2012届高中物理第一轮总复习 第11章 第4讲 衍射和干涉多普勒效应学案（教师版）新人教版

用心 爱心 专心1 一 波的性质一 波的性质 1 波的叠加 几列波相遇时 每列波都能够 保持各自的状态 继续传播而不互相干扰 只是在重叠的区域里 任一质点的总位移等于各列波分别引起的 位移的矢量和 2 干涉 频率相同 的两列波叠加 使某些区域的振动加强 使某些区域的振动减弱 并且振动加强和振动减弱的区域相互间隔的现象 3 衍射 波绕过障碍物继续传播的现象 产生明显衍射现象的条件是 障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多 4 多普勒效应 由于波源和观察者之间 有相对运动 使观察者感到 频率 发生变化的现象 叫做多普勒效应 在声源和观察者之间有相对运动时 声源的频率 没有 发生变化 而是 观察者接收到的频率 发生了变化 当波源与观察者有相对运动时 如果二 者相互接近 观察者接收到的频率 增大 如果二者远离 观察者接收到的频率 减小 多普勒效应是所有波动过程共有的特征 根据声波的多普勒效应可以测定车辆行驶的速度 根据光波的多普勒效应还可以判断遥远天体相对地球的运行 速度 二 声波二 声波 1 空气中的声波是纵波 2 能引起人类听觉器官感觉的声波的频率范围为 20Hz 20000Hz 频率低于 20Hz 的声波叫 次声波 频率高于 20000Hz 的声波叫 超声波 3 能够把回声与原声区分开来的最小时间间隔为 0 1s 1 如何理解波的干涉现象 振动加强的点是否是位移一直最大 解答 1 振动加强 减弱 是指合振动的振幅增大 减小 振动质点的能量增大 减小 各质点振动的位移仍做周期性变化 且周期与波源的周期仍相同 不 能认为振动加强 减弱 就是质点的位移始终最大 为零 2 加强点 减弱点与位置有关 不随时间变化 振动加强的点振动始终加强 振动减弱的点的振动始终减弱 2 如何判断哪些点振动加强 哪些点振动减弱 解答 振动加强点 振动减弱点的位置判断方法 1 某点的振动的振幅等于两列波的振幅之和为加强点 等于两列波的振幅之差为减弱点 2 某点到两列同步调振动的相干波源的距离之差等于波长整数倍该点为加强点 等于半波长的奇数倍该点为减弱点 3 某点由两列波引起的振动始终同方向 即为加强点 始终反方向即为减弱点 4 两列相干波的波峰与波峰 波谷与波谷相遇处即为加强点 一列波的波峰与另一列波的波谷相遇处即为减弱点 用心 爱心 专心2 5 相邻的加强点与减弱点之间的其他点为非加强 非减弱点 1 波的衍射 例 1 如图 11 4 1 是观察水面波衍射的实验装置 AC 和 BD 是两块挡板 AB 是一个孔 O 是波源 图中已画出波源所在区域波的传播情况 每两条相 邻波纹 图中曲线 间的距离表示一个波长 则波经过孔之后的传播情况 下列说法中正确的是 图 11 4 1 A 此时能明显观察到波的衍射现象 B 挡板前后波纹间距离相等 C 如果将孔 AB 扩大 有可能观察不到明显的衍射现象 D 如果孔的大小不变 将波源的频率增大 将能更明显地观察到衍射现象 解析 此时孔的尺寸与波长相近 能观察到明显的衍射现象 所以 A 选项正确 衍射不改变波速和频率 所以 B 选项正确 孔扩大后 将逐渐偏离发生明显 衍射的条件 所以 C 选项正确 而波源频率增大 会使波长变小 偏离明显衍射条件 所以 D 选项错误 所以选 ABC 答案 ABC 方法点方法点拨拨 发生明显衍射的条件是 孔或障碍物的尺寸比波长小或差不多 此题首先要求我们能通过给出的图形 比较出波长与缝宽的关系 其次抓住 f 二 者的关系 再根据发生明显衍射现象的条件 确定出正确的选项 2 波的干涉 例 2 2010 海南卷 如图 11 4 2 为某一报告厅主席台的平面图 AB 是讲台 S1 S2是与讲台上话筒等高的喇叭 它们之间的相互位置和尺寸如图所 示 报告者的声音放大后经喇叭传回话筒再次放大时可能会产生啸叫 为了避免啸叫 话筒最好摆放在讲台上适当的位置 在这些位置上两个喇叭传来的声 音因干涉而相消 已知空气中声速为 340m s 若报告人声音的频率为 136Hz 问讲台上这样的位置有多少个 图 11 4 2 方法点方法点拨拨 干涉和衍射现象是波的特有的现象 一切波 包括电磁波 都能发生干涉和衍射 反之 能发生干涉和衍射的一定是波 变式训练 如图 1143 所示为两列频率相同的水波在 t 0 时刻的叠加情况 图中实线表示波峰 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 下列说法正确的是 图 1143 A A C 两点是振动减弱点 B E 点是振动加强点 C B D 两点在该时刻的竖直高度差为 4cm 用心 爱心 专心3 D t 0 05s 时 E 点离平衡位置的位移大小为 2cm 答案 3 声波 例 声波属于机械波 下列有关声波的描述中正确的是 A 同一列声波在各种介质中的波长是相同的 B 声波的频率越高 它在空气中传播的速度越快 C 声波可以绕过障碍物传播 即它可以发生衍射 D 人能辨别不同乐器同时发出的声音 证明声波不会发生干涉 答案 C 方法点方法点拨拨 声源体发生振动会引起四周空气振荡 那种振荡方式就是声波 声以波的形式传播着 我们把它叫做声波 变式训练 关于次声波和超声波 下列说法中正确的是 A 次声波和超声波都不能引起人类听觉器官的感觉 B 次声波和超声波都容易发生明显的衍射现象 C 次声波在传播过程中基本上是沿直线传播的 D 超声波在传播过程中基本上是沿直线传播的 AD 4 多普勒效应 例 图 1144 所示 三张图片分别反映了飞机以三种不同速度在空中 不考虑空气的流动 水平飞行时 产生声波的情况 图中一系列圆表示声波的传播情 况 A 点表示飞机的位置 已知声波在空气中的速度为 340m s 则由图可知 图 1144 A a 图中的飞机速度最大 b 图中的飞机速度大于 340m s B b 图中的飞机速度最大 b 图中的飞机速度小于 340m s C c 图中的飞机速度最大 b 图中的飞机速 度等于 340m s D 不能判断哪个图中的飞机速度最大 也不能判断哪个图中的飞机速度的大小 解析 从三个图可以看出 c 图中的飞机速度最大 a 图中的飞机速度最小 b 图中的飞机速度与声波传播的速度相等 即 340m s 选项 A B D 错误 选项 C 正确 答案 C 方法点方法点拨拨 飞机在运动过程中发出声波 飞机的速度不同产生的声波的波形的密集程度不同 声波发出后 是以发出点为球心的球面波 由于飞机的运动 飞 机发出的声波是以不同的位置为球心的球面波 变式训练 当人听