（广西专用）高考物理一轮复习 7.3波的干涉和衍射 多普勒效应课件 新人教版.ppt

第3讲波的干涉和衍射多普勒效应 考点1波的叠加波的干涉 衍射现象 1 波的叠加 1 波的传播原理 几列波相遇时能够保持各自的运动状态而不 仍以各自的运动特征向前传播 互相干扰 2 叠加原理 在重叠区域 介质的质点 参与这几列波引起的振动 质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的 2 波的干涉 1 产生稳定干涉的条件 性质相同且 相同的两列波相遇 2 干涉现象 频率相同的两列波叠加 使某些区域的振动加强 某些区域的振动减弱 而且振动加强的区域和振动减弱的区域 同时 矢量和 频率 相互隔开 3 波的衍射 1 发生明显衍射的条件 缝 孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长 或者比波长更小 2 衍射现象 波能够 继续向前传播 4 关于干涉 衍射的两点说明 1 衍射始终存在 只是有的衍射 有的衍射不明显 2 衍射和干涉都是波特有的现象 一切波都能发生 相差不多 绕过障碍物 明显 干涉和 衍射 1 干涉现象中加强区和减弱区的形成 1 两列波叠加时质点的位移等于两列波单独传播时位移的矢量和 若位移方向总是相同 振幅变大 则振动加强 位移方向总是相反 振幅减小 则振动减弱 2 频率相同的波干涉后 加强区振幅最大 等于两列波振幅之和 减弱区振幅最小等于两列波振幅之差 加强区和减弱区的位置是固定的 3 如果两列波振幅相等 则减弱区的质点位移总是为零 但加强区并不是位移总保持最大 而是以两列波2倍的振幅振动 也会出现波峰 波谷和位移为零的时刻 2 加强区和减弱区的变化规律 1 波峰与波峰 或波谷与波谷 相遇处 一定是加强的 用一条平滑的曲线将以上各点连接起来 这条线上的点都是加强的 2 波峰与波谷相遇处 一定是减弱的 把以上各点用平滑的曲线连接起来 这条线上的点都是减弱的 3 加强点和减弱点之间各个质点的振幅介于加强点和减弱点的振幅之间 3 加强点和减弱点的判断某质点的振动是加强还是减弱 取决于该点到两相干波源的距离之差 s 1 当两波源振动步调一致时 若 s n n 0 1 2 则振动加强 若则振动减弱 2 当两波源振动步调相反时 若则振动加强 若 s n n 0 1 2 则振动减弱 以下关于波的说法中正确的是 a 干涉现象是波的特性 因此任何两列波相遇时都会产生干涉现象b 因为声波的波长与通常的障碍物尺寸相差不大 所以声波很容易产生衍射现象c 声波不能发生干涉现象d 纵波传播时 介质中的各质点将随波的传播一起向前移动 解析 选b 频率相同的两列波才能发生干涉 a错 由明显衍射的条件知 b对 声波也能发生干涉现象 c错 纵波传播时 质点并不随波迁移 向前传播的是振动形式和能量 d错 考点2声波 多普勒效应 1 声波 声源的振动在 的传播 声波是纵波 是机械波的一种 1 声速 声波在空气中的传播速度为340m s 声速与 有关 与 无关 在真空中声波无法传播 2 能够把回声与原声区别开来的最小时间间隔为 介质中 介质 频率 0 1s 2 声波分类 声波 可闻声波 次声波 超声波 频率范围 20 20000hz 频率低于 的声波 频率高于 的声波 20hz 20000hz 3 多普勒效应 声源和观察者之间有 多普勒效应 观察者感到 发生变化 声源频率 观察者接收到的频率 相对运动 现象 实质 频率 不变 变化 1 多普勒效应产生的原因 1 当波源s与观察者e相对静止时 如图a所示 观察者观察到的频率等于波源振动的频率 2 当观察者e向波源s运动时 或者波源s向观察者运动时 如图b 观察者观察到的频率大于波源振动的频率 即当波源与观察者相向运动时 观察者 感觉 到的频率变大 3 当观察者e背向波源s运动时 或者波源s背向观察者运动时 如图c 观察者观察到的频率小于波源振动的频率 即当波源与观察者相背运动时 观察者 感觉 到的频率变小 2 观察者频率的计算设波在介质中的传播速度为v0 观察者相对介质的速度为v 波源相对介质的速度为u 波源的频率为f0 观察者接收到的频率为f 1 波源和观察者均静止 2 波源固定 观察者以速度v向着波源或背离波源运动 波相对观察者的速度为v0 v 所以 3 观察者静止 波源以速度u向观察者或背离观察者运动 根据多普勒效应 下列说法中正确的有 a 医生检查身体用的 b超 是根据超声波的多普勒效应制成的b 一位有经验的战士听到飞行的炮弹尖叫声越来越尖锐 可以判断炮弹正向他靠近c 根据光波的多普勒效应 由地球接收到遥远天体发出的光波的频率越来越小 可以判断此天体正远离地球d 当波源和观察者间有相对运动时 观察者接收到的频率一定和波源发出的频率不同 解析 选b c 超声波检查人体时 不同组织反射的超声波的量是不同的 从而形成b超影像 a不正确 当波源与观察者间相对靠近时 观察者感到频率变大 所以听到飞行的炮弹尖叫声越来越尖锐 声音的频率增大 可以判断炮弹正向他靠近 b正确 光波和机械波一样 也有多普勒效应 地球接收到遥远天体发出的光波的频率越来越小 可以判断此天体正远离地球 c正确 设想如果人绕波源做圆周运动 那么 观察者接收到的频率和波源发出的频率相同 d不正确 波的独立传播及波的叠加 例证1 如图所示 波源s1在绳的左端发出频率为f1 振幅为a1的半个波形a 同时另一个波源s2在绳的右端发出频率为f2 振幅为a2的半个波形b f1 f2 p为两个波源连线的中点 下列说法正确的是 a 两列波将同时到达p点b 两列波在p点叠加时p点的位移最大可达a1 a2c a的波峰到达s2时 b的波峰也恰好到达s1d 两列波相遇时 绳上位移可达a1 a2的点只有一个 此点在p点的左侧 解题指南 解答本题应注意以下两个方面 1 同一绳波波速相同 2 频率不同 导致波长不同 再根据叠加原理分析合位移的变化 自主解答 选a d 由于两列波在绳上传播的速度相同 故其 波前 将同时到达中点p a正确 而两列波的波峰传至p点的时刻不同 则p点振动的最大位移小于a1 a2 同理 两波峰传播至另侧波源s2 s1的时刻也不相同 即b c错误 再由公式则s1上出现波峰迟于s2上出现波峰 故两波峰相遇在p点的左侧 d正确 总结提升 解答本题关键在于分析两列波到达同一位置的振动状态如何 不要主观臆断 凭想当然下结论 现对易错角度及错误原因分析如下 变式训练 2011 上海高考 两列简谐波沿x轴相向而行 波速均为v 0 4m s 两波源分别位于a b处 t 0时的波形如图所示 当t 2 5s时 m点的位移为 cm n点的位移为 cm 解析 2 5s内 两列波传播的距离x vt 0 4 2 5m 1m 当a波向右传播1m时 a波如图中的虚线所示 b波如图中的实线所示 所以 m点位移为2cm n点位移为零 答案 20 多普勒效应的应用 例证2 12分 交通警察静立于公路旁 手中的测速仪发出频率为f0 2500hz的声波 一辆汽车以72km h的速度迎面驶来 试求测速仪所接收到的反射波的频率 解题指南 解答本题应把握以下两点 1 测速仪发出的波被汽车接收 车向着测速仪运动 相当于观察者向波源运动 接收到的频率要比发出的频率高 2 这个反射波可以认为是汽车发出的 然后又被测速仪接收 汽车向着测速仪运动 相当于波源向观察者运动 测速仪接收到的频率又会发生变化 规范解答 设汽车迎面而来的速度为v 72km h 20m s 汽车接收到的波的频率为 6分 波被汽车反射后相当于波源向观察者运动 所以交通警察接收到的声波频率为 2812 5hz 6分 答案 2812 5hz 总结提升 多普勒效应中的注意事项 1 声源和观察者之间有相对运动时 才会有多普勒效应发生 2 当波源以速率v匀速靠近静止的观察者e时 观察者 感觉 到的频率变大了 但不是 越来越大 3 当波源以速率v匀速远离静止的观察者e时 观察者 感觉 到的频率变小了 但不是 越来越小 4 发生多普勒效应时 波源的真实频率不发生任何变化 只是观察者接收到的频率发生了变化 5 机械波 电磁波都能产生多普勒效应 变式训练 2012 仙桃模拟 如图所示 向左匀速运动的小车发出频率为f的声波 车左侧a处的人感受到的声波的频率为f1 车右侧b处的人感受到的声波的频率为f2 则 a f1fc f1 f f2 fd f1 f f2 f 解析 选d 声源靠近a处的人 由多普勒效应知 他接收到的频率变大 即f1 f 相反 声源远离b处的人 则他接收到的频率变小 即f2 f 故选项d对 波的干涉现象 例证3 如图所示为两列同频率相干的水波在t 0时刻的叠加情况 实线表示波峰 虚线表示波谷 已知两列波的振幅均为2cm 且在图中所示范围内振幅不变 波速为2m s 波长为0 4m e点是bd连线和ac连线的交点 下列说法中正确的是 a a c两点相对平衡位置的位移不一定为零b b d两点在该时刻的竖直高度差为4cmc e点是振动加强的点d e点是减弱点 解题指南 解答该题应注意以下两点 1 振动加强 或减弱 的点始终加强 或减弱 且位移随时间周期性变化 2 根据某点到两波源的距离差与波长的关系判断该点是加强点还是减弱点 自主解答 选c 在波峰与波谷相遇的地方振动减弱 振动减弱的点的振幅等于两列波的振幅之差 a c两点为振动减弱的点 由于两列波的振幅相同 故a c两点的振幅为零 即a c两点应静止不动 选项a错 在波峰与波峰相遇 波谷与波谷相遇的地方振动加强 振动加强的点的振幅等于两列波的振幅之和 此时刻d点为两波峰相遇处 b点为两波谷的相遇处 因此b点此时刻的位移为平衡位置以下4cm d点此时刻的位移为平衡位置以上4cm b d两点在该时刻的竖直高度差为8cm 选项b错 由题图可知 b d连线上的点都是振动加强点 所以e点是振动加强的点 选项c正确 d错误 总结提升 加强区 减弱区的理解 1 在干涉现象中 振动加强区域是指该区域内质点振动的振幅最大 而不是位移始终最大 其实质是两列波引起该点的振动步调一致 2 振动减弱区域是指该区域内质点振动的振幅最小 而不一定位移始终是零 其实质是两列波引起该点的振动步调相反 变式训练 2012 武汉模拟 两个振动情况完全一样的波源s1 s2相距6m 它们在空间产生的干涉图样如图所示 图中实线表示振动加强的区域 虚线表示振动减弱的区域 下列说法正确的是 a 两波源的振动频率一定不相同b 虚线一定是波谷与波谷相遇处c 两列波的波长都为2md 两列波的波长都为1m 解析 选c 只有频率相同的两列波相遇 才能发生干涉现象 a错 波谷与波谷相遇处为加强点 而图中虚线为减弱区域 b错 根据题图知 相邻两实线间距为 s1s2间距为3 6m 故 2m c对 d错 例证 如图所示 s是水面波的波源 x y是挡板 s1 s2是两个狭缝 ss1 ss2 狭缝的尺寸比波长小得多 试回答以下问题 1 若闭上s1 只打开s2会看到什么现象 2 若s1 s2都打开 会发生什么现象 3 若实线与虚线分别表示波峰和波谷 那么在a b c d各点中 哪些点向上振动最强 哪些点向下振动最强 哪些点振动最弱 规范解答 1 只打开s2时 波源s产生的波传播到狭缝s2时 由于狭缝的尺寸比波长小 于是水面波在狭缝s2处发生衍射现象 水面波以狭缝s2处为波源向挡板另一侧传播开来 2 由于ss1 ss2 所以从波源发出的水面波传播到s1 s2处时它们的振动情况完全相同 当s1 s2都打开时产生相干波 它们在空间相遇时产生干涉现象 一些地方振动加强 一些地方振动减弱 加强区与减弱区相互间隔开 发生明显的干涉现象 3 质点d是波峰与波峰相遇处 是振动最强点 质点b是波谷与波谷相遇处 也是振动最强点 质点a c是波峰与波谷相遇的地方 这两点振动最弱 答案 1 水面波以狭缝s2处为波源向挡板另一侧传播开来 2 发生明显的干涉现象 3 dba c 1 2011 上海高考 两波源s1 s2在水槽中形成的波形如图所示 其中实线表示波峰 虚线表示波谷 则 a 在两波相遇的区域中会产生干涉b 在两波相遇的区域中不会产生干涉c a点的振动始终加强d a点的振动始终减弱 解析 选b 从图中看 两列水波的波长不同 波在水中的速度都相等 根据可知两列波的周期不相等 不满足相干条件 在两波相遇的区域中不会产生干涉现象 a错误 b正确 由于不会产生干涉现象 a点的振动就不会始终加强或减弱 c d均错 2 假如一辆汽车在静止时喇叭发出声音的频率是300hz 在汽车向你驶来又擦身而过的过程中 下列说法正确的是 a 当汽车向你驶来时 听到喇叭发出声音的频率大于300hzb 当汽车向你驶来时 听到喇叭发出声音的频率小于300hzc 当汽车和你擦身而过后 听到喇叭发出声音的频率大于300hzd 当汽车和你擦身而过后 听到喇叭发出声音的频率小于300hz 解析 选a d 由多普勒效应规律 声源与观察者相对靠近过程中 观察者接收到的波的频率增大 相对远离过程中 观察者接收到的波的频率减小 故a d正确 3 2012 百色模拟 在同一地点有两个静止的声源 发出声波1和声波2在同一空间的空气中沿同一方向传播 如图所示为某时刻这两列波的图象 则下列说法中正确的是 a 声波1的速度比声波2的速度大b 相对于同一障碍物 声波1比声波2更容易发生衍射现象c 这两列波传播的方向上 不会产生稳定的干涉现象d 这两列波传播方向上运动的观察者 听到这两列波的频率可以相同 解析 选b c 不同频率的声波在同种介质中传播速率相同 a错 由于声波1的波长长 相对同一障碍物 声波1比声波2更容易发生衍射现象 b正确 由可知声波1的频率小 所以在这两列波的传播方向上 不会产生稳定的干涉现象 c对 d错 4 如图所示 o是水面上一波源 实 虚线分别表示该时刻的波峰 波谷 a是挡板 b是小