高考一輪復(fù)習(xí)學(xué)案114波的反射折射干涉衍射及多普勒效應(yīng)

1、第 4 課時波的反射、折射、干涉、衍射及多普勒效應(yīng)基礎(chǔ)知識歸納1.波的特征：干涉與衍射(1)波的疊加原理：當(dāng)兩列機械波在某區(qū)域相遇時，都會引起該區(qū)域質(zhì)點振動，它們同時傳播到某點時，該點振動的位移是兩列波各自引起該質(zhì)點振動位移的矢量和.(2)波的獨立傳播原理：幾列波在相遇區(qū)域疊加后分開，就像從來沒有相遇過一樣，各自獨立傳播.(3)波的衍射：當(dāng)波傳播過程中遇到障礙物時，它將繞過障礙物，傳播到障礙物的后面去.發(fā)生明顯衍射的條件是：障礙物或孔的尺寸跟波長差不多，或者比波長更小.(4)波的干涉：當(dāng)兩列波頻率相等，波源振動的相位差保持恒定，那么就會出現(xiàn)干涉現(xiàn)象振動加強與減弱的區(qū)域相互間隔，且加強區(qū)域永遠(yuǎn)加

2、強，減弱區(qū)域永遠(yuǎn)減弱.2.多普勒效應(yīng)當(dāng)波源與觀察者之間有相對運動時，觀察者會感覺到波的頻率與兩者相對靜止時不同.設(shè)波源的振動頻率為f0，則當(dāng)兩者相對遠(yuǎn)離時，觀察者感覺到頻率減小，當(dāng)兩者相對靠近時，觀察者感覺到頻率增大.這是高速公路上用超聲波測量汽車車速的原理，也是天文學(xué)上測量星體運動速度的主要方法.3.聲波人的可聞聲波頻率在20 Hz到20 000 Hz之間，頻率高于20 000 Hz的聲波叫超聲波，頻率低于20 Hz的聲波叫次聲波.4.波的反射和折射(1)惠更斯原理：介質(zhì)中任一波面上的各點，都可以看做發(fā)射子波的波源，其后任意時刻，這些子波在波前進(jìn)方向上的包絡(luò)面就是新的波面.如果知道某時刻一列

3、波的某個波面的位置，還知道波速，利用惠更斯原理可以得到下一時刻這個波面的位置，從而可確定波的前進(jìn)方向.(2)波的反射：指波遇到介質(zhì)界面會返回來繼續(xù)傳播的現(xiàn)象.反射現(xiàn)象：反射角等于入射角；反射波的波長、頻率和波速都與入射波相同.(3)波的折射：波從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時，波的波速通常會發(fā)生改變的現(xiàn)象.折射現(xiàn)象：發(fā)生折射時波的頻率不變，波長、波速改變；入射角的正弦跟折射角的正弦之比，等于波在第一種介質(zhì)中的波速與第二種介質(zhì)中的波速之比，即.折射的兩種情況：若v1>v2，則1>2，即波從波速大的介質(zhì)進(jìn)入波速小的介質(zhì)時，波線向法線偏近.若v1< v2，則1<2，即波從波速小的介

4、質(zhì)進(jìn)入波速大的介質(zhì)時，波線遠(yuǎn)離法線.重點難點突破一、波的反射定律與折射定律1.反射定律：入射波線、法線、反射波線位于同一平面內(nèi)，且反射角等于入射角.反射波的波長、頻率、波速都與入射波相同.2.折射定律：入射角的正弦與折射角的正弦之比等于波在第一種介質(zhì)中的速度與在第二種介質(zhì)中的速度之比，即.二、波的干涉分析1.在波的傳播過程中，介質(zhì)中質(zhì)點的振動頻率相同，但步調(diào)不一致，離波源越遠(yuǎn)的質(zhì)點振動越滯后，每推移一個波長滯后一個周期.滯后一個周期的兩個質(zhì)點的振動步調(diào)一致，為同相振動；每推移半個波長滯后1/2個周期，滯后1/2個周期的兩個質(zhì)點的振動步調(diào)相反，為反相振動.波源S1、S2產(chǎn)生的兩列波在同一介質(zhì)中傳

5、播，介質(zhì)中各質(zhì)點同時參與兩個振源引起的振動，質(zhì)點的振動為這兩個振動的矢量和.2.兩列波產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的必要條件：兩列波要產(chǎn)生干涉，頻率相同是首要條件.假設(shè)頻率不同，在同一種介質(zhì)中傳播的波其波長就不相等，在某時刻的某點(設(shè)為P點)為兩列波的波峰相遇點，振動加強，但此后兩列波并不總使P點的振動加強，也可以是波峰與波谷相遇，使振動減弱，這樣不能形成穩(wěn)定的加強點和減弱點.因此我們就看不到穩(wěn)定的干涉圖樣，只能看到振動的疊加現(xiàn)象.3.振動加強點是波峰與波峰，或波谷與波谷相遇的點，因此很多同學(xué)誤認(rèn)為它的位移總為兩列波的振幅和.實際上，加強點之所以加強是因為兩列波在此的位移總是同向，使質(zhì)點振動的位移比單列波在此

6、引起的位移大.所以加強點的位移應(yīng)是兩列波正的位移之和與負(fù)的位移之和之間的任意位移.加強點振幅是兩列波的振幅之和，同理減弱點的位移為兩列波單獨存在時的位移矢量和.三、衍射條件與明顯衍射條件一切波都能發(fā)生衍射，即使現(xiàn)象不明顯，不易觀察，也一定發(fā)生了衍射現(xiàn)象，而明顯衍射現(xiàn)象是障礙物(或孔)的尺寸比波長小或跟波長差不多時才會發(fā)生.明顯衍射發(fā)生時，并不一定能清楚地觀察到，如當(dāng)孔遠(yuǎn)小于水波波長時，衍射應(yīng)當(dāng)非常明顯，但因孔很小，單位時間內(nèi)通過的能量很小，水波將非常弱，不易看清楚.典例精析1.識別各種波現(xiàn)象【例1】對聲波的各種現(xiàn)象，以下說法正確的是( BC )A.在空房子里講話，聲音特別響，這是聲音的共鳴現(xiàn)象

7、B.繞正在發(fā)音的音叉走一圈，可以聽到忽強忽弱的聲音，這是聲音的干涉現(xiàn)象C.古代某和尚房里掛著的磬常自鳴自響，屬于聲波的共鳴現(xiàn)象D.把耳朵貼在鐵軌上可以聽到遠(yuǎn)處的火車聲，屬于聲波的衍射現(xiàn)象【解析】空房中說話的聲音特響是聲音不斷反射的結(jié)果，與共鳴無關(guān)，A錯；音叉有兩叉股，是典型的兩個相干波源，所以B對； 掛著的磬常自鳴自響是共鳴，原因是并非任何時刻它都會自鳴自響，只是在外界傳來與磬的固有頻率差不多的聲音時才會響，故C對；耳朵貼鐵軌是聲音在固體里傳播得快且損耗比較小而被聽見的，與波的衍射沒有關(guān)系，D錯.【答案】BC【思維提升】理解和區(qū)分自然界和生產(chǎn)生活中各種有關(guān)波的現(xiàn)象是解題的關(guān)鍵.【拓展1】以下關(guān)

8、于波的認(rèn)識，正確的是( ABCD )A.潛水艇利用聲吶探測周圍物體的分布情況，用的是波的反射原理B.隱形飛機怪異的外形及表面涂特殊吸波材料，是為了減少波的反射，從而達(dá)到隱形的目的C.雷達(dá)的工作原理是利用波的反射D.水波從深水區(qū)傳到淺水區(qū)改變傳播方向的現(xiàn)象，是波的折射現(xiàn)象【解析】此題考查波的反射、折射現(xiàn)象在實際問題中的應(yīng)用，聲吶、雷達(dá)都是利用接收反射波來進(jìn)行定位，D選項中水波的傳播方向改變屬于波的折射現(xiàn)象.2.波的反射【例2】某物體發(fā)出的聲音在空氣中的波長為1 m，波速為340 m/s，在海水中的波長為4.5 m，此物體在海面上發(fā)出的聲音經(jīng)0.5 s聽到回聲，則海水深為多少米？【解析】波的頻率f

9、在海水中有v水水fv氣4.5×340 m/s1 530 m/s則海水的深度hv水·1 530××0.5 m382.5 m【思維提升】本題是波的反射的應(yīng)用，知道不同介質(zhì)中同一列波的頻率是定值是解決本題的關(guān)鍵.【拓展2】甲、乙兩人平行站在一堵墻前面，二人相距2a，距墻均為，當(dāng)甲開了一槍后，乙在時間t后聽到第一聲槍響，則乙在什么時候才聽到第二聲槍響( C )A.聽不到 B.甲開槍后3tC.甲開槍后2tD.甲開槍后t【解析】如圖所示，第一聲槍響是從甲直接傳到乙，所用時間為t第二聲槍響是聲波經(jīng)墻反射后傳到乙，根據(jù)波的反射定律，反射后聲波所走的路程：s24a所需時間

10、t由式解得t2t，故C正確.3.波的疊加【例3】如圖所示，S1和S2是兩個波源，由它們發(fā)出的波頻率相同，相互疊加，實線表示波峰，虛線表示波谷.對于a、b、c三處質(zhì)點的振動情況，下列判斷正確的是()A.b質(zhì)點的振動永遠(yuǎn)減弱B.a質(zhì)點永遠(yuǎn)是波峰與波峰相遇C.b質(zhì)點在此刻是波谷與波谷相遇D.c質(zhì)點的振動永遠(yuǎn)減弱【解析】b質(zhì)點此刻是波谷和波谷相遇，位移為負(fù)的最大值，振動是加強的，A錯誤，C正確；a質(zhì)點此刻是波峰與波峰相遇，過半個周期變成波谷與波谷相遇，始終是振動加強點，但并非永遠(yuǎn)是波峰與波峰相遇的點，B錯誤；c質(zhì)點此刻是波峰與波谷相遇，過半個周期后是波谷與波峰相遇，c質(zhì)點振動永遠(yuǎn)減弱，D正確.【答案】

11、CD【思維提升】振動加強的點并非永遠(yuǎn)是峰峰相遇或谷谷相遇，只是該處質(zhì)點振幅最大，它的位移也是隨時間做周期性變化的，在某一時刻，振動加強點的位移可以小于或等于振動減弱處的質(zhì)點的位移.【拓展3】如圖甲所示，沿一條直線相向傳播的兩列波的振幅和波長均相等，當(dāng)它們相遇時可能出現(xiàn)的波形是圖乙所示的( BC )【解析】當(dāng)兩列波的前半個波相遇時，根據(jù)波的疊加原理，在前半個波重疊的區(qū)域內(nèi)所有的質(zhì)點振動的合位移為零，而兩列波的后半個波的波形保持不變，所以選項B正確；當(dāng)兩列波完全相遇時，由波的疊加原理可知，所有質(zhì)點振動的位移均等于每列波單獨傳播時引起的位移的矢量和，使得所有的質(zhì)點振動的位移加倍，所以選項C也是正確的

12、. 易錯門診【例4】水平面上相距為r的兩個點S1、S2同時開始一個向上、一個向下做頻率都為f的簡諧運動，在均勻介質(zhì)中形成了兩列波，波速都是v(rf>nv，n為大于2的自然數(shù)).試確定水平面上振動加強點的位置關(guān)系.【錯解】以其中的一個振源作為坐標(biāo)原點，以指向另一個振源的有向射線作為x軸，建立直角坐標(biāo)系如圖.設(shè)水平面上點P(x，y)，因為S2的坐標(biāo)為(r,0)，我們得到P到兩個振源的距離差為r|兩列波的波長都是，只有到兩列波的波源的距離差等于波長的整數(shù)倍時，振動是加強的，所以有rkkv/f，(kN)，即|kv/f，(kN)滿足上述方程的點的集合就是水平面上振動加強的點.這是雙曲線，因為到兩點的距離差等于定長的點的軌跡就是雙曲線.【錯因】沒有理解振動加強的點必須是兩列波到達(dá)該點時，引起該點的振動相位是相同的.當(dāng)兩波源同時振動，且振動方向相同的時候，介質(zhì)中的點到它