新教材同步系列2024春高中物理第3章機械波第3節(jié)機械波的傳播現(xiàn)象課件粵教版選擇性必修第一冊

第三章機械波第三節(jié)機械波的傳播現(xiàn)象學習任務1．知道機械波的衍射和干涉．2．了解惠更斯原理．3．了解機械波的反射和折射特點．必備知識·自主預習儲備01知識梳理基礎自測知識點一機械波的衍射與惠更斯原理1．波的衍射水波在遇到小障礙物或者小孔時，能____障礙物或____小孔繼續(xù)向前傳播的現(xiàn)象．______都能發(fā)生衍射，衍射是波____的現(xiàn)象．2．惠更斯原理介質中波動傳到的各點都可以看作是發(fā)射____的波源，在其后的任一時刻，這些子波的包絡就形成新的____．這就是惠更斯原理．繞過穿過一切波特有子波波面知識點二機械波的反射和折射在波的反射中，波的頻率、波速和波長都____．在波的折射中，____不變，波速和波長發(fā)生改變．不變頻率知識點三機械波的干涉1．波的疊加原理兩列波在相遇疊加時，每列波都是獨立地保持自己原有的____，如同在各自的傳播路徑中并沒有遇到其他波一樣．相遇區(qū)域中各點的位移，就是這兩列波引起的位移的____．這一規(guī)律稱為波的疊加原理．特性合成2．波的干涉(1)條件：兩列波產生干涉的必要條件是____相同，______恒定．(2)波的干涉：對于頻率相同的兩列波，在相遇的區(qū)域水面上，會出現(xiàn)____的相對平靜的區(qū)域和劇烈振動的區(qū)域．這兩個區(qū)域在水面上的位置是____的，且互相____．這種現(xiàn)象為波的干涉．頻率相位差穩(wěn)定固定隔開1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)．(1)任何波的波線與波面都相互垂直． (

)(2)反射波的頻率、波速與入射波相同． (

)(3)折射波的頻率、波速與入射波相同． (

)(4)當障礙物或狹縫的尺寸跟波長相差不大時，有明顯的衍射現(xiàn)象． (

)√√×√2．(多選)下列敘述屬于波的反射現(xiàn)象的是(

)A．在空房間里講話，會感到聲音比在野外響B(tài)．水波從深水區(qū)入射到淺水區(qū)方向變化C．講話者又聽到自己的回聲D．聲波從空氣中進入水中速度變大AC

[A、C都屬于波的反射現(xiàn)象，B、D屬于波的折射現(xiàn)象．]√√3．下列現(xiàn)象或事實屬于衍射現(xiàn)象的是(

)A．風從窗戶吹進來 B．雪堆積在背風的屋后C．聽到墻外人的說話聲 D．晚上看到水中月亮的倒影C

[波在傳播過程中偏離直線傳播繞過障礙物的現(xiàn)象稱為波的衍射．C與衍射現(xiàn)象相符．A、B、D不屬于衍射現(xiàn)象．]√關鍵能力·情境探究達成02考點1惠更斯原理考點2波的反射和波的折射考點3波的疊加與波的干涉考點4波的衍射波面一定是平面嗎？根據(jù)下圖思考波線與波面的關系是怎樣的．提示：波面不一定是平面．波線與波面互相垂直，一定條件下由波面可確定波線，由波線可確定波面．◆考點1

惠更斯原理1．對波線與波面的理解(1)波面不一定是面，如水波，它只能在水面?zhèn)鞑?，水波的波面是以波源為圓心的一簇圓．(2)波線是有方向的一簇線，它的方向代表了波的傳播方向．(3)波線與波面互相垂直，一定條件下由波面可確定波線，由波線可確定波面．2．惠更斯原理的實質波面上的每一點都是一個次級球面波的子波源，子波的波速與頻率等于初級波的波速和頻率，此后每一時刻的子波波面的包絡面就是該時刻總的波動的波面．其核心思想是介質中任一處的波動狀態(tài)是由各處的波動決定的．3．惠更斯原理的局限性光的直線傳播、反射、折射等都能用此來進行較好的解釋．但是，惠更斯原理是比較粗糙的，用它不能解釋衍射現(xiàn)象與狹縫或障礙物大小的關系，而且由惠更斯原理推知有倒退波的存在，而倒退波顯然是不存在的．【典例1】

(多選)下列敘述中正確的是(

)A．空間點波源發(fā)出的球面波，其波面是一個球面，波線就是以波源為圓心的同心圓B．平面波的波線是一條直線，其波線相互平行C．根據(jù)惠更斯原理，波面各點都可看作一個子波源，子波前進的方向的包絡面就是該時刻的波面D．利用惠更斯原理，只要知道t時刻波面的位置和波速，就可確定t＋Δt時刻波面的位置√√√BCD

[球面波的波線沿球面的半徑方向，A錯誤；平面波的波線是一條直線，由于波線與波面垂直，故平面波的波線相互平行，B正確；由惠更斯原理可知，C正確；利用惠更斯原理，只要知道t時刻波面的位置和波速，就可確定另一時刻波面的位置，D正確．]利用惠更斯原理解釋波的傳播的一般步驟(1)確定一列波某時刻一個波面的位置．(2)在波面上取兩點或多個點作為子波的波源．(3)選一段時間Δt．(4)根據(jù)波速確定Δt時間后子波波面的位置．(5)確定子波在波前進方向上的包絡面，即為新的波面．(6)由新的波面可確定波線及其方向．[跟進訓練]1．(多選)關于對惠更斯原理的理解，下列說法正確的是(

)A．同一波面上的各質點振動情況完全相同B．同一振源的不同波面上的質點的振動情況一定不同C．球面波的波面是以波源為中心的一個個球面D．無論怎樣的波，波線始終和波面垂直√√√ACD

[按照惠更斯原理，波面是由振動情況完全相同的點構成的面，而不同波面上質點的振動情況可能相同，如相位相差2π整數(shù)倍的質點的振動情況相同，故A正確，B錯誤；由波面和波線的概念，不難判定C、D正確．]

2．波的反射、折射現(xiàn)象中各量的變化(1)波向前傳播在兩種介質的界面上會同時發(fā)生反射現(xiàn)象和折射現(xiàn)象，一些相關物理量變化如下：波現(xiàn)象波的反射波的折射傳播方向改變，i＝i′改變，r≠i頻率f不變不變波速v不變改變波長λ不變改變(2)說明：①頻率f由波源決定，故無論是反射波的頻率還是折射波的頻率都等于入射波的頻率．②波速v由介質決定，因反射波與入射波在同一介質中傳播，故波速不變；折射波與入射波在不同介質中傳播，波速變化．③根據(jù)v＝λf，波長λ與v及f有關，即與介質和波源有關，反射波與入射波在同一介質中，波速相同、頻率相同，故波長相同．折射波與入射波在不同介質中傳播，v不同，f相同，故λ不同．

(2)超聲波定位：蝙蝠能發(fā)出超聲波，超聲波遇到障礙物或捕食目標時會被反射回來，蝙蝠就根據(jù)接收到的反射回來的超聲波來確定障礙物或食物位置，從而確定飛行方向．另外海豚、雷達也是利用波的反射來定位或測速的．【典例2】有一輛汽車以15m/s的速度勻速行駛，在其正前方有一陡峭山崖，汽車鳴笛2s后司機聽到回聲，此時汽車距山崖的距離多遠？(v聲＝340m/s)[解析]

若汽車靜止，問題就簡單了．現(xiàn)在汽車運動，聲音傳播，如圖所示為汽車與聲波的運動過程示意圖．

◆考點3

波的疊加與波的干涉1．波的干涉與波的疊加(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，但干涉必須是滿足一定條件的兩列波疊加后形成的現(xiàn)象．(2)穩(wěn)定干涉圖樣的產生是有條件的，必須是兩列同類的波，并且波的頻率相同、振動方向相同、相位差恒定．如果兩列波的頻率不相等，在同一種介質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．干涉圖樣及其特征(1)干涉圖樣．(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．【典例3】

(多選)如圖所示，S1、S2是振幅均為A的兩個水波波源，某時刻它們形成的波峰和波谷分別由實線和虛線表示．則下列說法中正確的是(

)A．兩列波在相遇區(qū)域發(fā)生干涉B．兩列波在相遇區(qū)域內發(fā)生疊加C．此時各點的位移是：xA＝0，xB＝－2A，xC＝2AD．A處振動始終減弱，B、C處振動始終加強√√[思路點撥]

(1)從圖中可以看出，兩列水波波長不同，頻率不同，不能發(fā)生干涉現(xiàn)象．(2)兩列波疊加，任何一個質點的總位移等于兩列波在該點上的位移的矢量和．

確定振動加強點和減弱點的技巧(1)波峰與波峰(或波谷與波谷)相遇的點為振動加強點，波峰與波谷相遇的點為振動減弱點．(2)在波的傳播方向上，加強點的連線為加強區(qū)，減弱點的連線為減弱區(qū)．(3)不管波如何疊加，介質中的各質點均在各自的平衡位置附近振動．[跟進訓練]3．如圖所示是水波干涉示意圖，S1、S2是兩波源，A、D、B三點在一條直線上，兩波源頻率相同，振幅相等，則下列說法正確的是(

)A．A處質點一會兒在波峰，一會兒在波谷B．B處質點一直在波谷C．C處質點一會兒在波峰，一會兒在波谷D．D處質點一直在平衡位置√A

[A、B、D三點都在振動加強區(qū)，三處質點均做簡諧運動，質點一會兒在波峰，一會兒在波谷，選項A正確，B、D錯誤；點C是振動減弱點，又因兩波振幅相等，故C處質點一直在平衡位置不動，選項C錯誤．]◆考點4

波的衍射1．關于衍射的條件應該說衍射是沒有條件的，衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都可以發(fā)生衍射．衍射只有“明顯”與“不明顯”之分，障礙物或小孔的尺寸跟波長差不多，或比波長小是產生明顯衍射的條件．2．波的衍射實質分析波傳到小孔(障礙物)時，小孔(障礙物)仿佛是一個新波源，由它發(fā)出的與原來同頻率的波在小孔(障礙物)后傳播，就偏離了直線方向．波的直線傳播只是在衍射不明顯時的近似情況．3．衍射圖樣(1)圖甲為水波遇到較寬的縫．(2)圖乙為水波遇到較窄的縫．【典例4】如圖所示，O是水面上一波源，實線和虛線分別表示某時刻的波峰和波谷，A是擋板，B是小孔．若不考慮波的反射因素，則經過足夠長的時間后，水面上的波將分布于(

)A．整個區(qū)域B．陰影Ⅰ以外區(qū)域C．陰影Ⅱ以外區(qū)域D．陰影Ⅱ和Ⅲ以外的區(qū)域B

[從圖中可以看出A擋板寬度比波長大，所以不能發(fā)生明顯的衍射，而B小孔與波長相差不多，能發(fā)生明顯的衍射，所以經過足夠長的時間后，水面上的波將分布于陰影Ⅰ以外區(qū)域，故B正確．]√衍射是波所特有的現(xiàn)象(1)衍射是波所特有的現(xiàn)象，一切波都會產生衍射現(xiàn)象．(2)衍射現(xiàn)象總是存在的，只有明顯和不明顯的差異．(3)一般情況下，波長越大的波越容易產生明顯的衍射現(xiàn)象．[跟進訓練]4．某同學觀察到波長相同的水波通過兩個寬度不同的狹縫時的現(xiàn)象，如下圖所示，下列說法正確的是(

)A．水波通過狹縫后波長變短B．這是水波的衍射現(xiàn)象，有些波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象C．此現(xiàn)象可以說明，波長一定，縫越窄衍射現(xiàn)象越明顯D．此現(xiàn)象可以說明，縫寬一定，波長越長衍射現(xiàn)象越明顯√C

[波衍射后不影響波的特性，即波長和頻率不變，A錯誤；波的衍射是波特有的性質，故所有波都會發(fā)生衍射現(xiàn)象，B錯誤；從圖中可知第1幅圖衍射現(xiàn)象比較明顯，所以波長一定，縫越窄衍射現(xiàn)象越明顯，由于題中給出的是波長一定的情況，無法得出縫寬一定時衍射情況，故C正確，D錯誤．]學習效果·隨堂評估自測031．(多選)以下關于波的認識，正確的是(

)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，從而達到隱形的目的C．雷達的工作原理是利用波的直線傳播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1234√√√ABD

[本題考查波的反射、折射現(xiàn)象在實際問題中的應用．聲吶、雷達都是利用接收反射波來進行定位，A正確，C錯誤；D選項中水波的傳播方向發(fā)生改變屬于波的折射現(xiàn)象，D正確；隱形飛機是通過減少波的反射達到隱形的目的，B正確．]12342．(2022·江蘇常熟中學高二期中)如圖為蟾蜍在水中鳴叫時水面形成的奇妙水波．已知水波的傳播速度與水的深度正相關．下列說法正確的是(

)A．岸邊的人聽到的聲波是橫波B．岸邊的人聽到的聲波頻率大于水波的頻率C．水面上飄落的樹葉逐漸被水波推向岸邊D．在深水區(qū)，水波更容易發(fā)生衍射1234√

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