高中物理第二章机械波5波的干涉衍射6多普勒效应

5波干涉、衍射6多普勒效应第二章机械波1/47[学习目标]1.知道波叠加原理，知道波干涉现象实质上是波一个特殊叠加现象.2.知道波干涉图样特点，了解形成稳定干涉图样条件.3.知道波衍射现象，了解波发生显著衍射现象条件.4.了解多普勒效应，能利用多普勒效应解释一些物理现象.2/47内容索引重点探究启迪思维探究重点达标检测检测评价达标过关自主预习预习新知扎实基础3/47自主预习4/47一、波叠加原理1.波叠加原理在几列波传输重合区域内，质点要

参加由几列波引发振动，质点总位移等于各列波单独存在时在该处引发振动位移

.2.了解(1)假如介质中一些质点处于两列波波峰与波峰、波谷与波谷相遇处，则振动

(填“加强”或“减弱”)，合振幅将

(填“增大”“不变”或“减小”).(2)假如质点处于波峰与波谷相遇处，则振动

(填“加强”或“减弱”)，合振幅

(填“增大”“不变”或“减小”).同时矢量和加强增大减弱减小5/47二、波干涉现象1.波干涉：

两列波叠加，使介质中一些区域质点振动一直

，另一些区域质点振动一直

，而且这两种区域相互间隔、位置

.这种稳定叠加现象(图样)叫做波干涉.2.产生干涉一个必要条件是两列波

必须相同.3.波干涉现象是在特殊条件下波

.

只要满足一定条件都能发生干涉现象.频率相同加强减弱保持不变叠加频率一切波6/47三、波衍射现象1.波衍射波能够绕到

后面传输现象.2.波发生显著衍射现象条件当缝宽度或障碍物尺寸大小与

相差不多或比

小时，就能看到显著衍射现象.3.波衍射普遍性一切波都可发生

现象.障碍物波长波长衍射7/47四、多普勒效应及其应用1.定义：当观察者和波源之间有相对运动时，观察者测得频率与波源频率

.2.成因(1)波源S与观察者A相对于介质都静止时，观察者单位时间内接收到完整波数目与单位时间内波源发出

，所以，观察者接收到频率和波源振动频率

.(2)当观察者与波源二者相互靠近时，观察者在单位时间内接收到完整波数目

，接收到频率将

波源振动频率.不一样相同相同增多大于8/47(3)当观察者与波源二者相互远离时，观察者在单位时间内接收到完整波数目

，接收到频率将

波源振动频率.3.应用(1)测量心脏血流速度；(2)测定人造卫星位置改变；(3)测定流体流速；(4)检验车速；(5)判断遥远天体相对于地球运动速度.降低小于9/471.判断以下说法正误.(1)只有当障碍物尺寸与波长差不多或比波长小时，才会发生衍射现象.(

)(2)敲击音叉使其发声，然后转动音叉，听到声音忽强忽弱是声波干涉现象.(

)(3)只有频率相同两列波才能够叠加.(

)(4)当波源和观察者向同一个方向运动时，一定发生多普勒效应.(

)[即学即用]××√×答案10/472.两个频率、振动方向、初始相位均相同波源S1、S2，产生波在同一介质中传输时，某时刻t形成如图1所表示干涉图样，图样中两波源S1、S2同时为波谷(实线表示波峰，虚线表示波谷)，在图中标有A、B、C三个点，则振动加强点是________，振动减弱点是_____.答案图1A、BC解析由题图可知A点为波峰与波峰相遇，是振动加强点；B点是波谷与波谷相遇，是振动加强点；C点是波峰与波谷相遇，是振动减弱点.解析11/47重点探究12/47一、波叠加[导学探究]

(1)两个同学分别抓住绳子两端，各自抖动一下，绳上产生两列凸起且相向传输波，两列波相遇后是否还保持原来运动状态继续传输？答案两列波相遇后依然保持原来各自运动状态继续传输，并没有受到另一列波影响.(2)当教室内乐队合奏时，我们听到某种乐器声音与这种乐器独奏时发出声音是否相同？这种声音是否受到了其它乐器影响？答案相同，没有受到其它乐器影响.答案13/47[知识深化]

对波叠加了解(1)波独立传输特征：几列波相遇时各自波长、频率等运动特征，不受其它波影响.(2)波叠加原理：在几列波重合区域里，介质质点同时参加这几列波引发振动，质点位移等于这几列波单独传输时引发位移矢量和.14/47例1

(多项选择)如图2所表示，波源S1在绳左端发出频率为f1、振幅为A1半个波形a，同时另一个波源S2在绳右端发出频率为f2、振幅为A2半个波形b，且f1<f2，P为两个波源连线中点.已知机械波在介质中传输速度只由介质本身性质决定.以下说法正确是答案解析A.两列波相比，a波将先抵达P点B.两列波在P点叠加时，P点位移最大可达A1＋A2C.b波峰抵达P点时，a波峰还没有抵达P点D.两列波相遇时，绳上位移可达A1＋A2点只有一

个，此点在P点左侧

图2√√15/47解析因两列波波速相等，故两列波能同时抵达P点，A错误；因f1<f2，由λ＝

可知，λ1>λ2，故当两列波同时抵达P点时，a波波峰离P点距离比b波波峰离P点距离大，所以两波峰不能同时抵达P点，两波峰应相遇在P点左侧，此位置对应位移为A1＋A2，位移最大，总而言之，B错误，C、D正确.16/47二、波干涉[导学探究]

如图3所表示，与振动发生器相连两个小球，在振动发生器带动下上下振动，形成两个振动频率和振动步调相同波源，在水面上形成两列步调、频率相同波，两列波在水面上相遇时，能观察到什么现象？假如改变其中一个小球振动快慢，还会形成这种现象吗？答案在水面上出现一条条从两个波源中间伸展开相对平静区域和猛烈振动区域.改变其中一个小球振动快慢，这种现象将消失.答案图317/47[知识深化]

对波干涉了解(1)发生干涉条件：①两列波频率相同；②相位差恒定.(2)产生稳定干涉图样两列波振幅越靠近，干涉图样越显著.(3)干涉图样及其特点①干涉图样：如图4所表示.图418/47②特点a.加强区和减弱区位置固定不变.b.加强区一直加强，减弱区一直减弱(加强区与减弱区不随时间改变).c.加强区与减弱区相互间隔.(4)振动加强点和振动减弱点①振动加强点：振动振幅等于两列波振幅之和，A＝A1＋A2.②振动减弱点：振动振幅等于两列波振幅之差，A＝|A1－A2|.19/47③振动加强点和振动减弱点判断a.条件判断法：振动频率相同、振动情况完全相同两波叠加时，设点到两波源旅程差为Δx，当Δx＝|x2－x1|＝kλ(k＝0,1,2，…)时为振动加强点；当Δx＝|x2－x1|＝(2k＋1)(k＝0,1,2，…)时为振动减弱点.若两波源振动步调相反，则上述结论相反.b.现象判断法：若某点是波峰与波峰或波谷与波谷相遇，该点为振动加强点，若是波峰与波谷相遇，则为振动减弱点.20/47例2如图5所表示，S1、S2是两个步调完全相同相干波源，其中实线表示波峰，虚线表示波谷.若两列波振幅均保持5cm不变，关于图中所标a、b、c、d四点，以下说法中正确是A.d点一直保持静止不动B.图示时刻质点c位移为零C.b点振动一直加强，c点振动一直减弱D.图示时刻，b、c两点竖直高度差为10cmE.a点振动介于加强点和减弱点之间√答案解析图521/47解析点d是波峰与波谷相遇，振动减弱，振幅为零，故保持静止，故A正确；b点是波峰与波峰相遇，c点是波谷与波谷相遇，它们均属于振动加强点，因为振幅是5cm，则b点相对平衡位置高10cm，而c点相对平衡位置低10cm，所以b、c两点竖直高度差为20cm，故B、C、D错误；a点位于加强点连线上，仍为加强点，E错误.22/47总结提升振动加强点和振动减弱点了解：不能认为振动加强点位移一直最大，振动减弱点位移一直最小，而应该是振幅增大点为振动加强点，其实这些点也在振动，位移能够为零；振幅减小点为振动减弱点.23/47例3如图6甲所表示，在xOy平面内有两个沿z方向做简谐振动点波源S1(0,4)和S2(0，－2).两波源振动图线分别如图乙和图丙所表示.两列波波速均为1.00m/s.两列波从波源传输到点A(8，－2)旅程差为____m，两列波引发B(4,1)处质点振动相互______(填“加强”或“减弱”)，C(0,0.5)处质点振动相互______(填“加强”或“减弱”).答案解析图62减弱加强24/47解析由题图可知两波波长都为λ＝vT＝2m.由几何关系可知两波源到A点距离为AS1＝10m，AS2＝8m，所以两波旅程差为2m；同理可得，BS1－BS2＝0，为波长整数倍，由振动图像知两振源振动情况相反，故B点振动减弱；两波源到C点旅程差为Δx＝CS1－CS2＝1m，所以C点振动加强.25/47方法点拨依据条件判断法来确定振动加强点和振动减弱点时，一定要注意两波源振动情况是相同还是相反.26/47三、波衍射[导学探究]

如图7所表示是一个可观察水波衍射水波发生槽，振源频率是能够调整，槽中放置两块可移动挡板形成宽度可调整小孔，观察水波传输，也能够在水槽中放置宽度不一样挡板，观察水波传输.思索以下问题：(1)水波碰到小孔时，会观察到什么现象？逐步减小小孔尺寸，观察到现象有什么改变？答案水波碰到小孔时，水波能穿过小孔，并能抵达挡板后面“阴影区”，小孔尺寸减小时，水波抵达“阴影区”现象愈加显著.答案图727/47(2)当水波碰到较大障碍物时，会观察到什么现象？当障碍物较小时，会观察到什么现象？答案当水波碰到较大障碍物时，将会返回，当障碍物较小时，波能继续向前传输.答案28/47[知识深化]1.关于衍射条件：应该说衍射是没有条件，衍射是波特有现象，一切波都能够发生衍射.衍射只有“显著”与“不显著”之分，障碍物或小孔尺寸跟波长差不多，或比波长小是产生显著衍射条件.2.波衍射实质分析：波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)好像是一个新波源，由它发出与原来同频率波在小孔(障碍物)后传输，就偏离了直线方向.波直线传输只是在衍射现象不显著时近似情况.29/47例4

(多项选择)如图8所表示是观察水面波衍射试验装置.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传输情况，每两条相邻波纹(图中曲线)之间距离表示一个波长，则关于波经过孔之后传输情况，以下描述中正确是A.此时能观察到波显著衍射现象B.挡板前后波纹间距离相等C.假如将孔AB扩大，有可能观察不到显著衍射现象D.假如孔大小不变，使波源频率增大，能观察到更

显著衍射现象√√答案解析图8√30/47解析

由题图可知孔尺寸与波长差不多，能观察到波显著衍射现象，故选项A对；因波传输速度不变，频率不变，故波长不变，即挡板前后波纹间距离应相等，故选项B对；若将孔AB扩大，使孔尺寸大于波长，则可能观察不到显著衍射现象，故选项C对；若f增大，由λ＝

知λ变小，衍射现象变得不显著了，故选项D错.31/47四、多普勒效应[导学探究]

警车鸣笛从你身边飞速驶过，对于警车向你靠近和警车远离过程，你会听到警笛声音在改变.思索以下问题：(1)你听到警笛音调有何不一样？(2)实际上警笛音调会改变吗？(3)听到音调发生改变原因是什么？答案

(1)警车驶来时，音调变高；警车远离时音调变低.(2)实际上警笛音调不会改变.(3)警车与观察者假如相互靠近，观察者接收到频率增大；假如二者相互远离，观察者接收到频率减小，所以会感觉警笛音调发生改变.答案32/47[知识深化]

对多普勒效应了解(1)多普勒效应是波共有特征，不但机械波，光波和电磁波也都会发生多普勒效应.(2)发生多普勒效应时，波源发出频率不变，改变是观察者接收到频率.(3)多普勒效应产生原因分析①相对位置改变与频率关系(规律)：

相对位置图示结论波源S和观察者A相对静止，如图所表示f观察者＝f波源音调不变33/47波源S不动，观察者A运动，由A→B或A→C，如图所表示若靠近波源，由A→B，则f观察者>f波源，音调变高；若远离波源，由A→C，则f观察者<f波源，音调变低观察者A不动，波源S运动，由S→S′，如图所表示f观察者>f波源音调变高②成因归纳：依据以上分析能够知道，发生多普勒效应时，一定是因为波源与观察者之间发生了相对运动且他们之间距离发生改变.34/47例5关于多普勒效应，以下说法中正确是A.发生多普勒效应时，波源频率发生了改变B.要发生多普勒效应，波源和观察者必须有相对运动且他们之间距离

发生改变C.火车向你驶来时，你听到汽笛声音调变低，火车离你远去时，你听

到汽笛声音调变高D.只有声波才能发生多普勒效应√答案解析35/47解析发生多普勒效应时，波源频率并没有发生改变，波源和观察者必须有相对运动，且他们之间距离发生改变，故A错误，B正确；依据多普勒效应可知，当波源和观察者间距变小，观察者接收到频率一定比波源频率高.当波源和观察者间距变大，观察者接收到频率一定比波源频率低，故C错误；全部波都能发生多普勒效应，故D错误.36/47归纳总结多普勒效应判断方法1.确定研究对象(波源与观察者).2.确定波源与观察者二者间距是否发生改变.若有改变，能发生多普勒效应，不然不发生.3.判断：当二者远离时，观察者接收到波频率变小，当二者靠近时，观察者接收到波频率变大，但波源频率不变.37/47针对训练(多项选择)火车上有一个声源发出频率一定音乐.当火车静止，观察者也静止时，观察者听到并记住了这个音乐音调.以下情况中，观察者听到这个音乐音调比原来降低是A.观察者静止，火车向他驶来B.火车静止，观察者乘汽车向着火车运动C.观察者静止，火车离他远去D.火车静止，观察者乘汽车远离火车运动√√答案解析38/47解析依据多普勒效应可知，当波源和观察者间距离变小，观察者接收到频率一定比波源频率高.当波源和观察者间距离变大，观察者接收到频率一定比波源频率低.观察者听到这个音乐音调比原来降低，即接收到声波频率降低，说明观察者和火车之间距离在变大.所以A、B错误，C、D正确.39/47达标检测40/4712341.(波叠加)(多项选择)两个不等幅脉冲波在均匀介质中均以1.0m/s速率沿同一直线相向传输，t＝0时刻波形如图9所表示，图中小方格边长为0.1m.则不一样时刻波形正确是答案解析图9√√√41/471234解析脉冲波在介质中传输，x＝vt，当t＝0.3s时，两脉冲波各沿波传输方向传输0.3m，恰好相遇，故A正确.当t＝0.4s、0.5s、0.6s时，两脉冲波各沿波传输方向传输0.4m、0.5m、0.6m，由波叠加原理可知B、D正确，C错误.42/4712342.(波干涉)(多项选择)图10表示两个相干波源S1、S2产生波在同一个均匀介质中相遇.图中实线表示波峰，虚线表示波谷，b、d、f在一条直线上，以下说法正确是A.a、c两点振动加强，b、d两点振动减弱B.e、f两点振动介于加强点和减弱点之间C.经适当时间后，加强点和减弱点位置交换D.经半个周期后，原来位于波峰点将位于波谷，原来位于波谷点将

位于波峰

√√答案解析图1043/47解析波干涉示意图表示某一时刻两列相干波叠加情