2019-2020学年高中物理 第二章 机械波 第5节 波的干涉、衍射 第6节 多普勒效应学案 教科版选修3-4

第5节波的干涉和衍射第6节多普勒效应1.知道波的叠加原理。2.了解形成稳定干涉图样的条件，掌握振动强化点和弱化点的振动情况。(主要困难)3。掌握波浪明显绕射的条件。(关键)4。了解多普勒效应，并能用多普勒效应来解释一些相关的物理现象。(困难)首先，波叠加原理：在波分几排传播的叠加区域，粒子应同时参与几排波引起的振动，粒子的总位移等于每排波单独存在引起的振动位移的矢量和。这就是波叠加的原理，如图所示。二、波浪干扰现象1.定义：两列相同频率的波叠加在一起，使介质中某些区域的粒子振动一直增强，而其他区域的粒子振动一直减弱，两个区域相互分离，位置保持不变。这种稳定的叠加现象称为波干涉。形成的图案称为干涉图案。2.干涉的必要条件：两个波的频率必须相同，两个波源的振动在同一步。第三，波衍射现象1.定义：波可以在障碍物后面绕过的现象叫做波的绕射。2.出现明显衍射现象的条件：当狭缝的宽度或障碍物的大小等于或小于波长时，可以观察到明显的衍射现象。四.多普勒效应及其应用1.多普勒效应：指由于观察者与波源之间的相对运动，观察者获得的频率与波源的频率不同的现象。奥地利物理学家多普勒在1842年首次发现了它。2.根据多普勒效应的模拟实验(1)当波源和观察者都相对于介质静止时，观察者每单位时间接收的完整波的数量与波源每单位时间发射的完整波的数量相同，并且观察者接收的频率和波源的振动频率相同。(2)当波源和观测器相互靠近时，观测器每单位时间接收的完整波数增加，观测器接收的频率大于波源的振动频率。(3)当波源和观测器相距较远时，观测器每单位时间接收的完整波数减少，表明测得的频率小于波源振动的频率。3.多普勒效应的应用(1)通过测量血流速度，可以在医院中使用超声波来检查脑、眼底等的血管病变。(2)测量卫星位置的变化，测量流体的流速，检查车速等。(3)通过测量天体上元素发出的光波的频率，可以计算出天体相对于地球的运动。刘的小说金陵十二钗中有一段话是这样说的：她不喜欢拿竖琴。她在院子里发现了一些东西，非常高兴。她走过去仔细看了看，报告说：“皇后，多巧啊！有现成的乞讨碗！”院子里有一个石雕平台，平台上有一个双耳铜盆，里面装满了雨水。胡琴试着用手摩擦两只耳朵。盆里的水似乎突然沸腾了。胡琴开心地笑了。双耳铜盆里的水是什么？提示：用手摩擦铜盆的两个耳朵会产生振动，两个频率相等的波源在铜盆的水面上激发两排水面波，造成干扰。盆里的水似乎突然沸腾了。对波干涉的理解1.波的叠加是无条件的：任何频率的两个波在空间相遇时都会叠加。2.稳定干扰模式的产生是有条件的(1)两列相同类型的波。(2)波的频率是相同的。(3)振动方向相同。(4)相位差是恒定的。3.干涉图样及其特征(1)干涉图样如图所示：(2)特征强化区和弱化区的位置是固定的。(2)强化区域总是强化的(2)现象判断法：如果一个点总是与峰和峰(或谷和谷)相交，则该点为加强点；如果波峰和波谷总是相遇，那就是弱化点。(1)振动加强点的位移总是等于两列波分别引起的位移之和。然而，它并不总是处于顶峰或低谷。它们都在平衡位置附近振动。在某些情况下，位移为零，但振幅是两列波振幅的总和，这使得振动强烈。(2)振动衰减点总是被削弱，其位移总是等于两个波引起的位移之差。振幅是两个波的振幅之差。如果两个波的振幅相同，振动衰减点将始终处于静止状态，不会振动。从命题角度判断波1的干扰条件众所周知，空气中的声速为340米/秒。声波有几种：周期为s，频率为104赫兹，波长为10米。如果遇到宽度约为13米的障碍物，就会产生明显的衍射现象()a.和 b.和c.1和c.3 d。分析由波速公式v= f:波长=vt，则、声波的波长分别为 1=340 m=17 m， 2=m=0.034 m， 3=10 m。根据存在明显衍射现象的条件， 两种声波的波长与障碍物的大小相似，会产生明显的衍射现象，所以c是正确的。回答 c命题视角2振动强化点和衰减点的判定如图(a)所示，有两个点波源s1 (0，4)和s2(0，-2)，它们在xy平面内沿z方向进行简谐振动。图(b)和图(c)分别显示了两个波源的振动图。两个波的波速为1.00米/秒。从波源传播到点a(8，-2)的两个波之间的距离差为_ _ _ _ _ _米，由这两个波引起的点b (4，1)处的粒子振动为_ _ _ _ _ _(充满“加强”或“减弱”)和点c (0，0.0)分析从点波源s1 (0，4)的振动形式到点a(8，-2)的距离是l1=10米，从点波源s2(0，-2)的振动形式到点a(8，-2)的距离是l2=8米，从波源到点a(8，-2)的两个波之间的距离差是l=l1-l2=2米。由于两个波的波源到点b (4，1)的距离相等， 距离差为零，当t=0时，两个波的波源的振动方向相反，因此从振动图中可以看出，波周期为t=2 s，波长=vt=2 m。由于两个波的波源到点c (0，0.5)的距离分别为3.5 m和2.5 m，距离差为1 m， 并且当t=0时，两个波的波源的振动方向相反，当它们到达点c时，两个波的振动方向相同，导致点c处的粒子振动相互加强。回答 2弱化与强化(1)先找到振动强化点和振动衰减点：根据波峰与波峰相遇(或波谷与波谷相遇)的点作为振动强化点，波峰与波谷相遇的点作为振动衰减点，找到一系列强化点和衰减点。(2)再次查找振动强化区和弱化区：根据波传播方向上强化点的连线作为强化区，弱化点的连线作为弱化区，确定强化区和弱化区。(3)当波形随时变化时，波形可以沿波浪线方向移动，从而找到一般粒子的振动情况，更准确地确定强化区和弱化区。1.(多选)如图所示，s1和s2是两个振动条件完全相同的波源。这两种波的波长是。它们在介质中产生干涉现象。s1和s2在空间上形成6个振动衰减区(图中虚线)。从图中可以看出，p是振动衰减区域中的一个点()a p和两个波源之间的距离差等于1.5两个波源之间的距离必须在2(1)障碍物或孔洞的大小不是决定衍射是否发生的条件，而是衍射现象明显的条件。一般来说，波长较大的波容易产生明显的衍射现象。(2)当波传播到小孔(或障碍物)时，小孔(或障碍物)似乎是一个新的波源，与原始波频率相同的波在孔(或障碍物)后面传播，从而发生偏离直线传播的衍射现象。(3)当孔的尺寸远小于波长时，虽然衍射很突出，但衍射波的能量很弱，衍射现象不容易观察到。2.用惠更斯原理解释衍射现象(1)波源在介质中振动。由于介质中粒子之间的弹性力，波源的振动从介质由近到远传递到周围，形成波，当波形成时，它可以独立于波源而存在，因为一旦波源驱动粒子振动，被驱动的粒子可以被视为新的波源并驱动其他粒子振动。因此，所有被驱动的粒子都可以被视为一种新的波源。(2)由在平面介质中振动的振动源形成的波具有圆形波面。波面粒子被认为是一种新的小波源。新波源的波面也是一个圆。同一波面上新的子波源的波面包络面是原波源的波面。(3)当遇到缝隙或孔洞且缝隙或孔洞的尺寸较大时，孔洞中的粒子振动可视为许多小波源。这些小波源的波面包络面仍保持原波面形状，但边缘发生变化，衍射现象不明显。(4)当狭缝或孔的尺寸约等于或小于波长时，形成的波面是一个以小孔为“中心”的圆，从而观察到明显的衍射现象。(多选)如图所示，s为波源，m和n为两块挡板，其中m板固定，n板可左右移动。两个盘子中间有一个裂缝。此时，点a没有明显的振动。为了使a点有明显的振动，可以采用的方法是()a.增加波源的频率b .降低波源的频率c.将n板移到右边分析a点的明显振动意味着明显的衍射现象。明显衍射现象的条件是障碍物或小孔的尺寸小于或接近波长。当狭缝距离不变时，波长必须增加，并且v是确定的。从v=f 可以看出，增加意味着减少f；当波长不变时，向左移动n板将减小狭缝距离，并产生明显的衍射。回答 bd2.利用造波水槽获得的水面波形如图a和图b所示，然后()甲方和乙方a.图a和b都显示了波干涉现象图a和图b都显示了波的衍射现象。图a显示了波的干涉现象，图b显示了波的衍射现象d.图a显示了波的衍射，图b显示了波的干涉。分析：所选d波的干扰表明，增强区和减弱区相互交替，波的绕射是指波绕过障碍物并经过