā)生衍射，衍射是波____的現(xiàn)象．2．惠更斯原理介質(zhì)中波動傳到的各點(diǎn)都可以看作是發(fā)射____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____．這就是惠更斯原理．繞過穿過一切波特有子波波面知識點(diǎn)二機(jī)械波的反射和折射在波的反射中，波的頻率、波速和波長都____．在波的折射中，____不變，波速和波長發(fā)生改變．不變頻率知識點(diǎn)三機(jī)械波的干涉1．波的疊加原理兩列波在相遇疊加時(shí)，每列波都是獨(dú)立地保持自己原有的____，如同在各自的傳播路徑中并沒有遇到其他波一樣．相遇區(qū)域中各點(diǎn)的位移，就是這兩列波引起的位移的____．這一規(guī)律稱為波的疊加原理．特性合成2．波的干涉(1)條件：兩列波產(chǎn)生干涉的必要條件是____相同，______恒定．(2)波的干涉：對于頻率相同的兩列波，在相遇的區(qū)域水面上，會出現(xiàn)____的相對平靜的區(qū)域和劇烈振動的區(qū)域．這兩個區(qū)域在水面上的位置是____的，且互相____．這種現(xiàn)象為波的干涉．頻率相位差穩(wěn)定固定隔開1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)．(1)任何波的波線與波面都相互垂直． (

)(2)反射波的頻率、波速與入射波相同． (

)(3)折射波的頻率、波速與入射波相同． (

)(4)當(dāng)障礙物或狹縫的尺寸跟波長相差不大時(shí)，有明顯的衍射現(xiàn)象． (

)√√×√2．(多選)下列敘述屬于波的反射現(xiàn)象的是(

)A．在空房間里講話，會感到聲音比在野外響B(tài)．水波從深水區(qū)入射到淺水區(qū)方向變化C．講話者又聽到自己的回聲D．聲波從空氣中進(jìn)入水中速度變大AC

[A、C都屬于波的反射現(xiàn)象，B、D屬于波的折射現(xiàn)象．]√√3．下列現(xiàn)象或事實(shí)屬于衍射現(xiàn)象的是(

)A．風(fēng)從窗戶吹進(jìn)來 B．雪堆積在背風(fēng)的屋后C．聽到墻外人的說話聲 D．晚上看到水中月亮的倒影C

[波在傳播過程中偏離直線傳播繞過障礙物的現(xiàn)象稱為波的衍射．C與衍射現(xiàn)象相符．A、B、D不屬于衍射現(xiàn)象．]√關(guān)鍵能力·情境探究達(dá)成02考點(diǎn)1惠更斯原理考點(diǎn)2波的反射和波的折射考點(diǎn)3波的疊加與波的干涉考點(diǎn)4波的衍射波面一定是平面嗎？根據(jù)下圖思考波線與波面的關(guān)系是怎樣的．提示：波面不一定是平面．波線與波面互相垂直，一定條件下由波面可確定波線，由波線可確定波面．◆考點(diǎn)1

惠更斯原理1．對波線與波面的理解(1)波面不一定是面，如水波，它只能在水面?zhèn)鞑ィǖ牟媸且圆ㄔ礊閳A心的一簇圓．(2)波線是有方向的一簇線，它的方向代表了波的傳播方向．(3)波線與波面互相垂直，一定條件下由波面可確定波線，由波線可確定波面．2．惠更斯原理的實(shí)質(zhì)波面上的每一點(diǎn)都是一個次級球面波的子波源，子波的波速與頻率等于初級波的波速和頻率，此后每一時(shí)刻的子波波面的包絡(luò)面就是該時(shí)刻總的波動的波面．其核心思想是介質(zhì)中任一處的波動狀態(tài)是由各處的波動決定的．3．惠更斯原理的局限性光的直線傳播、反射、折射等都能用此來進(jìn)行較好的解釋．但是，惠更斯原理是比較粗糙的，用它不能解釋衍射現(xiàn)象與狹縫或障礙物大小的關(guān)系，而且由惠更斯原理推知有倒退波的存在，而倒退波顯然是不存在的．【典例1】

(多選)下列敘述中正確的是(

)A．空間點(diǎn)波源發(fā)出的球面波，其波面是一個球面，波線就是以波源為圓心的同心圓B．平面波的波線是一條直線，其波線相互平行C．根據(jù)惠更斯原理，波面各點(diǎn)都可看作一個子波源，子波前進(jìn)的方向的包絡(luò)面就是該時(shí)刻的波面D．利用惠更斯原理，只要知道t時(shí)刻波面的位置和波速，就可確定t＋Δt時(shí)刻波面的位置√√√BCD

[球面波的波線沿球面的半徑方向，A錯誤；平面波的波線是一條直線，由于波線與波面垂直，故平面波的波線相互平行，B正確；由惠更斯原理可知，C正確；利用惠更斯原理，只要知道t時(shí)刻波面的位置和波速，就可確定另一時(shí)刻波面的位置，D正確．]利用惠更斯原理解釋波的傳播的一般步驟(1)確定一列波某時(shí)刻一個波面的位置．(2)在波面上取兩點(diǎn)或多個點(diǎn)作為子波的波源．(3)選一段時(shí)間Δt．(4)根據(jù)波速確定Δt時(shí)間后子波波面的位置．(5)確定子波在波前進(jìn)方向上的包絡(luò)面，即為新的波面．(6)由新的波面可確定波線及其方向．[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．(多選)關(guān)于對惠更斯原理的理解，下列說法正確的是(

)A．同一波面上的各質(zhì)點(diǎn)振動情況完全相同B．同一振源的不同波面上的質(zhì)點(diǎn)的振動情況一定不同C．球面波的波面是以波源為中心的一個個球面D．無論怎樣的波，波線始終和波面垂直√√√ACD

[按照惠更斯原理，波面是由振動情況完全相同的點(diǎn)構(gòu)成的面，而不同波面上質(zhì)點(diǎn)的振動情況可能相同，如相位相差2π整數(shù)倍的質(zhì)點(diǎn)的振動情況相同，故A正確，B錯誤；由波面和波線的概念，不難判定C、D正確．]

2．波的反射、折射現(xiàn)象中各量的變化(1)波向前傳播在兩種介質(zhì)的界面上會同時(shí)發(fā)生反射現(xiàn)象和折射現(xiàn)象，一些相關(guān)物理量變化如下：波現(xiàn)象波的反射波的折射傳播方向改變，i＝i′改變，r≠i頻率f不變不變波速v不變改變波長λ不變改變(2)說明：①頻率f由波源決定，故無論是反射波的頻率還是折射波的頻率都等于入射波的頻率．②波速v由介質(zhì)決定，因反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播，故波速不變；折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播，波速變化．③根據(jù)v＝λf，波長λ與v及f有關(guān)，即與介質(zhì)和波源有關(guān)，反射波與入射波在同一介質(zhì)中，波速相同、頻率相同，故波長相同．折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播，v不同，f相同，故λ不同．

(2)超聲波定位：蝙蝠能發(fā)出超聲波，超聲波遇到障礙物或捕食目標(biāo)時(shí)會被反射回來，蝙蝠就根據(jù)接收到的反射回來的超聲波來確定障礙物或食物位置，從而確定飛行方向．另外海豚、雷達(dá)也是利用波的反射來定位或測速的．【典例2】有一輛汽車以15m/s的速度勻速行駛，在其正前方有一陡峭山崖，汽車鳴笛2s后司機(jī)聽到回聲，此時(shí)汽車距山崖的距離多遠(yuǎn)？(v聲＝340m/s)[解析]

若汽車靜止，問題就簡單了．現(xiàn)在汽車運(yùn)動，聲音傳播，如圖所示為汽車與聲波的運(yùn)動過程示意圖．

◆考點(diǎn)3

波的疊加與波的干涉1．波的干涉與波的疊加(1)波的疊加是無條件的，任何頻率的兩列波在空間相遇都會疊加，但干涉必須是滿足一定條件的兩列波疊加后形成的現(xiàn)象．(2)穩(wěn)定干涉圖樣的產(chǎn)生是有條件的，必須是兩列同類的波，并且波的頻率相同、振動方向相同、相位差恒定．如果兩列波的頻率不相等，在同一種介質(zhì)中傳播時(shí)其波長就不相等，這樣不能形成穩(wěn)定的振動加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)．因此我們就看不到穩(wěn)定的干涉圖樣，只能是一般的振動疊加現(xiàn)象．2．干涉圖樣及其特征(1)干涉圖樣．(2)特征：①加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變．②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)．③加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)互相間隔．【典例3】

(多選)如圖所示，S1、S2是振幅均為A的兩個水波波源，某時(shí)刻它們形成的波峰和波谷分別由實(shí)線和虛線表示．則下列說法中正確的是(

)A．兩列波在相遇區(qū)域發(fā)生干涉B．兩列波在相遇區(qū)域內(nèi)發(fā)生疊加C．此時(shí)各點(diǎn)的位移是：xA＝0，xB＝－2A，xC＝2AD．A處振動始終減弱，B、C處振動始終加強(qiáng)√√[思路點(diǎn)撥]

(1)從圖中可以看出，兩列水波波長不同，頻率不同，不能發(fā)生干涉現(xiàn)象．(2)兩列波疊加，任何一個質(zhì)點(diǎn)的總位移等于兩列波在該點(diǎn)上的位移的矢量和．

確定振動加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的技巧(1)波峰與波峰(或波谷與波谷)相遇的點(diǎn)為振動加強(qiáng)點(diǎn)，波峰與波谷相遇的點(diǎn)為振動減弱點(diǎn)．(2)在波的傳播方向上，加強(qiáng)點(diǎn)的連線為加強(qiáng)區(qū)，減弱點(diǎn)的連線為減弱區(qū)．(3)不管波如何疊加，介質(zhì)中的各質(zhì)點(diǎn)均在各自的平衡位置附近振動．[跟進(jìn)訓(xùn)練]3．如圖所示是水波干涉示意圖，S1、S2是兩波源，A、D、B三點(diǎn)在一條直線上，兩波源頻率相同，振幅相等，則下列說法正確的是(

)A．A處質(zhì)點(diǎn)一會兒在波峰，一會兒在波谷B．B處質(zhì)點(diǎn)一直在波谷C．C處質(zhì)點(diǎn)一會兒在波峰，一會兒在波谷D．D處質(zhì)點(diǎn)一直在平衡位置√A

[A、B、D三點(diǎn)都在振動加強(qiáng)區(qū)，三處質(zhì)點(diǎn)均做簡諧運(yùn)動，質(zhì)點(diǎn)一會兒在波峰，一會兒在波谷，選項(xiàng)A正確，B、D錯誤；點(diǎn)C是振動減弱點(diǎn)，又因兩波振幅相等，故C處質(zhì)點(diǎn)一直在平衡位置不動，選項(xiàng)C錯誤．]◆考點(diǎn)4

波的衍射1．關(guān)于衍射的條件應(yīng)該說衍射是沒有條件的，衍射是波特有的現(xiàn)象，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(chǎn)生明顯衍射的條件．2．波的衍射實(shí)質(zhì)分析波傳到小孔(障礙物)時(shí)，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不明顯時(shí)的近似情況．3．衍射圖樣(1)圖甲為水波遇到較寬的縫．(2)圖乙為水波遇到較窄的縫．【典例4】如圖所示，O是水面上一波源，實(shí)線和虛線分別表示某時(shí)刻的波峰和波谷，A是擋板，B是小孔．若不考慮波的反射因素，則經(jīng)過足夠長的時(shí)間后，水面上的波將分布于(

)A．整個區(qū)域B．陰影Ⅰ以外區(qū)域C．陰影Ⅱ以外區(qū)域D．陰影Ⅱ和Ⅲ以外的區(qū)域B

[從圖中可以看出A擋板寬度比波長大，所以不能發(fā)生明顯的衍射，而B小孔與波長相差不多，能發(fā)生明顯的衍射，所以經(jīng)過足夠長的時(shí)間后，水面上的波將分布于陰影Ⅰ以外區(qū)域，故B正確．]√衍射是波所特有的現(xiàn)象(1)衍射是波所特有的現(xiàn)象，一切波都會產(chǎn)生衍射現(xiàn)象．(2)衍射現(xiàn)象總是存在的，只有明顯和不明顯的差異．(3)一般情況下，波長越大的波越容易產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象．[跟進(jìn)訓(xùn)練]4．某同學(xué)觀察到波長相同的水波通過兩個寬度不同的狹縫時(shí)的現(xiàn)象，如下圖所示，下列說法正確的是(

)A．水波通過狹縫后波長變短B．這是水波的衍射現(xiàn)象，有些波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象C．此現(xiàn)象可以說明，波長一定，縫越窄衍射現(xiàn)象越明顯D．此現(xiàn)象可以說明，縫寬一定，波長越長衍射現(xiàn)象越明顯√C

[波衍射后不影響波的特性，即波長和頻率不變，A錯誤；波的衍射是波特有的性質(zhì)，故所有波都會發(fā)生衍射現(xiàn)象，B錯誤；從圖中可知第1幅圖衍射現(xiàn)象比較明顯，所以波長一定，縫越窄衍射現(xiàn)象越明顯，由于題中給出的是波長一定的情況，無法得出縫寬一定時(shí)衍射情況，故C正確，D錯誤．]學(xué)習(xí)效果·隨堂評估自測031．(多選)以下關(guān)于波的認(rèn)識，正確的是(

)A．潛水艇利用聲吶探測周圍物體的分布情況，用的是波的反射原理B．隱形飛機(jī)怪異的外形及表面涂特殊吸波材料，是為了減少波的反射，從而達(dá)到隱形的目的C．雷達(dá)的工作原理是利用波的直線傳播D．水波從深水區(qū)傳到淺水區(qū)改變傳播方向的現(xiàn)象，是波的折射現(xiàn)象1234√√√ABD

[本題考查波的反射、折射現(xiàn)象在實(shí)際問題中的應(yīng)用．聲吶、雷達(dá)都是利用接收反射波來進(jìn)行定位，A正確，C錯誤；D選項(xiàng)中水波的傳播方向發(fā)生改變屬于波的折射現(xiàn)象，D正確；隱形飛機(jī)是通過減少波的反射達(dá)到隱形的目的，B正確．]12342．(2022·江蘇常熟中學(xué)高二期中)如圖為蟾蜍在水中鳴叫時(shí)水面形成的奇妙水波．已知水波的傳播速度與水的深度正相關(guān)．下列說法正確的是(

)A．岸邊的人聽到的聲波是橫波B．岸邊的人聽到的聲波頻率大于水波的頻率C．水面上飄落的樹葉逐漸被水波推向岸邊D．在深水區(qū)，水波更容易發(fā)生衍射1234√

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