高中物理教科版選修3-4課件：第2章第5節(jié)~第6節(jié)《波的干涉、衍射》《多普勒效應(yīng)》

,歡迎進(jìn)入物理課堂,第5節(jié)波的干涉、衍射第6節(jié)多普勒效應(yīng),學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道波的疊加原理2理解形成穩(wěn)定干涉圖樣的條件，掌握振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)、減弱點(diǎn)的振動(dòng)情況3掌握波產(chǎn)生明顯衍射的條件4了解多普勒效應(yīng)，能運(yùn)用多普勒效應(yīng)解釋一些相關(guān)的物理現(xiàn)象重點(diǎn)難點(diǎn)：1.波的干涉中加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的判斷及發(fā)生明顯衍射的條件2多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因及應(yīng)用,第5節(jié)第6節(jié),核心要點(diǎn)突破,課堂互動(dòng)講練,知能優(yōu)化訓(xùn)練,課前自主學(xué)案,課標(biāo)定位,課前自主學(xué)案,一、波的疊加原理在幾列波傳播的重疊區(qū)域內(nèi)質(zhì)點(diǎn)要同時(shí)參與由幾列波引起的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的總位移等于各列波單獨(dú)存在時(shí)在該處引起的振動(dòng)位移的矢量和這就是波的疊加原理，如圖251所示,圖251,二、波的干涉現(xiàn)象1定義：振動(dòng)_，步調(diào)一致的兩列波疊加，使介質(zhì)中某些區(qū)域的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)始終_，另一些區(qū)域的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)始終_，并且這兩種區(qū)域_、_，這種穩(wěn)定的疊加現(xiàn)象叫做波的干涉_叫做干涉圖樣2產(chǎn)生干涉的必要條件是：兩列波的_一定相同，而且兩波源振動(dòng)步調(diào)一致,頻率相同,加強(qiáng),減弱,相互間隔,位置保持不變,形成的圖樣,頻率,思考感悟劉心武的小說漫談金陵十二釵賈元春之死中有這樣一段：抱琴并不在意她發(fā)現(xiàn)了院中一樣?xùn)|西，很高興，走過去細(xì)看，報(bào)告說：“娘娘，巧啦！這兒有現(xiàn)成的乞巧盆哩！”那院子里，有一雕花石臺(tái)，石臺(tái)上，放置著一具雙耳銅盆，里面儲(chǔ)滿雨水抱琴試著用手摩擦那雙耳，盆里的水，頓時(shí)仿佛鼎沸起來抱琴高興得爽笑起來雙耳銅盆里的水是怎么回事？提示：用手摩擦銅盆兩耳產(chǎn)生振動(dòng)，兩個(gè)頻率相等的波源，在盆中水面上激起兩列水面波，產(chǎn)生了干涉，“盆里的水，頓時(shí)仿佛鼎沸起來”,三、波的衍射現(xiàn)象1定義：波能夠繞到_的后面?zhèn)鞑サ默F(xiàn)象，叫做波的衍射2發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象的條件當(dāng)縫、孔的寬度或障礙物的尺寸大小與波長_或比波長_時(shí)，就能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象四、多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用1多普勒效應(yīng)指由于觀測(cè)者與波源之間有_，觀測(cè)者得到的頻率與波源頻率不同的現(xiàn)象，它是_年奧地利物理學(xué)家_首先發(fā)現(xiàn)的,障礙物,相差不多,小,相對(duì)運(yùn)動(dòng),1842,多普勒,2由多普勒效應(yīng)的模擬實(shí)驗(yàn)知(1)波源與觀測(cè)者相對(duì)靜止時(shí)，觀測(cè)者單位時(shí)間內(nèi)接收到的完整波的數(shù)目與單位時(shí)間內(nèi)波源發(fā)出的_，觀測(cè)者接收到的頻率_波源振動(dòng)的頻率(2)波源與觀測(cè)者相互靠近時(shí)，觀測(cè)者單位時(shí)間內(nèi)接收到的完整波數(shù)目增多，觀測(cè)者接收到的頻率_波源的頻率(3)波源與觀測(cè)者相互遠(yuǎn)離時(shí)，觀測(cè)者單位時(shí)間內(nèi)接收到完整波數(shù)目減少，表明測(cè)得的頻率_波源振動(dòng)的頻率,相同,等于,大于,小于,3多普勒效應(yīng)的應(yīng)用(1)醫(yī)院里用_通過測(cè)定血流的速度，可以檢查大腦、眼底等處的血管病變(2)測(cè)定人造衛(wèi)星位置的變化，測(cè)定流體的流速，檢查車速等(3)通過測(cè)量某天體上元素發(fā)出的光波的_，就可以算出此天體相對(duì)地球的運(yùn)動(dòng)情況,超聲波,頻率,核心要點(diǎn)突破,一、對(duì)波的干涉現(xiàn)象的理解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(huì)疊加2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(dòng)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(zhì)中傳播時(shí)其波長就不相等，這樣不能形成穩(wěn)定的振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)因此我們就看不到穩(wěn)定的干涉圖樣，只能是一般的振動(dòng)疊加現(xiàn)象,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(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)和振動(dòng)減弱的點(diǎn)始終在以振源的頻率振動(dòng)，其振幅不變(若是振動(dòng)減弱點(diǎn)，振幅可為0)但其位移隨時(shí)間變化,5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(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變加強(qiáng)區(qū)始終加強(qiáng)，減弱區(qū)始終減弱(加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)不隨時(shí)間變化)加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)互相間隔,即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)1.關(guān)于波的疊加和干涉，下列說法中正確的是()A兩列頻率不相同的波相遇時(shí)，因?yàn)闆]有穩(wěn)定的干涉圖樣，所以波沒有疊加B兩列頻率相同的波相遇時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)只是波峰與波峰相遇的點(diǎn)C兩列頻率相同的波相遇時(shí)，如果介質(zhì)中的某點(diǎn)振動(dòng)是加強(qiáng)的，某時(shí)刻該質(zhì)點(diǎn)的位移可能是零D兩列頻率相同的波相遇時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)的位移總是比振動(dòng)減弱點(diǎn)的位移大,解析：選C.根據(jù)波的疊加原理，只要兩列波相遇，就會(huì)疊加，所以A錯(cuò)；兩列頻率相同的波相遇時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)是波峰與波峰、波谷與波谷相遇的點(diǎn)，所以B錯(cuò)；振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)僅是振幅加大，但仍在其平衡位置附近振動(dòng)，也一定有位移為零的時(shí)刻，所以C正確，D錯(cuò),二、對(duì)波的衍射現(xiàn)象的理解1波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的理解障礙物或孔的尺寸比波長小，或跟波長差不多(1)障礙物或孔的尺寸大小，并不是決定衍射是否發(fā)生的條件，僅是衍射現(xiàn)象是否明顯的條件，一般情況下，波長較大的波容易產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象(2)波傳到小孔(或障礙物)時(shí)，小孔(或障礙物)仿佛是一個(gè)新的波源，由它發(fā)出與原來同頻率的波在孔(或障礙物)后傳播，于是，就出現(xiàn)了偏離直線傳播的衍射現(xiàn)象(3)當(dāng)孔的尺寸遠(yuǎn)小于波長時(shí)盡管衍射十分突出，但衍射波的能量很弱，衍射現(xiàn)象不容易觀察到,2用惠更斯原理解釋衍射現(xiàn)象(1)波源在介質(zhì)中振動(dòng)，由于介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)間彈力的作用，將波源的振動(dòng)由介質(zhì)向周圍由近及遠(yuǎn)地傳播而形成波，而且當(dāng)波形成后就可以脫離波源而單獨(dú)存在，因?yàn)椴ㄔ匆坏?dòng)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，這個(gè)被帶動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)就可視為一個(gè)新的波源而帶動(dòng)其他質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)由此可見，凡是被帶動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)均可視為一個(gè)新的波源,(2)一個(gè)振源在平面介質(zhì)中振動(dòng)而形成的波，波面為一個(gè)圓波面上的質(zhì)點(diǎn)視為一個(gè)新的子波源新波源的波面也是個(gè)圓同一波面上的新子波源的波面的包絡(luò)面就是原波源的波面(3)當(dāng)遇到縫或孔，且縫或孔的尺寸較大，孔中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)可視為很多子波源，這些子波源的波面的包絡(luò)面仍保持原波面的形狀，只是邊緣發(fā)生了變化，這時(shí)的衍射現(xiàn)象不明顯(4)當(dāng)縫或孔的尺寸跟波長差不多或更小時(shí)，則形成的波面是以小孔為“中心”的圓，這便觀察到了明顯的衍射現(xiàn)象,即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)2.下列關(guān)于波的衍射的說法正確的是()A衍射是一切波特有的現(xiàn)象B對(duì)同一列波，縫、孔或障礙物越小衍射現(xiàn)象越明顯C只有橫波才能發(fā)生衍射現(xiàn)象，縱波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象D聲波容易發(fā)生衍射現(xiàn)象是由于聲波波長較大,解析：選ABD.衍射是一切波特有的現(xiàn)象，所以選項(xiàng)A對(duì)C錯(cuò)；發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象是有條件的，只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長差不多或比波長更小時(shí)，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象，所以選項(xiàng)B是正確的；聲波的波長在1.7cm到17m之間，一般常見的障礙物或孔的大小可與之相比，正是由于聲波波長較大，聲波容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，所以選項(xiàng)D也是正確的,三、多普勒效應(yīng)的理解發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)幾種情況的比較(以聲波為例)：,總之，當(dāng)波源與觀察者相互接近，觀察者接收到的頻率f觀察者變大，音調(diào)變高，反之觀察者接收到的頻率f觀察者變小，音調(diào)變低特別提醒：(1)多普勒效應(yīng)是接收頻率和波源的頻率不同的現(xiàn)象，并不是接收到波強(qiáng)度的變化(2)發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，不論觀察者接收到的頻率發(fā)生了怎樣的變化，波源的真實(shí)頻率并不會(huì)發(fā)生任何變化,即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)3.下列關(guān)于多普勒效應(yīng)的說法中，正確的是()A只要波源在運(yùn)動(dòng)，就一定能觀察到多普勒效應(yīng)B當(dāng)聲源靜止、觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以觀察到多普勒效應(yīng)C只要聲源在運(yùn)動(dòng)，觀察者總是感到聲音的頻率變高D當(dāng)聲源相對(duì)于觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者聽到的聲音的音調(diào)可能變高，也可能變低解析：選BD.當(dāng)波源和觀察者相互接近時(shí)，觀察者接收到的頻率增大；當(dāng)二者遠(yuǎn)離時(shí)，觀察者接收到的頻率減小,課堂互動(dòng)講練,圖253表示兩個(gè)相干波源S1、S2產(chǎn)生的波在同一種均勻介質(zhì)中相遇圖中實(shí)線表示某時(shí)刻的波峰，虛線表示的是波谷，下列說法正確的是(),圖253,Aa、c兩點(diǎn)的振動(dòng)加強(qiáng)，b、d兩點(diǎn)的振動(dòng)減弱Be、f兩點(diǎn)的振動(dòng)介于加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)之間C經(jīng)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后，加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的位置互換D經(jīng)半個(gè)周期后，原來位于波峰的點(diǎn)將位于波谷，原來位于波谷的點(diǎn)將位于波峰【精講精析】波的干涉示意圖所示的僅是某一時(shí)刻兩列相干波疊加的情況，形成干涉圖樣的所有介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)都在不停地振動(dòng)著，其位移的大小和方向都在不停地變化著但要注意，對(duì)穩(wěn)定的干涉，振動(dòng)加強(qiáng)和減弱的區(qū)域的空間位置是不變的,a點(diǎn)是波谷和波谷相遇的點(diǎn)，c點(diǎn)是波峰和波峰相遇的點(diǎn)，都是振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)；而b、d兩點(diǎn)都是波峰和波谷相遇的點(diǎn)，是振動(dòng)減弱的點(diǎn)，A正確e位于加強(qiáng)點(diǎn)的連線上，仍為加強(qiáng)點(diǎn)，f位于減弱點(diǎn)的連線上，仍為減弱點(diǎn)，B錯(cuò)誤相干波源疊加產(chǎn)生的干涉是穩(wěn)定的，不會(huì)隨時(shí)間變化，C錯(cuò)誤因形成干涉圖樣的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)也是不停地做周期性振動(dòng)，經(jīng)半個(gè)周期步調(diào)相反，D正確【答案】AD,【方法總結(jié)】(1)先找振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和振動(dòng)減弱點(diǎn)：根據(jù)波峰與波峰(或波谷與波谷)相遇的點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，波峰與波谷相遇的點(diǎn)為振動(dòng)減弱點(diǎn)，找到一系列加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)(2)再找振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)：根據(jù)在波的傳播方向上加強(qiáng)點(diǎn)的連線為加強(qiáng)區(qū)，減弱點(diǎn)的連線為減弱區(qū)，確定加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)(3)波形在時(shí)刻變化，可以沿波線方向平移波形，以此找到一般質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況，更能準(zhǔn)確確定加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū),【自主解答】根據(jù)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件進(jìn)行處理,新型列車動(dòng)車組速度可達(dá)300km/h，與該車汽笛聲的音調(diào)相比，(1)站在車前方路旁的人聽起來音調(diào)_(選填“偏高”或“偏低”)站在車后方路旁的人聽起來音調(diào)_(選填“偏高”或“偏低”)(2)迎面來的另一列車上的乘客聽起來音調(diào)怎樣？此時(shí)列車汽笛發(fā)出的音調(diào)變化了嗎？(3)坐在新型列車動(dòng)車組上的乘客聽起來音調(diào)怎樣？,【精講精析】(1)站在列車前方的人與列車的距離在靠近，因此聽起來音調(diào)偏高，站在列車后方的人與列車的距離在遠(yuǎn)離，因此音調(diào)偏低(2)迎面來的列車上的乘客聽起來音調(diào)偏高，此時(shí)列車汽笛發(fā)出的音調(diào)不變(3)坐在該列車上的乘客與列車的相對(duì)位置不變，故聽起來音調(diào)不變【答案】見精講精析,【方法總結(jié)】在多普勒效應(yīng)中，波源的頻率是不改變的，只是由于波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，觀察者感到頻率發(fā)生了變化多普勒效應(yīng)是波動(dòng)過程共有的特征，不僅機(jī)械波，電磁波和光波也會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng),知能優(yōu)化訓(xùn)練,本部分內(nèi)容講解結(jié)束,點(diǎn)此進(jìn)入課件目錄,按ESC鍵退出全屏播放,謝謝使用,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,