第4、5節(jié) 波的干涉多普勒效應

第4、5節(jié)波的干涉多普勒效應物理觀念(1)知道波的疊加、波的干涉現(xiàn)象。(2)了解多普勒效應?？茖W思維(1)學會分析波的干涉問題。(2)能夠解釋生活中的多普勒現(xiàn)象?？茖W探究通過實驗觀察水波的干涉，探究發(fā)生干涉的條件和干涉圖樣的特點?？茖W態(tài)度與責任能體會物理學的技術應用對日常生活的影響，認識到科學、技術、社會和環(huán)境之間存在的相互聯(lián)系。一、波的干涉1．填一填(1)波的疊加

①波的獨立性原理

兩列波相遇后彼此穿過，仍然

各自的

，繼續(xù)傳播。

②波的疊加原理

在幾列波重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點

參與這幾列波引起的振動，質(zhì)點的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的位移的

。保持運動特征同時矢量和(2)波的干涉①定義：

相同、

恒定、

相同的兩列波疊加時，某些區(qū)域的振動總是

，某些區(qū)域的振動總是

的現(xiàn)象。②干涉圖樣：波的干涉形成的穩(wěn)定圖樣。③穩(wěn)定干涉條件a．兩列波的頻率必須

。b．兩個波源的相位差必須

。④干涉的普遍性：一切波都能夠發(fā)生干涉，干涉是

特有的現(xiàn)象。頻率相位差振動方向加強減弱相同保持不變波2．判一判(1)兩列波相遇后各自的振動特點會受到影響。

()(2)在兩列波重疊的區(qū)域里，任何一個質(zhì)點的位移都等于原來位移的2倍。

()(3)兩列波疊加時，質(zhì)點的位移一定增大。

()×××3．選一選兩波源S1、S2在水槽中形成的波形如圖所示，其中實線表示波峰，虛線表示波谷，則

(

)A．在兩波相遇的區(qū)域中會產(chǎn)生穩(wěn)定干涉B．在兩波相遇的區(qū)域中不會產(chǎn)生穩(wěn)定干涉C．a(chǎn)點的振動始終加強D．a(chǎn)點的振動始終減弱解析：由題圖可知，兩列波的波長不相等，由v＝λf，知f不相等，不滿足波產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件，故B正確。答案：B二、多普勒效應1．填一填(1)多普勒效應：波源與觀察者互相靠近或者互相遠離時，觀察者接收到的波的

_____發(fā)生變化的現(xiàn)象。(2)多普勒效應產(chǎn)生的原因：當波源與觀察者相對靜止時，1s內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目是

的，觀察到的頻率

波源振動的頻率。當波源與觀察者相向運動時，1s內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目

，觀察到的頻率

；反之，當波源與觀察者互相遠離時，觀察到的頻率

。頻率頻率一定等于增加增加變小(3)多普勒效應的應用

①測車輛速度：交警向行進中的車輛發(fā)射

的超聲波，同時測量

的頻率，根據(jù)反射波頻率

就能知道車輛的速度。

②測血流速度：向人體內(nèi)發(fā)射

的超聲波，超聲波被血管中的血流

后又被儀器接收，測出反射波的

就可得血流速度。

③測星球速度：測量星球上某些元素發(fā)出的光波的

，然后與地球上這些元素

時發(fā)光的頻率對照，可得星球的速度。頻率已知反射波變化的多少頻率已知反射頻率變化頻率靜止2．判一判(1)當波源和觀察者向同一個方向運動時，一定發(fā)生多普勒效應。

()(2)只有橫波才能發(fā)生多普勒效應。

()(3)只有聲波才能發(fā)生多普勒效應。

()×××探究(一)波的干涉現(xiàn)象的分析[問題驅(qū)動]如圖所示，操場中兩根豎直桿上各有一個揚聲器，接在同一擴音機上，一位同學沿著AB方向走來。(1)他聽到的聲音會有什么變化？(2)這屬于什么物理現(xiàn)象？提示：(1)他聽到的聲音時而變大，時而變小。(2)屬于波的干涉現(xiàn)象。

[重難釋解]1．關于干涉的條件(1)波的疊加是無條件的，任何頻率的兩列波在空間相遇都會疊加。但穩(wěn)定干涉圖樣的產(chǎn)生是有條件的，必須是兩列同類的波，并且波的頻率相同、振動方向在同一直線上、相位差恒定。(2)如果兩列波的頻率不相等，在同一種介質(zhì)中傳播時其波長就不相等，這樣不能形成穩(wěn)定的振動加強點和減弱點。因此我們就看不到穩(wěn)定的干涉圖樣，只能是一般的振動疊加現(xiàn)象。2．關于加強點(區(qū))和減弱點(區(qū))的理解加強點在某些點兩列波引起的振動始終加強，質(zhì)點的振動最劇烈，振動的振幅等于兩列波的振幅之和，A＝A1＋A2減弱點在某些點兩列波引起的振動始終相互削弱，質(zhì)點振動的振幅等于兩列波的振幅之差，A＝|A1－A2|，若兩列波振幅相同，質(zhì)點振動的合振幅就等于零3.干涉圖樣及其特征(1)干涉圖樣：如圖所示。(2)特征①加強區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變。②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)。③加強區(qū)與減弱區(qū)互相間隔。(多選)如圖所示為兩列波疊加的示意圖，這兩列波的振動方向、振幅、頻率等完全相同。M、N、Q為疊加區(qū)域的三個點，Q為兩個波谷相遇，M為兩個波峰相遇，M、P、Q三點在一條直線上，N點為波峰和波谷相遇，則下列說法正確的是

(

)[解析]

在波峰和波峰或波谷和波谷相遇的地方，振動加強；波峰和波谷相遇的地方振動減弱，則M、Q點均為振動加強點，N點為振動減弱點。MQ連線為振動加強區(qū)，所以P點也是振動加強點，振動加強點的振幅等于兩列波的振幅之和。振動減弱點的振幅等于兩列波的振幅之差的絕對值。由于兩列波的振幅相同，故N點振幅為零，即N點靜止不動，A、B正確；在波的傳播過程中，質(zhì)點不隨波遷移，C錯誤；M點振動始終加強，D錯誤。[答案]

AB振動加強點與振動減弱點的判斷方法[針對訓練]1．(多選)水槽中，與水面接觸的兩根相同細桿固定在同一個振動片上。振動片做簡諧振動時，兩根細桿周期性觸動水面形成兩個波源。兩波源發(fā)出的波在水面上相遇，在重疊區(qū)域發(fā)生干涉并形成了干涉圖樣。關于兩列波重疊區(qū)域內(nèi)水面上振動的質(zhì)點，下列說法正確的是

(

)A．不同質(zhì)點的振幅都相同B．不同質(zhì)點振動的頻率都相同C．不同質(zhì)點振動的相位都相同D．不同質(zhì)點振動的周期都與振動片的周期相同解析：在波的干涉實驗中，質(zhì)點在振動加強區(qū)的振幅是兩列波振幅之和，質(zhì)點在振動減弱區(qū)的振幅是兩列波振幅之差，A項錯誤；沿波的傳播方向上，波不停地向外傳播，故各質(zhì)點的相位不都相同，C項錯誤；兩波源振動頻率相同，其他各質(zhì)點均做受迫振動，故頻率均與振動片頻率相同，周期均與振動片的周期相同，B、D項正確。答案：BD

2. 如圖所示是甲、乙兩列相互垂直傳播的波，實線表示波峰，虛線表示波谷，箭頭表示波傳播的方向。則圖中P點(小網(wǎng)格中央的一點)是(

)A．振動加強點B．振動減弱點C．既不是加強點也不是減弱點D．條件不足無法判斷3. 如圖所示為兩列相干水波在t＝0時刻的疊加情況，其中實線表示波峰，虛線表示波谷。若兩列波的振幅均保持5cm不變，波速和波長分別為1m/s和0.5m，C點是BD連線的中點。則下列說法正確的是

(

)A．A、D點振動始終加強，B點振動始終減弱B．C點始終保持靜止不動C．t＝0時刻，A、B兩點的豎直高度差為10cmD．在t＝0至t＝0.25s的時間內(nèi)，B點通過的路程為20cm探究(二)多普勒效應的理解和應用[問題驅(qū)動]：科學家利用多普勒效應對一顆人造衛(wèi)星進行了跟蹤試驗?？茖W家發(fā)現(xiàn)，當衛(wèi)星向近地點運動時返回的信號頻率增加，衛(wèi)星向遠地點運動時返回的信號頻率降低。(1)波源的頻率由誰決定？(2)觀察者接收到的頻率與哪些因素有關？提示：(1)由波源本身決定。(2)觀察者接收到的頻率與波源的頻率、波源與觀察者的相對運動有關。

[重難釋解]1．相對位置變化與頻率的關系2．成因歸納根據(jù)以上分析可知，發(fā)生多普勒效應時，一定是由于波源與觀察者之間發(fā)生了相對運動。(多選)如圖所示，男同學站立不動唱歌，一位女同學坐在秋千上來回擺動，下列關于女同學的感受的說法正確的是

(

)A．女同學從A向B運動過程中，她感覺歌聲音調(diào)變高B．女同學從E向D運動過程中，她感覺歌聲音調(diào)變高C．女同學在C點向右運動時，她感覺歌聲音調(diào)不變D．女同學在C點向左運動時，她感覺歌聲音調(diào)變低[解析]由題圖可知，女同學蕩秋千的過程中，只要她有向右的速度，她就在靠近聲源，根據(jù)多普勒效應，她接收到的歌聲頻率變高，音調(diào)變高；反之女同學向左運動時，她感到音調(diào)變低。選項A、D正確，B、C錯誤。[答案]

AD觀察者接收到的頻率的判斷(1)聲音的音調(diào)取決于頻率，頻率高則音調(diào)高，頻率低則音調(diào)低。(2)當波源與觀察者相互靠近時，觀察者接收到的頻率大于波源頻率，音調(diào)變高；反之，觀察者接收到的頻率小于波源頻率，音調(diào)變低。

[針對訓練]1．(多選)下列選項與多普勒效應有關的是

(

)A．科學家用激光測量月球與地球間的距離B．醫(yī)生利用超聲波探測病人血管中血液的流速C．技術人員用超聲波探測金屬、陶瓷、混凝土中是否有氣泡D．交通警察向車輛發(fā)射超聲波并通過測量反射波的頻率確定車輛行進的速度解析：A選項科學家用激光測量月球與地球間的距離是利用了波的反射原理，故選項A錯誤；選項B、D利用了超聲波的多普勒效應，故B、D正確；選項C利用了超聲波波長短，穿透能力強的特點，故C錯誤。答案：BD

2．有經(jīng)驗的鐵路養(yǎng)護人員可以從火車鳴笛的聲音判斷火車的行駛方向。他所利用的是聲波的

(

)A．干涉現(xiàn)象 B．衍射現(xiàn)象C．多普勒效應

D．反射現(xiàn)象解析：據(jù)多普勒效應現(xiàn)象，當火車運動方向靠近養(yǎng)護人員時，他聽到的聲音音調(diào)較高，火車遠離養(yǎng)護人員時，他聽到的聲音音調(diào)較低。答案：C

3．(多選)一漁船向魚群發(fā)出超聲波，若魚群正向漁船靠近，則被魚群反射回來的超聲波與發(fā)出的超聲波相比

(

)A．波速變大 B．波速不變C．頻率變高 D．頻率不變解析：漁船與魚群發(fā)生相對運動，被魚群反射回來的超聲波的速度大小不變；由多普勒效應知，反射回來的超聲波的頻率變高，故選項B、C正確。答案：BC

一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維(選自魯科版新教材課后練習)消除噪聲污染是當前環(huán)境保護的一個重要課題。干涉型消聲器可用來消弱高速氣流產(chǎn)生的噪聲。它的結(jié)構及氣流運行情況如圖所示，產(chǎn)生的波長為λ的聲波沿水平管道自左向右傳播。在聲波到達a處時，分成兩束相干波，它們分別通過r1和r2的路程，再在b處相遇。要達到消弱噪聲的目的，路程差Δr＝r2－r1應為

(

)A．波長的整數(shù)倍 B．波長的奇數(shù)倍C．半波長的奇數(shù)倍 D．半波長的偶數(shù)倍解析：根據(jù)干涉特點知，某點到兩相干涉波源的距離差為波長的整數(shù)倍時，此點為振動增強點，而消除噪聲不能加強，故A、B錯誤；距離差為半波長的奇數(shù)倍時，此點為振動減弱點，本題為消除噪聲，要減弱聲音，所以C正確，D錯誤。答案：C

二、注重學以致用和思維建模(選自魯科版新教材課后練習)公路巡警駕駛巡警車在高速公路上以100km/h的恒定速度巡查，該路段限速為100km/h。巡警車向前方在同一直車道上行駛的轎車發(fā)出一個已知頻率的電磁波，如果該電磁波被轎車反射回來時，巡警車接收到的電磁波的頻率比發(fā)出時的低，該轎車是否超速？請說明理由。提示：轎車超速。因為巡警車接收到的電磁波的頻率比發(fā)出時的低，說明巡警車與轎車在相互遠離，因巡警車的速度為100km/h且恒定，故轎車的速度一定大于100km/h，所以轎車超速。[針對訓練]1