2018-2019學(xué)年高中物理 第2章 機(jī)械波 第3講 波的干涉和衍射 多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用課件 魯科版選修3-4.ppt

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第2章——,機(jī)械波,,第3講波的干涉和衍射多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用,目標(biāo)定位1.理解波的疊加原理，知道波的干涉是波疊加的結(jié)果.2.知道波的干涉圖樣的特點(diǎn)，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.知道什么是波的衍射現(xiàn)象和發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件.4.會(huì)用波的衍射、干涉現(xiàn)象解釋相關(guān)問題.5.了解多普勒效應(yīng)，能用多普勒效應(yīng)解釋一些物理現(xiàn)象．,,欄目索引CONTENTSPAGE,一、波的干涉現(xiàn)象,1．波的疊加原理：波在相遇時(shí)仍然能夠保持的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)繼續(xù)傳播，在相遇的區(qū)域里，介質(zhì)內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參加相遇的波列的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的位移等于相遇波列單獨(dú)存在時(shí)到達(dá)該處引起的位移的，相遇的波一旦脫離接觸又會(huì)按照原來(lái)的運(yùn)動(dòng)形狀傳播．,各自,疊加,2．波的干涉：(1)定義：振動(dòng)頻率和振動(dòng)方向的兩列波疊加后，振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域、穩(wěn)定分布的現(xiàn)象，叫做波的干涉，形成的圖樣叫做(2)產(chǎn)生干涉的條件：只有和相同的波才可能互相干涉．(3)干涉現(xiàn)象是波的重要特征之一．,相同,互相間隔,干涉圖樣．,,頻率,振動(dòng)方向,想一想在波的干涉中，振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)和振動(dòng)減弱的點(diǎn)的振動(dòng)情況是怎樣的？是不是振動(dòng)減弱的點(diǎn)始終位于平衡位置不動(dòng)？答案在波的干涉中，振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)是指兩列波在該點(diǎn)的振動(dòng)方向始終相同，因而使該點(diǎn)以兩列波的振幅之和作為新的振幅做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)；而振動(dòng)減弱的點(diǎn)是指兩列波在該點(diǎn)的振動(dòng)方向始終相反，因而使該點(diǎn)以兩列波的振幅之差作為新的振幅做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)．只有當(dāng)兩列波的振幅相等時(shí)，所形成的干涉中的振動(dòng)減弱的點(diǎn)的振幅才為零，此時(shí)該點(diǎn)表現(xiàn)為始終處于平衡位置不動(dòng)．,二、波的衍射現(xiàn)象,1．定義：波繞過(guò)或通過(guò)孔隙繼續(xù)傳播的現(xiàn)象．2．發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：障礙物或狹縫的尺寸跟波長(zhǎng)相差時(shí)．3．都能發(fā)生衍射現(xiàn)象，衍射是波的現(xiàn)象．,障礙物,不多,一切波,特有,三、多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用,1．多普勒效應(yīng)：由于波源和觀察者之間有而使觀察者接收到的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象．2．成因(1)當(dāng)聲源和觀察者相對(duì)介質(zhì)都不動(dòng)(即二者沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng))時(shí)，觀察者接收到的聲音頻率聲源的頻率．(2)當(dāng)觀察者靠近聲源時(shí)，觀察者在1s內(nèi)接收到完全波的個(gè)數(shù)就會(huì)，也就是接收到的聲音頻率，聽到的音調(diào)變.,高,相對(duì)運(yùn)動(dòng),等于,增多,增大,(3)當(dāng)觀察者遠(yuǎn)離聲源時(shí)，在單位時(shí)間里接收到完全波的個(gè)數(shù)就會(huì)，也就是接收到的聲音頻率，聽到的聲音音調(diào)變.,低,減少,減小,3．多普勒效應(yīng)是波共有的特征．4．應(yīng)用：(1)多普勒儀；(2)彩色超聲多普勒儀；(3)跟蹤目的物．,測(cè)速,心動(dòng)圖,想一想當(dāng)汽車遠(yuǎn)離觀察者時(shí)，聽到的汽車的聲音越來(lái)越小，這種現(xiàn)象就是多普勒效應(yīng)嗎？答案不是．多普勒效應(yīng)指的是接收到的頻率的變化情況，即音調(diào)的變化情況；而聲音大小指的是響度．,一、對(duì)干涉現(xiàn)象的理解,,1．波的疊加是無(wú)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，必須是兩列波的頻率相同、振動(dòng)方向相同．3．干涉圖樣及其特點(diǎn)(1)干涉圖樣：如圖1所示,圖1,(2)特點(diǎn)①加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變．②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)．③加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)互相間隔．4．振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)(1)加強(qiáng)點(diǎn)：振動(dòng)的振幅等于兩列波振幅之和，A＝A1＋A2.(2)減弱點(diǎn)：振動(dòng)的振幅等于兩列波振幅之差，A＝|A1－A2|.,(3)加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的判斷：若某點(diǎn)總是波峰與波峰或波谷與波谷相遇，該點(diǎn)為加強(qiáng)點(diǎn)，若總是波峰與波谷相遇，則為減弱點(diǎn)．,例1兩列振動(dòng)方向相同、振幅分別為A1和A2的相干簡(jiǎn)諧橫波相遇．下列說(shuō)法正確的是()A．波峰與波谷相遇處質(zhì)點(diǎn)的振幅為|A1－A2|B．波峰與波峰相遇處質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的位移始終為A1＋A2C．波峰與波谷相遇處質(zhì)點(diǎn)的位移總是小于波峰與波峰相遇處質(zhì)點(diǎn)的位移D．波峰與波峰相遇處質(zhì)點(diǎn)的振幅一定大于波峰與波谷相遇處質(zhì)點(diǎn)的振幅,解析波峰與波谷相遇時(shí)，振幅相消，故實(shí)際振幅為|A1－A2|，選項(xiàng)A正確；波峰與波峰相遇處，質(zhì)點(diǎn)的振幅最大，合振幅為A1＋A2，但此處質(zhì)點(diǎn)仍處于振動(dòng)狀態(tài)中，其位移隨時(shí)間按正弦(或余弦)規(guī)律變化，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；,振動(dòng)減弱點(diǎn)和加強(qiáng)點(diǎn)的位移隨時(shí)間按正弦(或余弦)規(guī)律變化，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；波峰與波峰相遇時(shí)振動(dòng)加強(qiáng)，波峰與波谷相遇時(shí)振動(dòng)減弱，加強(qiáng)點(diǎn)的振幅大于減弱點(diǎn)的振幅，選項(xiàng)D正確．答案AD,針對(duì)訓(xùn)練兩列頻率、振動(dòng)方向、初相位均相同的波S1、S2，在同一介質(zhì)中傳播時(shí)，某時(shí)刻t形成如圖2所示的干涉圖樣(實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷)，在圖中標(biāo)有A、B、C三個(gè)點(diǎn)，則振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)是________，振動(dòng)減弱的點(diǎn)是________．,圖2,解析由圖可知A點(diǎn)為波峰與波峰相遇，是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)；B點(diǎn)是波谷與波谷相遇，是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)；C點(diǎn)是波峰與波谷相遇，是振動(dòng)減弱點(diǎn)．答案A、BC,二、對(duì)衍射現(xiàn)象的理解,1．衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都可以發(fā)生衍射．2．波的衍射總是存在的，只有“明顯”與“不明顯”的差異，“障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小或跟波長(zhǎng)差不多”是發(fā)生明顯衍射的條件．3．波傳到小孔(或障礙物)時(shí)，小孔(或障礙物)仿佛一個(gè)新波源，由它發(fā)出與原來(lái)同頻率的波在孔(或障礙物)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(shí)的近似情況．,例2如圖3所示是觀察水面波衍射的實(shí)驗(yàn)裝置，AC和BD是兩塊擋板，AB是一個(gè)孔，O是波源，圖中已畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況，每?jī)蓷l相鄰波紋(圖中曲線)之間距離表示一個(gè)波長(zhǎng)，則對(duì)于波經(jīng)過(guò)孔之后的傳播情況，下列描述正確的是(),圖3,A．此時(shí)能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象B．擋板前后波紋間距離相等C．如果將孔AB擴(kuò)大，有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象D．如果孔的大小不變，使波源頻率增大，能更明顯地觀察到衍射現(xiàn)象,解析從題圖中可以看出，孔的大小與波長(zhǎng)相差不多，故能夠發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，A選項(xiàng)正確；由于在同一均勻介質(zhì)中，波的傳播速度沒有變化，波的頻率是一定的，又根據(jù)λ＝可得波長(zhǎng)λ沒有變化，所以B選項(xiàng)是正確的；,當(dāng)孔擴(kuò)大后，發(fā)生明顯衍射的條件將被破壞，故C選項(xiàng)正確；如果孔的大小不變，使波源頻率增大，則波長(zhǎng)減小，孔的尺寸將比波長(zhǎng)大，失去發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象的條件，因此D選項(xiàng)不正確．答案ABC,三、對(duì)多普勒效應(yīng)的理解,1．多普勒效應(yīng)是波共有的特征，不僅機(jī)械波，光波和電磁波也都會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)．2．發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，波源發(fā)出的頻率不變，變化的是觀察者接收到的頻率．3．(1)當(dāng)波源與觀察者相互接近時(shí)，f觀察者變大，音調(diào)變高．如圖4甲中波源S不動(dòng)，觀察者A向B運(yùn)動(dòng)和圖乙中觀察者A不動(dòng)，波源由S1向S2運(yùn)動(dòng)；,(2)當(dāng)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí)，f觀察者變小，音調(diào)變低，如圖甲中波源S不動(dòng)，觀察者A向C運(yùn)動(dòng)．,圖4,例3下面說(shuō)法中正確的是()A．發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，波源的頻率變化了B．發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化C．多普勒效應(yīng)是在波源與觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的D．多普勒效應(yīng)是由奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的,解析當(dāng)波源與觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)，故選項(xiàng)C正確；發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，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(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確；此現(xiàn)象是奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的，故選項(xiàng)D正確．答案BCD,借題發(fā)揮判斷觀察者接收的頻率是怎么樣變化的，就是看波源與觀察者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況．,1．在水波槽的衍射實(shí)驗(yàn)中，若打擊水面的振子的振動(dòng)頻率是5Hz，水波在水槽中的傳播速度為0.05m/s，為觀察到明顯的衍射現(xiàn)象，小孔直徑d應(yīng)為()A．10cmB．5cmC．d≥1cmD．d＜1cm,波的衍射,,答案D,波的疊加,2．如圖5所示，沿一條直線相向傳播的兩列波的振幅和波長(zhǎng)均相等，當(dāng)它們相遇時(shí)可能出現(xiàn)的波形是下圖中的(),圖5,解析當(dāng)兩列波的前半個(gè)波(或后半個(gè)波)相遇時(shí)，根據(jù)波的疊加原理，在前半個(gè)波(或后半個(gè)波)重疊的區(qū)域內(nèi)所有的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的合位移為零，而兩列波的后半個(gè)波(或前半個(gè)波)的波形保持不變，所以選項(xiàng)B正確；當(dāng)兩列波完全相遇時(shí)(即重疊在一起)，由波的疊加原理可知，所有質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移均等于每列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的矢量和，使得所有的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移加倍，所以選項(xiàng)C也是正確的．答案BC,波的干涉,3．圖6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，虛線表示該時(shí)刻的波谷，下列說(shuō)法正確的是(),圖6,A．a(chǎn)、c兩點(diǎn)的振動(dòng)加強(qiáng)，b、d兩點(diǎn)的振動(dòng)減弱B．e、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(lái)位于波峰的點(diǎn)將位于波谷，原來(lái)位于波谷的點(diǎn)將位于波峰,解析波的干涉示意圖表示某一時(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(chǎn)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點(diǎn)位于加強(qiáng)點(diǎn)的連線上，也為加強(qiáng)點(diǎn)，f點(diǎn)位于減弱點(diǎn)的連線上，也為減弱點(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)也在不停地做周期性振動(dòng)，故經(jīng)半個(gè)周期步調(diào)相反，D正確．,答案AD,多普勒效應(yīng),4．如圖7所示產(chǎn)生機(jī)械波的波源O做勻速運(yùn)動(dòng)的情況，圖中的圓表示波峰．(1)該圖表示的是()A．干涉現(xiàn)象B．衍射現(xiàn)象C．反射現(xiàn)象D．多普勒效應(yīng),,圖7,(2)波源正在向哪處移動(dòng)()A．AB．BC．CD．D(3)觀察到波的頻率最低的位置是()A．AB．BC．CD．D,解析題圖表示的是多普勒效應(yīng)，波源的左邊波長(zhǎng)較小，說(shuō)明波源正向左運(yùn)動(dòng)，因此A處的觀察者接受到的頻率最高，B處的觀察者接受到的頻率最低．答案(1)D(2)A(3)B,