4波的干涉_衍射和多普勒效应

4波的干涉、衍射和多普勒效应一、考点聚焦1、波的叠加，波的干涉、衍射现象 2、声波、超声波及其应用 3、多普勒效应 二、知识扫描1、波的衍射现象：波绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射。发生明显衍射的条件是，孔、缝、障碍物的尺寸比波长小或跟波长相差不多。一切波都能发生衍射，衍射是拨特有的现象。2、波的叠加：几列波相遇时能够保持各自的运动状态继续传播；在他们重叠的区域内，介质的质点同时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分别引起的位移的矢量和。3、波的干涉：两列相干波叠加，使得某些区域振动加强，某些区域振动减弱，并且振动加强区域和振动减弱区域相互间隔，这种现象叫做波的干涉，形成的图样叫做波干涉图样。产生干涉的条件是两列波的频率相同，相位差恒定。一切波都可能发生干涉，干涉是波特有的现象。4、多普勒效应：由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到波的频率发生变化的现象，叫做多普勒效应。当波源和观察者相对静止时，观察者接收到的频率等于波源的频率。当波源和观察者相对靠近时，观察者接收到的频率大于波源的频率。当波源和观察者相对远离时，观察者接收到的频率小于波源的频率。一切波都能发生多普勒效应。设波源S振动的频率为f，波源和观察者A孝沿同一直线运动，相对于地面的速度分别为vS和vA。波在介质中的传播速度为vp，且vSvp，vAvp，则观察者接收到的频率为.三、好题精析例1 两列相干波的振幅分别为A1和A2，某时刻介质中质点P的位移大小为A1+A2，则（ ）A、质点的振幅一直为A1+A2B、质点的振幅再过半个周期为A1A2C、质点的位移大小一直为A1+A2D、质点的位移大小再过半个周期为A1+A2解析相干波的叠加是稳定的，所以A选项正确，B选项错误；此刻，P正在波峰，半个周期后P点将运动到波谷，所以D选项正确，C选项错误；点评振动的位移是随时间变化的，而振动的振幅是不变的（无阻尼振动中）。例2 如图7-4-1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（ ）A、1处 B、3处 C、5处 D、无数处解析岸边到两个波源距离差（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）。O点的波程差最大，为5m，其左右各有波程差为3m、1m的平静地点，所以始终平静处一共5处，所以选C.点评要求掌握干涉区振动加强和振动减弱条件。例3 图7-4-2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（ ）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，更加符合明显衍射条件，所以D选项错误。所以选ABC.点评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。例4 如图7-4-3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、f1f，f2f B、f1f C、f1f，f2f D、f1f，f2f解析由于波源向A相对靠近，所以f1f；而波源相对B远离，所以f2f，所以D.点评掌握多普勒效应的规律。例5 以速度v=20m/s行驶的火车，鸣笛声频率f=275Hz，常温下空气中的声速为V=340m/s.当火车驶来时，站在铁道旁的观察者听到的笛声频率是多少？当火车驶去时，站在铁道旁的观察者听到的笛声频率又是多少？解析火车驶来时，观察者感受到的声波波长为 1=VT-vT=所以，观察者感受到的声波频率为 f1=292Hz火车驶去时，观察者感受到的声波波长为 2=VT+vT=所以，观察者感受到的声波频率为 f2=260Hz点评解多普勒效应问题，关键是建立运动模型，即由于波源的相对运动使相邻波峰间距离被压缩或拉大，导致接受波长的变化，使人听起来觉得频率变了。四、变式迁移1、关于波的衍射，下列说法中正确的是（ ）A、衍射现象必须在一定条件下才能发生B、明显衍射现象必须在一定条件下才能发生C、衍射是某些波所特有的现象D、衍射是所有波所特有的现象2、如图7-4-4所示，一个波源在绳的左端发出半个波a，频率为f1,振幅为A1，另一个波源在绳的右端发出半个波b，频率为f2,振幅为A2，P为两波前锋间的中点，则下列说法中错误的是（ ）A、两列波相遇时，P点的振幅可达A1+A2B、两列波同时到达P点C、两列波相遇时，各自保持原来的波形独自传播D、两列波相遇后，绳上波峰位移可达A1+A2的点只有1个，此点在P点的左侧五、能力突破1、两列频率相同的声波在空气中相遇发生干涉时（ ）A、振动加强质点的位移总是最大B、在某一时刻，振动加强质点的位移可能小于振动减弱质点的位移C、振动加强质点的位移随时间不断变化D、振动减弱质点的振幅一定小于振动加强质点的振幅2、关于次声波和超声波，下列说法中正确的是（ ）A、频率低于20Hz的声波为次声波，频率高于20000Hz的声波为超声波B、次声波波长比可闻波短，超声波的波长比可闻波长C、次声波频率太低，即使是高强度次声波对人体也没有伤害D、在同一均匀介质中，在相同的外部环境下，次声波、可闻波、超声波的波速相同3、下列现象中属于声波的衍射现象的有（ ）A、雨天雷声轰鸣B、山谷中听到回声C、隔着墙壁听到别人说话声D、在室外演讲更费力4、两列横波满足相干条件，则（ ）A、波峰与波峰相遇处振动加强B、波谷与波谷相遇处振动减弱C、波峰与波谷相遇处振动加强D、波谷与波峰相遇处振动减弱5、两个相同的固定声源，发出波长相等的声波相叠加，如果某时刻，叠加区域中的P点是两列波的波谷相遇，那么，在以后的时间里，P点的振动情况是（ ）A、有时加强，有时减弱B、经过半个周期的奇数倍时加强C、始终加强D、始终减弱6、对于波长为300m的声波，下列说法中正确的是（ ）A、在同一介质中，比波长为20m的声波传播的慢B、不能被听见C、波长太短，不能发生明显衍射D、波长太长不能被反射7、当人听到声音频率越来越低时，可能是因为（ ）A、声源和人都是静止的，但是声源振动频率越来越低B、人静止，声源远离人做匀速直线运动，且声源的频率不变C、人静止，声源远离人做匀加速直线运动，且声源的频率不变D、声源静止，人远离声源做匀加速直线运动，且声源的频率不变8、如图7-4-5所示，相干波源S1、S2反向振动时，产生波长为1m的相干波，图中虚线为两波源连线的中垂线。A、B是叠加区域中两点，S1A=12m，S2A=14m，S1B=12.5m，S2B=11m，则A、B点是振动加强的还是振动减弱的？9、蝙蝠每秒钟发出50次超声波，每次发出100个频率为105Hz的完全波，在空气中形成一系列不连续的波列。已知空气中声速为340m/s，求：每个波列的长度以及两个波列间隔的距离？若这列波进入水中，声波在水中的速度为1450m/s，那么波列的长度以及两个波列间隔的距离又是多少？10、