25 波的干涉與衍射26 多普勒效應

1、2.5波的干涉與衍射2.6多普勒效應學 習 目 標知 識 脈 絡1.知道波的疊加原理和波的干涉現(xiàn)象，了解波的干涉條件和加強區(qū)、減弱區(qū)的形成.(重點、難點)2.知道波的衍射現(xiàn)象和發(fā)生明顯衍射的條件.(重點)3.了解什么是多普勒效應及其產生的原因和應用.(重點、難點)波 的 疊 加 原 理 和 波 的 干 涉1.波的獨立性幾列波相遇時能保持各自的特性(頻率、波長、振動方向等)繼續(xù)傳播，互不影響.2.波的疊加原理幾列波在相遇區(qū)域內，任一質點的位移是各列波單獨存在時在該點所引起的位移的矢量和.3. 研究波的干涉波的干涉是兩列波在特定條件下的疊加.(1)產生干涉的條件：兩列波的頻率相同.(2)現(xiàn)象：兩列

2、波相遇時，某些區(qū)域總是振動加強，某些區(qū)域總是振動減弱，且振動加強和減弱的區(qū)域相間分布.(3)振動加強區(qū)和減弱區(qū)：加強區(qū)是兩列波的波峰與波峰相遇或波谷與波谷相遇的區(qū)域；減弱區(qū)是兩列波的波峰與波谷相遇的區(qū)域.1.兩列波相疊加就能形成穩(wěn)定的干涉圖樣.(×)2.在操場上不同位置聽到學校同一喇叭的聲音大小不同，是聲波的干涉現(xiàn)象.(×)3.兩個人一起說話，不會發(fā)生干涉現(xiàn)象.()1.敲擊音叉使其發(fā)聲，然后轉動音叉，為什么聽到聲音忽強忽弱？【提示】這是聲波的干涉現(xiàn)象.音叉的兩股振動頻率相同，這樣，兩列頻率相同的聲波在空氣中傳播，有的區(qū)域振動加強，有的區(qū)域振動減弱，于是聽到聲音忽強忽弱.2.

3、有人說在波的干涉圖樣中，加強點就是位移始終最大的點，減弱點就是位移始終為零的點，這種說法對嗎？【提示】這種說法不正確.在干涉圖樣中的加強點是以兩列波的振幅之和為振幅做振動的點，某一瞬時振動位移可能是零.同理，減弱點是以兩列波的振幅之差為振幅做振動的點，它的位移不一定始終為零.1.波的獨立傳播特性兩列波相遇后，每列波將保持各自原來的波形繼續(xù)向前傳播，互相不會發(fā)生干擾.如圖2­5­1甲、乙所示，在同一直線上，向右傳播的波1和向左傳播的波2，相遇以后，各自還是按照相遇前的波速、振幅、頻率，繼續(xù)沿著各自的方向傳播，不會因為相遇而發(fā)生任何變化，也就是說相互不會因相遇而發(fā)生干擾.圖2&

4、#173;5­12.對波的干涉現(xiàn)象的理解(1)波的疊加是無需條件的，任何頻率的兩列波在空間相遇都會疊加.(2)穩(wěn)定干涉圖樣的產生是有條件的，必須是兩列波的頻率相同、相差恒定，如果兩列波的頻率不相等，在相遇的區(qū)域里不同時刻各質點疊加的結果都不相同，看不到穩(wěn)定的干涉圖樣.(3)明顯的干涉圖樣和穩(wěn)定的干涉圖樣意義是不同的，明顯的干涉圖樣除了滿足相干條件外，還必須滿足兩列波振幅差別不大.振幅越是接近，干涉圖樣越明顯.(4)振動加強的點和振動減弱的點始終以振源的頻率振動，其振幅不變(若是振動減弱點，振幅可為0)，但其位移隨時間發(fā)生變化.(5)振動加強的點的振動總是加強，但并不是始終處于波峰或波

5、谷，它們都在平衡位置附近振動，有的時刻位移為零.(6)振動減弱的點的振動始終減弱，位移的大小始終等于兩列波分別引起位移的大小之差，振幅為兩列波的振幅之差.如果兩列波的振幅相同，則振動減弱點總是處于靜止狀態(tài)，并不振動.3.干涉圖樣及其特征(1)干涉圖樣：如圖2­5­2所示.圖2­5­2(2)特征：加強區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變.加強區(qū)始終加強，減弱區(qū)始終減弱(加強區(qū)與減弱區(qū)不隨時間變化).加強區(qū)與減弱區(qū)互相間隔.1.當兩列水波發(fā)生干涉時，如果兩列波的波峰在P點相遇，下列說法正確的是()A.質點P的振動有時是減弱的B.質點P的振動始終是加強的C.質點P的振幅最

6、大D.質點P的位移始終最大E.某時刻質點P的位移可能為零【解析】P點是兩列波的波峰的相遇點，故其振動始終是加強的，A錯誤，B正確；質點P處于振動加強區(qū)，振幅最大，C正確；對于某一個振動的質點，位移是會隨時間變化的，D錯誤；質點振動到平衡位置時，位移為零，E正確.【答案】BCE2.圖2­5­3所示是水波干涉的示意圖，S1、S2是兩波源，A、D、B三點在一條直線上，兩波源的頻率相同，振幅相等，則下列說法正確的是()圖2­5­3A.A點一會兒在波峰，一會兒在波谷B.B點一會兒在波峰，一會兒在波谷C.C點一會兒在波峰，一會兒在波谷D.D點一會兒在波峰，一會兒在波

7、谷E.質點D的位移始終是零【解析】在波的干涉中，振動加強區(qū)域里的質點總在自己的平衡位置兩側做簡諧振動，只是質點的振幅較大，為A1A2.本題中由于A1A2，故振動減弱區(qū)的質點并不振動，而此時A點是波峰與波峰相遇，B點是波谷與波谷相遇，都是加強點，又因為A、D、B三點在一條振動加強線上，這條線上任一點的振動都是加強的，故此三點都為加強點，且都是一會兒在波峰，一會兒在波谷.而C點是波峰與波谷相遇點，是減弱點，不振動.【答案】ABD3.如圖2­5­4所示，波源S1在繩的左端發(fā)出頻率為f1，振幅為A1的半個波形a，同時另一個波源S2在繩的右端發(fā)出頻率為f2，振幅為A2的半個波形b，且

8、f1f2，P為兩個波源連線的中點.已知機械波在介質中傳播的速度只由介質本身的性質決定.下列說法正確的是()圖2­5­4A.兩列波比較，a波將先到達P點B.兩列波同時到達P點C.兩列波在P點疊加時，P點的位移最大可達A1A2D.b的波峰到達P點時，a的波峰還沒有到達P點E.兩列波相遇時，繩上位移可達A1A2的點只有一個，此點在P點的左側【解析】因兩波波速相等，故兩列波能同時到達P點，A錯誤，B正確；因f1f2，由可知，12，故當兩列波同時到達P點時，a波的波峰離P點的距離比b波的波峰離P點的距離大，因此兩波峰不能同時到達P點，兩波峰應相遇在P點左側，此位置對應的位移為A1A2

9、，位移最大，綜上所述，C錯誤，D、E正確.【答案】BDE判斷振動加強和減弱的常用方法1.條件判斷法振動頻率相同、振動步調完全相同的兩波源的波疊加時，設某點到兩波源的距離差為r.(1)當rk·(k0,1,2，)時為加強點.(2)當r(2k1)·/2(k0,1,2，)時為減弱點.若兩波源振動步調相反，則上述結論相反.2.現(xiàn)象判斷法若某點總是波峰與波峰(或波谷與波谷)相遇，該點為加強點；若某點總是波峰與波谷相遇，則為減弱點.若某點是平衡位置和平衡位置相遇，則讓兩列波再傳播T，看該點是波峰和波峰(波谷與波谷)相遇，還是波峰和波谷相遇，從而判斷該點是加強點還是減弱點.研 究 波 的

10、衍 射1.定義波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象叫做波的衍射.2.發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多或者比波長更小時，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象.3.一切波都能發(fā)生衍射，衍射是波特有的現(xiàn)象.1.孔的尺寸比波長大得多時就不會發(fā)生衍射現(xiàn)象.(×)2.孔的尺寸比波長小能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象.()3.超聲波比普通聲波的波長小.()1.只有當障礙物或狹縫的尺寸跟波長相差不多時，才能發(fā)生波的衍射現(xiàn)象嗎？【提示】障礙物或狹縫的尺寸大小，并不是決定衍射能否發(fā)生的條件，僅是發(fā)生明顯衍射的條件.衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都會發(fā)生衍射現(xiàn)象.2.是否孔的尺寸越小，衍射現(xiàn)象越容

11、易觀察？【提示】不是.當孔的尺寸非常小時，衍射波的能量很弱，實際上很難觀察到波的衍射.1.衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都可以發(fā)生衍射.凡能發(fā)生衍射現(xiàn)象的都是波.2.波的衍射總是存在的，只有“明顯”與“不明顯”的差異，波長較長的波容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象.3.波傳到小孔(障礙物)時，小孔(障礙物)仿佛一個新波源，由它發(fā)出與原來同頻率的波在孔(障礙物)后傳播，就偏離了直線方向.因此，波的直線傳播只是在衍射不明顯時的近似情況.4.一列波在傳播過程中通過一個障礙物，發(fā)生了一定程度的衍射，以下哪種情況可以使衍射現(xiàn)象更明顯()A.增大障礙物的尺寸B.減小波的頻率C.縮小障礙物的尺寸D.增大波的頻率E.縮小障礙

12、物的尺寸，同時減小波的頻率【解析】波在介質中傳播時波速是由介質決定的，與波的頻率無關，所以改變波的頻率不會改變波速，但由vf可知，當波速一定時，減小頻率則波長增大.而發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物或孔、縫的尺寸比波長小或相差不多，要使衍射現(xiàn)象變得明顯，可以通過縮小障礙物的尺寸，同時增大波長即減小波的頻率來實現(xiàn)，B、C、E選項正確.【答案】BCE5.圖2­5­5分別表示一列水波在傳播過程中遇到了小孔(A、B、C圖)或障礙物(D、E圖)，其中能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的有()圖2­5­5【解析】圖B、C中小孔與波長相差不多，能發(fā)生明顯衍射，圖E中障礙物與波長相差不多，能

13、發(fā)生明顯衍射.【答案】BCE衍射現(xiàn)象的兩點提醒1.障礙物的尺寸的大小不是發(fā)生衍射的條件，而是發(fā)生明顯衍射的條件，波長越大越易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象.2.當孔的尺寸遠小于波長時，盡管衍射十分突出，但衍射波的能量很弱，也很難觀察到波的衍射.多 普 勒 效 應 及 應 用1.多普勒效應由于波源與觀察者之間有相對運動，使觀察者感受到頻率改變的現(xiàn)象.2.多普勒效應產生的原因(1)波源與觀察者相互靠近時，單位時間內通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目增加，觀察者觀測到的頻率大于波源的頻率，即觀察到的頻率變大.(2)波源與觀察者相互遠離時，觀察到的頻率變小.3.多普勒效應的應用(1)測量汽車速度交通警車向行進中的車輛

14、發(fā)射頻率已知的超聲波，同時測量反射波的頻率，根據(jù)反射波頻率變化的多少就能知道車輛的速度.(2)測星球速度：測量星球上某些元素發(fā)出的光波的頻率.然后與地球上這些元素靜止時發(fā)光的頻率對照，可得星球的速度.(3)測血液流速向人體內發(fā)射已知頻率的超聲波，超聲波被血管中的血液反射后又被儀器接收，測出反射波的頻率變化，就能知道血流的速度.1.聲源與觀察者相互靠近時，聲源的頻率增大.(×)2.當波源和觀察者向同一個方向運動時，一定會發(fā)生多普勒效應.(×)3.火車的音調越來越高，說明火車正從遠處靠近觀察者.()1.多普勒效應能否產生與波源和觀察者間的距離有關系嗎？是不是距離越近，越容易發(fā)生

15、多普勒效應？【提示】能否發(fā)生多普勒效應僅取決于波源和觀察者間的距離是否變化，與距離的大小沒有關系.2.火車進站和出站時，坐在火車上的乘客，能感受到汽笛的音調發(fā)生變化嗎？【提示】不能.坐在火車上的乘客感到汽笛聲未變，是因為聲源相對聽者是靜止的，路旁的人感到汽笛音調發(fā)生變化，是因為聲源相對聽者是運動的.1.多普勒效應的產生聲源完成一次全振動，向外發(fā)出一個波長的波，稱為一個完整波，頻率表示單位時間內完成的全振動的次數(shù).因此波源的頻率又等于單位時間內波源發(fā)出的完整波的個數(shù).觀察者聽到的聲音的音調，是由觀察者接收到的頻率，即單位時間內接收到的完整波的個數(shù)決定的.(1)波源和觀察者相對靜止.觀察者接收到的

16、頻率等于波源的頻率.(2)波源和觀察者有相對運動.觀察者在單位時間內接收到的完整波的個數(shù)發(fā)生變化，即感覺到波的頻率發(fā)生變化.波源與觀察者如果相互靠近，觀察者接收到的頻率增大；二者如果相互遠離，觀察者接收到的頻率減小.2.發(fā)生多普勒效應時，只有觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化，波源發(fā)出的頻率并沒有發(fā)生變化.多普勒效應是波動過程共有的特征，不僅是機械波，以后要講到的電磁波和光波，也會發(fā)生多普勒效應.6.假如一輛汽車在靜止時喇叭發(fā)出聲音的頻率是300 Hz，在汽車向你駛來又擦身而過的過程中，當汽車向你駛來時，聽到喇叭聲音的頻率_于300 Hz，當汽車和你擦身而過后，聽到喇叭聲音的頻率_于300 Hz.(

17、填“大”或“小”)【解析】當汽車向你駛來時，兩者距離減小，單位時間內你接收的聲波個數(shù)增多，頻率升高，將大于300 Hz；當汽車和你擦身而過后，兩者距離變大，單位時間內你接收的聲波個數(shù)減少，頻率降低，將小于300 Hz.【答案】大小7.下面說法中正確的是()A.發(fā)生多普勒效應時，波源的頻率變化了B.發(fā)生多普勒效應時，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化C.多普勒效應是波源與觀察者之間有相對運動時產生的D.多普勒效應是由奧地利物理學家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的E.多普勒效應是牛頓首先發(fā)現(xiàn)的【解析】當波源與觀察者之間有相對運動時會發(fā)生多普勒效應，選項C正確；發(fā)生多普勒效應時，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化，而波源的頻率并沒有改變，故選項A錯誤，選項B正確；此現(xiàn)象是奧地利物理學家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的，選項D正確.故正確答案為BCD.【答案】BCD8.公路巡警開車在高速公路上以100 km/h的恒定速度巡查，在同一車道上巡警車向前方的一輛轎車發(fā)出一個已知頻率的超聲波，結果該超聲波被那輛轎車反射回來時，巡警車接收到的超聲波頻率比發(fā)出的低.(1)此現(xiàn)象屬于()A.波的衍射B.波的干涉C.多普勒效應D.波的反射(2)若該路段限速為100 km/h，則該轎車是否超速？(3)若該轎車以20 m/s的速度行進，反射回的頻率應怎樣變化？【解析】(1)巡警車接收到的超聲波頻率