高考物理波的干涉和衍射复习.ppt

第三节波的干涉和衍射多普勒效应 基础知识梳理 一 波的叠加1 波的独立传播原理两列波相遇前 相遇过程中和相遇后 各自的传播特性不发生任何变化 即各列波之间不相互干扰 基础知识梳理 2 波的叠加原理在两列波相遇的区域里 每个质点都将参与两列波引起的振动 其位移是两列波分别引起的位移的 相遇后仍保持原来的运动状态 波在相遇区域里互不干扰 具有 即保持原有波速 频率 波长 振动方向不变 矢量和 独立性 基础知识梳理 3 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 现象 两列波相遇时 某些区域振动总是加强 某些区域振动总是减弱 且加强和减弱区域互相 间隔 频率 基础知识梳理 二 波的衍射1 发生明显衍射的条件 障碍物或孔的尺寸比波长或 2 关于衍射的两点说明 1 衍射始终存在 只是有的衍射明显 有的衍射不明显 2 衍射和干涉都是波的特有现象 一切波都能发生 干涉和衍射 与波长差不多 小 基础知识梳理 三 声波1 声波是纵波 2 声波的分类 1 可闻声波 频率范围在的声波 20 20000Hz 基础知识梳理 2 超声波 频率高于Hz的声波 可用于工程质量检测及疾病的诊断 3 次声波 频率低于Hz的声波 3 人耳能够把回声与原声区别开来的最小时间间隔为 20000 20 0 1s 基础知识梳理 四 多普勒效应1 定义 由于波源和观察者之间有相对运动 使观察者感到发生变化的现象 2 实质 波源的真实频率不发生变化 只是观察者接收到的频率发生了变化 3 说明 机械波 电磁波都能发生多普勒效应 频率 课堂互动讲练 一 对波的干涉现象的理解1 频率不同的两列波可以叠加但不能形成稳定的干涉图象 2 加强区和减弱区都是两列波引起的位移的矢量和 该处质点的位移的矢量和也随着波的传播和时间而发生变化 它们仍围绕着平衡位置振动 且与波源振动周期相同 课堂互动讲练 3 加强区振幅最大 等于两列波振幅之和 减弱区振幅最小 等于两振幅之差 且加强区 减弱区的位置是固定的 如两列波振幅相等 则减弱区质点位移为零 而加强区质点的位移随时间周期性变化 课堂互动讲练 4 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 而波峰与波谷相遇处 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 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 课堂互动讲练 5 加强点和减弱点的判断方法 1 图象法 在某时刻的波形图上 波峰与波峰 或波谷与波谷 的交点 一定是加强点 而波峰与波谷的交点一定是减弱点 各加强点或减弱点各自连接而成以两波源为中心向外辐射的连线 形成加强线和减弱线 两种线互相间隔 这就是干涉图样 课堂互动讲练 2 公式法 当两个相干波源的振动步调一致时 到两个波源的距离之差 x n n 0 1 2 处是减弱区 课堂互动讲练 在波的干涉现象中 振动加强区的振幅最大 位移仍然随时间而变化 振动减弱区某时刻的位移可能比振动加强区的位移大 因此不能认为加强区质点位移大 特别提醒 课堂互动讲练 如图7 3 1所示表示两列相干水波某时刻的波峰和波谷位置 实线表示波峰 虚线表示波谷 相邻实线与虚线间的距离为0 2m 图7 3 1 课堂互动讲练 波速为1m s 在图示范围内可以认为这两列波的振幅均为1cm C点是相邻实线与虚线间的中点 则 A 图示时刻A B两点的竖直高度差为2cmB 图示时刻C点正处于平衡位置且向水面上运动C F点到两波源的路程差为零D 经0 1s A点的位移为零 课堂互动讲练 解析 选BD 图示时刻点A B D振动加强 A B间高度差hAB 4A 4cm A D间高度差为零 图示时刻点C在水面 根据上下坡法 点C由水面向上运动 图示时刻E F振动减弱 位移为零 到两波源的路程差为半波长的奇数倍 波长为0 4m 周期为0 4s 经过时间 t 0 1s 0 25T时 两列波的平衡位置传到A点 则位移为零 课堂互动讲练 二 多普勒效应的分析1 接收频率的实质 观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数 当波以速度v通过接收者时 课堂互动讲练 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 课堂互动讲练 2 波源固定 观察者以速度v向着波源或背离波源运动时 波相对观察者的速度为 课堂互动讲练 当波源以速率v匀速靠近静止的观察者时 观察者 感觉 到的频率变大了 但不是 越来越大 了 同样当波源以速率v匀速远离静止的观察者时 观察者 感觉 到的频率变小了 但也不是 越来越小 特别提醒 课堂互动讲练 2 站在火车站台上的旅客听到路过火车鸣笛声的音调 注 音调由频率决定 频率大时音调高 频率小时音调低 变化情况 以下说法正确的是 课堂互动讲练 A 当火车进站时 鸣笛声的音调变低B 当火车进站时 鸣笛声的音调变高C 当火车离站时 鸣笛声的音调变低D 当火车离站时 鸣笛声的音调变高 课堂互动讲练 解析 选BC 根据多普勒效应 火车进站时 波源向观察者靠近 旅客听到的鸣笛声的音调变高 当火车离站时 旅客听到的鸣笛声的音调变低 故B C正确 高频考点例析 如图7 3 2所示 一个波源在绳的左端发生波甲 另一个波源在同一根绳的右端发生波乙 波速都等于1m s 在t 0时刻 绳上的波形如图a所示 则根据波的叠加原理 下述正确的是 题型一波的叠加 例1 高频考点例析 图7 3 2 高频考点例析 A 当t 2s时 波形如图b t 4s时 波形如图cB 当t 2s时 波形如图b t 4s时 波形如图dC 当t 2s时 波形如图c t 4s时 波形如图cD 当t 2s时 波形如图c t 4s时 波形如图d 高频考点例析 解析 经2s时间 甲 乙波传播距离均为x vt 2m 甲 乙波重合 根据波的叠加原理知重叠区各质点位移为零 经4s时间 甲 乙波传播距离x vt 4m 即位置互换 可知D项正确 答案 D 高频考点例析 如图7 3 3所示 S1和S2是湖面上两个完全相同的水波的波源 MN是足够长的湖岸 水波的波长为2m S1与S2的连线与湖岸垂直 且S1S2 5m 则岸边始终平静的地方共有 题型二加强点 减弱点的判断 例2 图7 3 3 高频考点例析 A 1处B 3处C 5处D 无数处 解析 岸边到两波源的距离 波程 差为半波长的奇数倍的地方是始终平静的 振动减弱区 由数学知识可知 左侧岸上各点到两波源的距离差的范围为 0 5m 减弱点有1m 3m 5m3处 由对称性可知 右侧岸上也有两处减弱点 3m 1m 因此共有5处 选C 答案 C 高频考点例析 水平面上有A B两个振动情况完全相同的振源 在AB连线中垂线上有a b c三个质点 已知某时刻a点是两列波波峰的相遇点 c点是相近的波谷的相遇点 b处在a c之间 如图7 3 4所示 那么以下说法正确的是 图7 3 4 高频考点例析 A a点是振动加强点 c点是振动减弱点B a点与c点都是振动加强点 b点是振动减弱点还是加强点不确定C a点与c点此时此刻是振动加强点 经过一段时间后 变为振动减弱点 而b点可能变为振动加强点D a b c都是振动加强点 高频考点例析 解析 选D a b c三点均在两振源A B连线的中垂线上 到两波源的波程差均为零 所以a b c的叠加情况是相同的 即均为加强点 高频考点例析 如图7 3 5所示 S是波源 M N是两挡板 其中M板固定 N板可以左右移动 两板中间有一狭缝 此时A点没有明显振动 为使A点发生明显振动 可采取的方法是 题型三对波的衍射现象的理解 例3 图7 3 5 高频考点例析 A 增大波源振动频率B 减小波源振动频率C 将N板向右平移一些D 将N板向左平移一些 思路点拨 本题要求使A点处的波动更明显 即应使经狭缝发生的衍射现象更显著 根据发生明显衍射现象的条件进行判断 高频考点例析 解析 当狭缝尺寸固定时 应使波的波长变长 根据v f知 波速是一定的 要使 增大 只有使f减小 故A项错误 B项正确 当波长一定时 只有使缝的尺寸与波长差不多或者比波长更小 故C项错误 D项正确 答案 BD 高频考点例析 规律总结 只有孔的尺寸或障碍物大小跟波长相差不多或者比波长小 衍射现象才明显 在实际中可以改变孔的大小或波长来实现这一条件 高频考点例析 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 判断炮弹正向他靠近 题型四多普勒效应 例4 高频考点例析 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 高频考点例析 解析 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