015选择性必修第一册 第三章 机械波 第3-5节

PAGE1PAGE波的反射、折射和衍射揭秘考情揭秘学法指津基本考查点波的反射、折射和衍射现象1.了解波的反射、折射和衍射现象产生的原因及影响因素；2.学会通过实际现象分析波在传播过程中遇到障碍物所发生的现象的规律。热点及难点1.波的反射、折射及衍射现象的应用2.发生明显衍射现象的条件题型及难度选择题、填空题为主，也有计算题难度：中等偏易高考中的地位不常涉及【问题驱动】为什么对着远处的峭壁大喊一声会听到回声？波在传播过程中，遇到障碍物时，会发生哪些现象？声音在传播过程中，遇到障碍物时会发生反射。所以一旦我们对着远处的峭壁大喊一声就会听到回声，这就是声波在峭壁上反射的结果。生活中，如果仔细观察，我们还会发现水波在遇到挡板时也会发生反射，那么，波的反射遵循什么规律呢？波的反射一、波的反射物理学中，把波遇到障碍物返回来继续传播的现象叫作波的反射。【拓展】生活中的物理现象夏天的雨季，大雨来临前一道闪电过后，接着我们就会听到一阵“轰轰隆隆”的雷鸣，说一说这种雷声是怎么形成的？【答案】云层积累的大量电荷放电，形成闪电同时发出巨大声音，声波在不同云层之间反复反射，所以较长时间内都能听到“轰轰隆隆”的声音。二、反射定律如果用一条射线代表水波的入射方向（入射线），用另一条射线代表水波的反射方向（反射线），通过实验，我们发现水波的反射与初中学过的光的反射遵循同样的规律。①反射线、法线与入射线在同一平面内；②反射线与入射线分居法线两侧；③反射角等于入射角。【说明】①入射角：入射波的波线与法线的夹角叫做入射角，用i表示②反射角：反射波的波线与法线的夹角叫做反射角，用i'表示【特别提醒】①一切波都会发生反射现象，而且其反射过程都遵循反射定律；②反射波的波长、频率、波速都跟入射波的相同。三、波的反射的应用【关键能力点，需重点掌握】1.回声测距（3种常见情况）①当声源不动时，声波遇到了静止障碍物会被反射回来继续传播，由于反射波与人射波在同一介质中传播速度相同，因此，反射波和入射波在传播距离一样的情况下，用的时间相等。设经过时间t听到回声，则声源距障碍物的距离为。②当声源以速度v向静止障碍物运动或障碍物以速度v向静止声源运动时，声源发声时障碍物到声源的距离为③当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离静止的声源时，声源发声时障碍物到声源的距离为【牛刀小试】一只汽船以4m/s的速度在无风湖面上航行，船上发出一声鸣笛，旅客在3s后听到前方悬崖反射回来的声音，已知声音在空气中的传播速度为340m/s。则悬崖离汽船鸣笛时的位置有多远?【答案】516m【解析】轮船鸣笛是声源，此时鸣笛声以340m/s的速度向静止的障碍物（悬崖）运动，则声源发声时障碍物到声源的距离为=2.超声波定位蝙蝠、海豚能发出超声波。超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来，蝙蝠、海豚就是根据接收到的反射回来的超声波来确定障碍物或食物的位置，从而确定飞行或游动方向的。蝙蝠的视觉很不发达，正是因为它能在夜间靠发音器官发出超声波，耳朵接收反射回来的超声波，从而能准确而敏捷地捕捉飞虫和躲避障碍物，还能做圆形转弯、急刹车和快速变换飞行速度等多种“特技飞行”。【问题驱动】我们知道光从一种介质进入另一种介质时会发生折射，那么，机械波会发生折射吗？理论和实验证明，一切波都会发生折射现象。比如，一列水波在深度不同的水域传播时，在交界面处就将发生折射。那么，波为什么会发生折射呢？波的折射一、波的折射波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生了改变的现象就叫做波的折射。二、折射规律（与光的折射规律相似）①入射线、法线、折射线在同一平面内；②入射线与折射线分居法线两侧；③入射角i的正弦跟折射角r的正弦之比等于波在第一种介质中的速度v1跟波在第二种介质中的速度v2之比，即：【说明】1.折射角：折射波的波线与两介质界面法线的夹角叫做折射角，用r表示。2.根据分析可知：①当入射速度大于折射速度时，折射线偏向法线；当入射速度小于折射速度时，折射线偏离法线。【记忆法门：若i＞r，则波在介质I中的速度大。】②折射现象特例：当波垂直界面入射时，传播方向不改变。3.关于，应用时要注意：①由于波在一种介质中的波速是一定的，所以只与两种介质的性质有关，与入射角、折射角无关；②在应用公式计算时，i为介质Ⅰ中波线与法线的夹角，r为介质Ⅱ中波线与法线的夹角，v1是波在介质Ⅰ中的传播速度，v2是波在介质Ⅱ中的传播速度，一定要注意公式中角度与速度的对应性。【思考】反射波的波长、频率、波速都跟入射波的相同，那么，折射波的频率、波速、波长与入射波的相等吗？为何？答：波发生折射的原因就是因为波在不同介质中的传播速度不同，所以折射波的波速、波长都要发生改变。三、波的反射与折射的对比波的反射波的折射传播方向改变（i′=i）改变（r≠i）特例：当波垂直界面入射时，传播方向不改变。频率f不变不变波速v不变改变波长λ不变改变【特别提醒】1.频率f由波源决定，故无论是反射波的频率还是折射波的频率都与入射波的频率，波源的振动频率相同。例如：正因为波在反射或折射后，其频率不变，故我们听到的回声与原声音调相同，花样游泳运动员在水下与水上听到的音乐曲调也是相同的。2.波速v由介质决定，因反射波与入射波在同一介质中传播，故波速不变，而折射波与入射波在不同介质中传播，所以波速发生变化。3.根据v=λ·f知，波长λ与v及f有关，即与介质和波源有关。反射波与入射波在同一介质中传播，波速相同，频率相同，故波长相同；折射波与入射波在不同介质中传播，v不同，f相同，故λ不同。【易错易混辨析】1.波向前传播在两介质的界面上要么发生反射，要么发生折射，二者不会同时发生。（×）解析：当波从一种介质传播到另一种介质界面时，一切波都会发生反射，一切波也都能发生折射。2.波发生反射时波的频率不变，波速变小，波长变短。（×）解析：波发生反射时，除传播方向发生改变外，波的频率、波速及波长都不变。3.波发生折射时波的频率不变，但波长、波速发生变化。（√）解析：波发生折射的原因就是因为波在不同介质中的传播速度不同，所以折射波的波速、波长都要发生改变，但是波的频率是由波源决定的，只要波源频率不变，无论是反射波的频率还是折射波的频率都与入射波的频率，也即波源的振动频率相同。4.波发生折射时，传播方向一定会发生改变。（×）解析：当波垂直界面入射时，传播方向不改变，这是波的折射中的特例现象。【问题驱动】在水塘里，微风激起的水波遇到小石、芦苇等细小的障碍物，会绕过它们继续传播。如果在波的前进方向上放一个有孔的屏，也可以看到波通过小孔在屏的后面向各个方向传播。为什么会产生这样的现象呢？产生这些现象需要具备什么条件呢？波的衍射一、波的衍射1.定义波可以绕过障碍物继续传播的现象，叫作波的衍射。【特别提醒】一切波都能发生衍射现象，当波碰到障碍物时，衍射现象总是存在的，只有“明显”与“不明显”之分。2.实验探究：发生明显衍射现象的条件实验1：当水波的波长逐渐变大时，现象如下：实验2：当挡板的小孔逐渐变小时，现象如下：对比分析：①当窄缝或障碍物的宽度与波长相比非常大时，水波将直线传播，几乎观察不到衍射现象，如下图：②窄缝或障碍物的宽度比波长大得越多，衍射现象越不明显。③窄缝或障碍物的宽度与波长相差不多时，有明显的衍射现象，如下图。实验表明：要产生明显衍射现象，必须具备一定的条件：狭缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长小。3.关于波的衍射及产生明显衍射现象的条件的几点注意：①衍射是波特有的现象，凡是能发生衍射现象的都是波。②一切波都能发生衍射现象，只是有的明显，有的不明显。波发生衍射时，波长、频率及速度均不变，由于有能量损失，振幅减小。③障碍物或孔的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是衍射现象是否明显的条件。一般情况下，波长较长的波容易产生明显的衍射现象。④波传到孔或障碍物时，孔或障碍物仿佛一个新波源，由它发出的与原来同频率的波在孔或障碍物后传播，使波偏离了原来的直线方向。于是，就出现了偏离直线传播的衍射现象。因此，波的直线传播是衍射不明显时的近似情形。⑤当孔的尺寸远远小于波长时，尽管衍射非常突出，但由于衍射波的能量很弱，衍射现象也不容易被观察到。【大显身手】如图为波源O传出的一列水波，相邻实线间的距离等于一个波长，下列说法正确的是（）A.波通过孔A，发生明显的衍射现象 B.波通过孔B，不发生衍射现象 C.波遇到障碍物C，发生明显的衍射现象 D.波遇到障碍物D，不发生衍射现象【答案】A【解析】掌握波发生明显衍射的条件是我们解决此类题目的关键，当孔、缝、障碍物的宽度与波长差不多或者比波长还小时，就能够发生明显的衍射现象，这是发生明显衍射的条件，据此判断分析选项。观察图，孔B和障碍物C尺寸明显大于波长，不会发生明显衍射现象，但仍然有衍射现象，只是不明显，不易观察；所以选项B、C错误。孔A和障碍物D尺寸小于和接近波长，会发生明显衍射现象。故选项A正确，D错误。【提醒】注意选项表述里“不明显衍射”不能说成“不发生衍射”。二、生活中常见的波的衍射现象1.声波的衍射现象声波的波长在1.7cm~17m之间，与一般障碍物的尺寸差不多，故声波的衍射现象极为明显，比如“隔墙有耳”、“闻其声不见其人”，反映的都是声波在传播过程中遇到障碍物时，经过障碍物继续传播的衍射现象。2.水波的衍射现象水面上传播的波能够越过水面上的芦苇、小石块等障碍物，这就是典型的水波的衍射现象。3.光波的衍射现象光波的波长通常在0.4~0.7µm的范围内，跟一般障碍物的尺寸相比非常小，所以通常的情况下看不到光波的衍射，我们就说光沿直线传播。如图所示，日晕就是光线通过大气中的微粒时发生的衍射现象。4.电磁波的衍射现象在房间中可以接收到收音机的广播信号和手机信号，是电磁波（无线电波）的衍射现象。如图所示，某列波以60°的入射角由甲介质射到乙介质的界面上同时发生反射和折射，若反射波的波线与折射波的波线的夹角为90°，此波在乙介质中的波速为1.2×105km/s，则：（1）该波的折射角为多大？（2）该波在甲介质中的传播速度为多少？（3）该波在两种介质中的波长比为多少？【思路分析】本题考查波长与波速的公式，需要掌握反射定律与折射定律的应用，还要注意几何关系的正确建立。【答案】（1）（2）该波在甲介质中的传播速度为km/s（3）该波在两种介质中的波长之比为【解析】（1）由几何知识得，折射角。（2）根据，可求该波在甲介质中的传播速度，得：km/s=km/s即该波在甲介质中的传播速度为km/s。（3）光从一种介质进入另一种介质时频率是不变的，由波速公式可得：【题后总结】处理波的折射问题的三点技巧1.要弄清折射现象发生的条件，并能画出波的传播示意图。当波从一种介质斜射入另一种介质时，才发生折射（当波垂直入射时不发生折射现象）。2.要抓住折射波与入射波的区别与联系：折射波的频率与入射波的频率相同，但波速、波长却不同。3.计算时，注意公式中角度与速度的对应；另外，可结合及频率不变的特点，将公式转化为波长与角度的关系解决有关波长的问题。“超”可用于探测人体内脏的病变状况。如图是超声波从肝脏表面入射，经折射与反射，最后从肝脏表面射出的示意图。超声波在进入肝脏发生折射时遵循的规律与光的折射规律类似，可表述为（式中θ1是入射角，θ2是折射角，v1，v2分别是超声波在肝外和肝内的传播速度），超声波在肿瘤表面发生反射时遵循的规律与光的反射规律相同。已知v2=0.9v1，入射点与出射点之间的距离是d，入射角为i，肿瘤的反射面恰好与肝脏表面平行，则肿瘤离肝脏表面的深度h为（）A. B. C. D.【思路分析】本题实质上考查了光的折射、反射的应用，解题关键点就是要根据题意正确画出超声波折射的线路图，这也是当前高考重要考向之一，要求同学们能通过实际现象的分析正确地构建物理模型，然后再依据几何关系以及折射定律求解即可。【答案】D【解析】画出波的传播示意图如下图所示。已知入射角为，设折射角为，根据题意有：、，而，解得：，故ABC错误，D正确，故选D。【题后总结】本题考查角度新颖，有创新性，解答这类问题的关键是正确画出“光路图”，然后根据几何关系求解。常见易错问题剖析如图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的传播情况，每两条相邻波纹（图中曲线）之间距离表示一个波长；关于波经过孔之后的传播情况，下列描述中正确的是（）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，可以观察到更明显的衍射现象 D.如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显观察到衍射现象【错解】错选CD【错因分析】对衍射条件没有正确理解而错选C，只有当缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或者比波长更小时才能观察到明显的衍射现象，缝或小孔的宽度比波长大很多时，不能观察到明显的衍射现象。再有，误认为波源频率增大，波长也随之变大，从而错选D。【正确答案】AB【解析】A.观察题图可知，孔的尺寸与波长差不多，故能明显观察到波的衍射现象，A项正确。B.因衍射后波的传播速度不变，频率不变，故波长不变，也即挡板前后波纹间距离应相等，B项正确。C.若将孔AB扩大，且孔的尺寸大于波长，则可能观察不到衍射现象，C项错误。D.若频率f增大，由波长λ=vf，可知【特别提醒】观察到明显的衍射现象的条件是障碍物或小孔尺寸跟波长差不多或更小。另外，若障碍物或小孔的尺寸比波长小得多，即使发生了明显的衍射，也不一定清楚地看到。比如：当小孔的尺寸远远小于水波波长时，衍射应当相当明显，但因孔很小，单位时间内通过的能量很少，导致衍射后的水波非常弱，就可能看不清楚或观察不到衍射现象。（答题时间：40分钟）1.“闻其声不见其人”是因为一般障碍物的尺寸（）A.可以跟声波波长相比较，使声波发生明显衍射B.比声波波长大得多，声波不能发生衍射C.可以跟光波波长相比较，使光波发生衍射D.比光波波长大得多，光波不能发生明显衍射2.关于波的衍射，下列说法正确的是（）A.衍射是波特有的现象B.对同一列波，缝、孔或障碍物越小，则衍射现象越明显C.只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象D.声波容易发生衍射现象是由于声波波长较大3.下列情况中不能发生明显衍射的是（）A.障碍物或孔的尺寸与波长相等B.障碍物或孔的尺寸比波长小C.障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多D.波长比障碍物或孔的尺寸小得多4.利用发波水槽得到的水而波形如图甲、乙所示，则（）A.图甲、乙均显示了波的干涉现象B.图甲、乙均显示了波的衍射现象C.图甲显示了波的干涉现象，图乙显示了波的衍射现象D.图甲显示了波的衍射现象，图乙显示了波的干涉现象5.下列关于波的衍射的说法中正确的是（）A.衍射是一切波特有的现象B.对同一列波，缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长小时，衍射现象明显C.只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象D.声波容易发生衍射现象是由于声波波长较大6.在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子振动的频率是5Hz，水波在水波槽中的传播速度为0.05m/s，为观察到显著的衍射现象，小孔直径d应为（）A.10cm B.5m C.d>1m D.d<1cm7.一列波在传播过程中通过一个障碍物，发生了一定程度的衍射，以下哪种情况使衍射现象更明显（）A.增大障碍物的尺寸，同时增大波的频率B.增大障碍物的尺寸，同时减小波的频率C.缩小障碍物的尺寸，同时增大波的频率D.缩小障碍物的尺寸，同时减小波的频率8.如图所示为观察水面波衍射的实验装置，AC和BD是两块挡板，AB是一个小孔，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）之间的距离表示一个波长，则对波经过孔后的传播情况，下列描述不正确的是（）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，使波源频率增大，能更明显地观察到衍射现象9.如图所示，一小型渔港的防波堤两端M、N相距约60m，在防波堤后A、B两处有两个小船进港躲避风浪.某次海啸引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤传播，下列说法中正确的有（）A.假设波浪的波长约为10m，则A、B两处的小船基本上不受波浪影响B.假设波浪的波长约为10m，则A、B两处的小船明显受到波浪影响C.假设波浪的波长约为50m，则A、B两处的小船基本上不受波浪影响D.假设波浪的波长约为50m，则A、B两处的小船明显受到波浪影响10.如图所示，沿x轴正方向传播的一列简谐横波在某时刻的波形图为一正弦曲线，其波速为200m/s，则下列说法中错误的是（）A.图示时刻质点b的加速度正在减小B.从图示时刻开始，经过0.01s，质点a通过的路程为0.4mC.若此波遇到另一列波并发生稳定干涉现象，则另一列波的频率为50HzD.若该波传播中遇到宽约4m的障碍物，则能发生明显的衍射现象

1.【答案】A【解析】发生明显衍射现象的条件为障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多.声波波长大，能发生明显衍射现象。故选A。2.【答案】ABD【解析】衍射是波特有的现象，选项A正确，选项C错误；发生明显的衍射现象是有条件的，只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长小时，才能观察到明显的衍射现象，选项B正确；声波的波长在1.7cm到17m之间，选项D正确。故选ABD。3.【答案】D【解析】发生明显衍射的条件是，缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长小，由此可知选项D正确。4.【答案】D【解析】波绕过障碍物传播的现象叫波的衍射。波的干涉现象是由波的叠加产生的，干涉图象的特点是振动加强区与减弱区有规律地分布。因此题图甲显示了波的衍射现象，题图乙显示了波的干涉现象，故选项D正确。5.【答案】ABD【解析】衍射是一切波特有的现象，所以选项A正确，选项C错误；发生明显的衍射现象是有条件的，只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象，所以选项B正确；通常情况下声波的波长在1.7cm～17m之间，一般常见的障碍物或孔的尺寸可与之相比，正是由于声波波长较大，声波容易发生衍射现象，所以选项D正确的。6.【答案】D【解析】在水波槽中激发的水波波长λ＝m＝0.01m＝1cm。要求在小孔后产生显著的衍射现象，应取小孔的尺寸小于波长。7.【答案】D【解析】波在介质中传播时波速是由介质决定的，与波的频率无关，所以改变波的频率不会改变波速，但由v＝λf可知，当波速一定时，减小频率则波长增大，而发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长相差不多，所以缩小障碍物的尺寸，同时减小波的频率会使衍射现象更明显，选项D正确。8.【答案】D【解析】由题图可以看出，孔AB尺寸与波长相差不大，因只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象，故选项A、C正确；由知，v不变，f增大，只能使λ减小，故选项D错误；衍射是指“波绕过障碍物而传播的现象”，经过孔后的波长不变，故选项B正确。9.【答案】AD【解析】A、B处小船明显地受到波浪影响是因为水波发生了明显的衍射，波浪传播到了A、B处，当障碍物或缝隙的尺寸比波长小或跟波长相差不多的时候，才会发生明显的衍射现象，选项A、D正确。10.【答案】A【解析】由波的特性知题中图示时刻质点b的振动方向向下，加速度正在增大，A错误；由图象可知波长λ＝4m，则，，故经过0.01s，质点a通过的路程为2A＝0.4m，B正确；发生稳定干涉现象的条件为两列波的频率相等，故C正确；能发生明显的衍射现象的条件为障碍物的宽度与波长相近或小于波长，D正确。

破解波的干涉和多普勒效应考情揭秘学法指津基本考查点1.波的叠加、波的干涉现象2.多普勒效应的概念、现象及应用1.要掌握波的叠加原理、产生干涉图样的条件以及干涉图样的特点2.通过分析，能对波的干涉中加强点、减弱点的位置进行计算和求解3.能运用多普勒效应对一些现象进行分析热点及难点1.产生干涉图样的条件、波的叠加原理及干涉图样的特点2.多普勒效应现象分析及其在技术上的应用题型及难度选择、填空为主，难度中等。高考中的地位波的干涉现象是高考热点；多普勒效应在高考中时有涉及。【问题驱动】在平静的水面上，下落的雨滴激起层层涟漪，形成了复杂而美丽的图案。你知道这种图案是怎样产生的吗？要研究上述问题，我们需要先了解一个现象——波的叠加。波的叠加一、波的独立传播思考：在介质中常常有几列波同时传播。当两列波相遇时，会不会像两个小球相碰时那样，改变各自的运动特征呢？实验演示：在一根水平长绳的两端分别向上抖动一下，在绳上分别产生相向传播的两列波（图甲）。观察：两列波的传播情况（图乙、图丙、图丁）。发现：两列波在彼此相遇并穿过后，波的形状和相遇前一样，传播的情形也和相遇前一样（图戊）。总结：几列波在同一介质中传播，在介质中某一点（或某一区域）相遇时，每列波都能够保持各自的运动特征，继续沿着原来的方向向前传播，彼此之间互不影响，好像没有遇到另一列波一样，这就是波的独立性。说明：“保持各自的运动特征”指的是各自的频率、波长、振幅、振动方向等保持不变，不因其他波的存在而受影响。生活中波的独立性实例：实例1开会时，大家讨论的面红耳赤，会议室内声音特别嘈杂，但还是能区分出每一个人的说话声音。实例2乐队演奏时各乐器演奏时也具有独立性，能分辨出不同乐器的声音。实例3光波传播时同样具有独立性。二、波的叠加原理几列波相遇时能够保持各自的运动特征，继续传播，在它们重叠的区域里，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引起的位移的矢量和（图丙），这就是波的叠加原理。【说明】波的叠加原理适合一切波。【总结提升】对波的叠加原理的深入理解波的叠加原理是波具有独立传播性的必然结果，由于总位移是几个位移的矢量和，所以叠加区域质点的位移可能增大，也可能减小。图1图2如图1所示，两列振动方向相同的波叠加，振动加强，振幅增大。如图2所示，两列振动方向相反的波叠加，振动减弱，振幅减小。【问题驱动】如果两列波周期相同，那么它们相遇时，在它们重叠的区域里会发生什么现象呢？波的干涉一、波的干涉现象1.定义频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列波叠加时，某些区域的振动总是加强，某些区域的振动总是减弱，这种现象叫作波的干涉。干涉时形成的稳定图样叫作干涉图样。水槽中水波的干涉图样2.干涉条件两列波的频率相同、相位差恒定、振动方向相同。【说明】①波的叠加是无条件的，任何频率的两列波在空间相遇都会叠加，干涉只是波的叠加的特例。②干涉和衍射都是波特有的现象，能发生干涉的波源称为相干波源。辨析：明显的干涉图样与稳定干涉图样①两列波的频率相同、相位差恒定、振动方向相同，是产生稳定干涉图样的条件②要产生明显的干涉图样，两列波除了频率要相同、相位差要恒定、振动方向要相同外，还必须满足两列波振幅差别不大，振幅越接近，干涉图样越明显。【生活中波的干涉的实例】声波的干涉操场上装有很多个相同的扬声器，当它们同时发声时，若绕操场一周，将会听到某些地方声音加强，某些地方声音减弱。二、振动加强点与减弱点1.波的干涉的示意图如图，用两组同心圆表示从波源发出的两列波，蓝线圆表示波峰，黑线圆表示波谷。蓝线圆与黑线圆间的距离等于半个波长，蓝线与蓝线、黑线与黑线之间的距离等于一个波长。蓝线圆与蓝线圆的交点或者黑线圆与黑线圆的交点，就是振动的加强区，它们连成的区域用红色实线画出；蓝线圆与黑线圆的交点则为振动的减弱区，它们连成的区域用红色虚线画出。重要结论：实验表明，振动加强的区域总是加强，振动减弱的区域总是减弱，且振动加强区和振动减弱区是相互间隔着出现的。2.问题探究：深入理解振动加强点与减弱点（重难点☆☆☆）问题1：为什么两列波相遇时能出现振动始终加强的区域呢？（以图中M点为例进行说明）如果在某一时刻，一列波的波峰与另一列波的波峰在水面上的某点（例如图中的M点）相遇，也就是说，两列波在这里引起的振动的相位相同，那么经过半个周期，一定是波谷与波谷在这里相遇。波峰与波峰相遇时，质点向上的位移最大，等于两列波的振幅之和；波谷与波谷相遇时，质点的位移尽管是向下的，但也是最大，也等于两列波的振幅之和。又由于两列波在这点的相位差保持不变，因此，在这一点，两列波引起的振动总是相互加强的，质点的振幅最大。问题2：为什么两列波相遇时能出现振动始终减弱的区域呢？（以图中N点为例进行说明）如果在某一时刻，两列波的波峰与波谷在水面上的某点（例如图中的N点）相遇，也就是说，两列波在这里引起的振动的相位相反，相互削弱；经过半个周期，变成波谷与波峰在这里相遇，两列波在这一点引起的振动仍然相互削弱。又由于两列波在这点的相位差保持不变，所以它们在这点引起的振动总是相互削弱的。如果两列波的振幅相同，质点的位移之和就总等于0。问题3：振动加强的区域始终加强是不是指该处的质点的振动位移总是为最大值？振动减弱的区域始终减弱是不是指该处的质点的振动位移总是为最小值？振动加强（或减弱）的区域是指质点的振幅达最大值（或最小值），而不是指振动的位移，因为不管是加强区还是减弱区，质点都在作振动，它们的位移是在时刻变化的。问题4：试从水波的干涉图样中分析出各加强区任一质点（如图中的点1、2、3、4）到两波源之间的距离存在什么规律？减弱区呢？（如图中的点5、6、7）对于点1、2、3、4，都是振动加强点，设某一加强点到两列波源的距离分别为s1、s2，两列波的波长为λ，则有：，也即：振动加强点到两波源的距离之差等于波长的整数倍。对于点5、6、7，都是振动减弱点，设某一减弱点到两列波源的距离分别为s1'、s2'【总结提升】对振动加强点与减弱点的理解（必背清单☆☆☆）①振动加强点和振动减弱点始终以振源的频率振动，其振幅不变（若是振动减弱点，振幅可为0），但其位移随时间发生变化。②振动加强点的振动总是加强的，但并不是始终处于波峰或波谷，它们都在平衡位置附近振动，有的时刻位移为零。③振动减弱点的振动始终减弱，位移的大小始终等于两列波分别引起位移的大小之差，振幅为两列波的振幅之差。如果两列波的振幅相同，则振动减弱点总是处于静止状态，并不振动。④振动加强和振动减弱是一个“区域”，这个“区域"就是图中红实线和红虚线上的所有点。如果两个波源的振动完全相同，则振动加强点到两波源距离之差等于波长的整数倍，振动减弱点到两波源的距离之差等于半波长的奇数倍。【易错易混辨析】观点正误1两列波干涉时，在振动加强的区域各质点的位移总是最大。×在稳定的干涉图样中，振动加强区域的各质点仍在振动，位移随时间周期性变化。√2两列波干涉时，干涉区域质点的振幅是不断变化的。×对于稳定的干涉图样，各质点的振幅不会变化。√3两列波干涉时，加强区各质点的频率都是干涉前的2倍。×频率相同的两列波干涉时，加强区各质点的振动频率不变。√4只有频率相同的两列波才能叠加。×任何频率的两列波相遇都能叠加，但只有满足一定条时才能发生干涉。√说明：两列波叠加产生稳定干涉现象的必要条件是：两列波的频率相同、相位差恒定、振动方向相同。【物理与生活】主动降噪技术噪声会影响我们的日常生活，人们通常在声源处、传播过程中以及人耳处采取措施，以控制噪声。声音是一种波，通过波的干涉能够起到消音的作用。这一原理使我们可以主动出击，通过发出与噪声振幅、频率相同，相位相反的声波来消灭噪声。消声原理图具有主动降噪功能的耳机就是根据这一原理制成的。简单来说，在耳机内设有麦克风，用来收集周围环境中的噪声信号，在此基础上，耳机的处理器能够预测下一时刻噪声的情况，并产生相应的抵消声波。为了保证降噪质量，耳机内还设有另一个麦克风来检测合成后的噪声是否变小。这时，处理器会根据这个麦克风的测量结果，对处理过程不断优化，进一步降低合成后的噪声音量，达到最佳的降噪效果，使人们更好地欣赏音乐或是进行通信等活动。佩戴耳机保护听力主动降噪技术使我们摆脱噪声的困扰，它不仅能够营造安静的生活氛围，而且能够在机场等强噪声场景下保护人们的健康。【问题驱动】不知你是否注意过，如果仔细听急救车的鸣笛声，你会发现一个现象：当车从你身边疾驰而过的时候，鸣笛的音调会由高变低。这到底是怎么回事？多普勒效应1.多普勒效应1842年，奥地利物理学家多普勒带着女儿在铁道旁散步时就注意到了类似上面描述的现象。他经过认真的研究，发现波源与观察者相互靠近或者相互远离时，接收到的波的频率都会发生变化。后来，人们就把由于波源与观察者之间有相对运动，使观察者感到接收到的波的频率发生了变化的现象，叫作多普勒效应。2.多普勒效应的规律①波源与观察者如果相互靠近，观察者接收到的频率增大；②波源与观察者如果相互远离，观察者接收到的频率减小；③波源和观察者如果相对静止，观察者接收到的频率等于波源的频率。3.多普勒效应的实质：声源频率不变，观察者接收到的频率变化。4.多普勒效应的应用理论和实验都证明，光波或电磁波都有多普勒效应，多普勒效应在科学技术中也有着广泛的应用。应用1超声波测速交通警察向行进中的车辆发射频率已知的超声波，同时测量反射波的频率，根据反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度。思考：为什么发射的是超声波？频率高于20000Hz的声波称为超声波；与能听到的声音相比，超声波有两个特点：一是可以比较容易地产生大功率的声波；二是它几乎沿直线传播。应用2判断火车的运动方向火车驶来时，由于多普勒效应，听到的汽笛声音调比较高，感觉到尖锐刺耳；火车远离时，听到的汽笛声音调较低，听起来较为低沉。应用3医用“彩超”向人体内发射频率已知的超声波，超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化，就可算出血流的速度。应用4测星球速度测量星球上某些元素发出的光波的频率，然后与地球上这些元素静止时发光的频率对照，可算出星球的速度。【小试牛刀】如图所示，男同学站立不动吹口哨，一位女同学坐在秋千上来回摆，下列关于女同学的感受的说法正确的是（）A.女同学从A向B运动过程中，她感觉哨声音调变高B.女同学从E向D运动过程中，她感觉哨声音调变高C.女同学在C点向右运动时，她感觉哨声音调不变D.女同学在C点向左运动时，她感觉哨声音调变低【答案】AD【解析】多普勒效应有两种情况，第一当波源与观察者如果相互靠近时，观察者接收到的频率增大；第二当波源与观察者如果相互远离时，观察者接收到的频率减小，女同学荡秋千过程中，只要向右运动，则靠近声源，感觉哨声音调增大，只要向左运动，则远离声源，感觉哨声音调变低，所以选项A、D正确，B、C错误。如图所示，S1、S2是两个相干波源，它们振动同步且振幅相同。实线和虚线分别表示在某一时刻它们所发出的波的波峰和波谷.关于图中所标的a、b、c、d四点，下列说法中正确的有（）A.该时刻a质点振动最弱，b、c质点振动最强，d质点振动既不是最强也不是最弱B.该时刻a质点振动最弱，b质点振动都最强 C.a质点的振动始终是最弱的，c、d质点的振动始终是最强的 D.再过后的时刻a、b、c三个质点都将处于各自的平衡位置，因此振动最弱【思路分析】解答此题的关键就是要知道两列波干涉时，两列波的波峰与波峰、波谷与波谷相遇处，振动始终加强，波峰与波谷相遇处振动始终减弱。【答案】BC【解析】对于A、B、C三个选项，此时：a质点处是两列波波峰与波谷叠加的地方，振动始终是最弱的。b质点处是两列波波峰与波峰叠加的地方，c质点处是波谷与波谷叠加的地方，振动都是最强的。d质点处在振动加强的区域，振动也是最强的。故A错误，BC正确。特别提醒：由图中可以看出d点上方的点为两列波波谷相遇处，为振动加强点，d点下方的点为两列波波峰相遇处，也为振动加强点，因此竖直连线上所有点均为振动加强点，但是d点此时正处于平衡位置，容易被误认为是减弱点，要引起注意。对于D选项：图示时刻a在平衡位置，b在波峰，c在波谷，再过后的时刻a、b、c三个质点都将处于各自的平衡位置，但b、c两点的振动始终是加强的。故D错误。故选：BC。【题后总结】解题通法：振动加强点与减弱点的判断方法振动加强点和减弱点的判断方法主要有以下两种。1.现象判断法（例如本题）若某点总是波峰与波峰（或波谷与波谷）相遇，则该点为振动加强点；若某点总是波峰与波谷相遇，则该点为振动减弱点。若某点是平衡位置和平衡位置相遇，则让两列波再传播T，看该点是波峰和波峰（波谷和波谷）相過，还是波峰和波谷相遇，从而判断该点是振动加强点还是振动减弱点。2.条件判断法振动情况完全相同的两波源产生的波叠加时，加强、减弱条件如下：设点到两波源的距离差为△s，则当△s=nλ时为振动加强点，当△s=（2n+1）时为振动减弱点，其中n=0，1，2，…。若两波源振动步调相反，则上述结论相反。注意：利用条件判断法时，要注意两波源是振动情况完全相同的，还是振动步调相反的，再根据某点与两波源的波程差和波长的关系找振动加强点和减弱点。如图所示，在同一均匀介质中有S1和S2两个波源，这两个波源的频率、振动方向均相同，且振动的步调完全一致，S1与S2之间相距为4m，若S1、S2振动频率均为5Hz，两列波的波速均为10m/s，B点为S1和S2连线的中点，今以B点为圆心，以R＝BS1为半径画圆。（1）该波的波长为多少？（2）在S1、S2连线之间振动加强的点有几个？（3）在该圆周上（S1和S2两波源除外）共有几个振动加强的点？【思路分析】对第（1）小题，可直接根据波长、波速与频率的关系直接求解。对第（2）（3）两小题，要掌握好判断振动加强点和减弱点的两种方法，一是现象判断法、二是条件判断法。本题适用条件判断法，但注意题目条件：两个波源的频率、振动步调完全相同。所以当两列频率相同的简谐波在某点相遇时，若它们的路程差是波长的整数倍，则振动是加强区；若它们的路程差是半波长的整数倍，则振动是减弱区。【答案】（1）波长为2m；（2）在S1、S2连线之间振动加强的点有3个；（3）在该圆周上共有6个振动加强的点。【解析】（1）由公式λ＝，得λ＝m＝2m。（2）在S1、S2连线上任选一点A，则|S1A﹣S2A|＜4＝2λ，即﹣2λ＜△x＜2λ由加强的条件△x＝nλ得：﹣2＜n＜2，故n＝﹣1，0，1，即3个加强点。（3）如图所示，A、B、C三点为振动加强的点，过A、B、C三点作三条加强线（表示三个加强区域）交于圆周上A1、A2、B1、B2、C1、C2六个点，显然这六个点也为加强点，故圆周上共有六个加强点。常见易错问题剖析（新课标I卷）如图（a），在xy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1（0，4）和S2（0，﹣2）。两波源的振动图线分别如图（b）和图（c）所示。两列波的波速均为1.00m/s。两列波从波源传播到点A（8，﹣2）的路程差为m，两列波引起的点B（4，1）处质点的振动相互（填“加强”或“减弱”），点C（0，0.5）处质点的振动相互（填“加强”或“减弱”）。【错解】2；加强；减弱【错因分析】应用条件判断法分析振动加强点和减弱点时没有注意到波源的起振方向。【正确答案】2；减弱；加强【解析】对第1个空，由几何关系求路程差，再由波速公式v＝λf求解波长即可。由图可知，路程差为△S1＝﹣8＝2m；两列波的波速均为1.00m/s。由图可得T＝2s，所以波长为λ＝vT＝1×2＝2m。对第2、3两个空，重点考查了波在相互叠加时，何处振动加强和减弱，要牢记条件判断法的前提条件：如果两波源起振方向相同，当介质中某一点与两波源的路程差等于半波长的奇数倍时，这一点是振动减弱的点。路程差等于波长的整数倍时，这一点振动加强。如果两波源起振方向相反，当介质中某一点与两波源的路程差等于半波长的奇数倍时，这一点是振动加强的点。路程差等于波长的整数倍时，这一点振动减弱。本题中，两列波从波源传播到点B（4，1）处的路程差为：△S2＝﹣＝0，是波长的整数倍，又因为两波源起振方向相反，所以振动减弱；两列波从波源传播到点C（0，0.5）处的路程差为△S3＝3.5﹣2.5＝1m，为半波长，又因为两波源起振方向相反，所以振动加强。（答题时间：40分钟）1.分析下列物理现象：（1）夏天里在一次闪电过后，有时雷声轰鸣不绝；（2）“闻其声而不见其人”；（3）学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音；（4）当正在鸣笛的火车朝着我们急驶而来时，我们听到汽笛声的音调变高.这些物理现象分别属于波的（）A.反射、衍射、干涉、多普勒效应B.折射、衍射、多普勒效应、干涉C.反射、折射、干涉、多普勒效应D.衍射、折射、干涉、多普勒效应2.两列振动方向相同、振幅分别为A1和A2的相干简谐横波相遇.下列说法正确的是（）A.波峰与波谷相遇处质点的振幅为|A1－A2|B.波峰与波峰相遇处质点离开平衡位置的位移始终为A1＋A2C.波峰与波谷相遇处质点的位移总是小于波峰与波峰相遇处质点的位移D.波峰与波峰相遇处质点的振幅一定大于波峰与波谷相遇处质点的振幅3.下列说法中正确的是（）A.只有在发生共振时，受迫振动的频率才等于驱动力的频率B.机械波的频率由波源决定，与介质无关C.声波能发生多普勒效应，其他类型的波也可以D.只要有机械振动的振源，就一定有机械波4.在同一介质中两列频率相同、振动步调一致的横波互相叠加，则（）A.波峰与波谷叠加的点振动一定是减弱的B.振动最强的点经过T后恰好回到平衡位置，因而该点的振动是先加强，后减弱C.振动加强区和减弱区相间隔分布，且加强区和减弱区不随时间变化D.加强区的质点某时刻的位移可能是零5.均匀介质中相距为a的两个波源S1和S2，振动频率均为f，产生的简谐横波沿其连线相向传播，振幅为A，波速为v。O为S1、S2连线的中点，如图所示.已知两波源的振动方向和初始相位均相同.下列说法正确的是（）A.质点O的振动频率为fB.质点O的振动频率为2fC.质点O的振幅为2AD.只要不满足a＝n（n＝1，2，3…），质点O的振幅就一定小于2AE.质点O的振动可能与波源S1、S2不同步6.两列简谐横波在同种介质中传播，振幅都是5cm，实线波的频率为2Hz，沿x轴负方向传播；虚线波沿x轴正方向传播.某时刻两列波在如图所示区域相遇，则（）A.虚线波的传播速度大于实线波的传播速度B.在相遇区域不会发生干涉现象C.平衡位置为x＝6m处的质点此刻速度为零D.实线波的周期为0.5sE.如果没有虚线波，平衡位置为x＝6m处的质点经过3s通过的路程为120cm*7.如图，A、B为振幅相同的相干波源，且产生的机械波向外传播过程中振幅衰减不计，图中实线表示波峰，虚线表示波谷，则下列叙述正确的是（）A.Q点始终处于波峰位置B.R、S两点始终处于静止状态C.P、Q连线上各点振动始终最强D.P点在图中所示的时刻处于波谷，再过周期处于平衡位置E.如果A、B两波源频率不同，也能产生类似的稳定的干涉现象*8.甲、乙两列横波在同一介质中分别从波源M、N两点沿x轴相向传播，波速为2m/s，振幅相同；某时刻的图像如图所示.则（）A.甲、乙两波的起振方向相反B.甲、乙两波的频率之比为3∶2C.再经过3s，平衡位置在x＝7m处的质点振动方向向下D.再经过3s，两波源间（不含波源）有5个质点位移为零9.如图（a），在xy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1（0，4）和S2（0，－2）。两波源的振动图线分别如图（b）和图（c）所示。两列波的波速均为1.00m/s。两列波从波源传播到点A（8，－2）的路程差为________m，两列波引起的点B（4，1）处质点的振动相互________（填“加强”或“减弱”），点C（0，0.5）处质点的振动相互________（填“加强”或“减弱”）。*10.从两个波源发出的两列振幅相同、频率均为5Hz的简谐横波，分别沿x轴正、负方向传播，在某一时刻到达A、B点，如图中实线、虚线所示。两列波的波速均为10m/s。求：（ⅰ）质点P、O开始振动的时刻之差；（ⅱ）再经过半个周期后，两列波在x＝1m和x＝5m之间引起的合振动振幅极大和极小的质点的，x坐标。

1.【答案】A【解析】（1）夏天里在一次闪电过后，有时雷声轰鸣不绝，是由于声音在云层间来回传播，这属于声音的反射；（