2018-2019學年高中物理 第2章 機械波 第3講 波的干涉和衍射 多普勒效應及其應用課件 魯科版選修3-4.ppt

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第2章——,機械波,,第3講波的干涉和衍射多普勒效應及其應用,目標定位1.理解波的疊加原理，知道波的干涉是波疊加的結果.2.知道波的干涉圖樣的特點，理解形成穩(wěn)定干涉圖樣的條件，掌握振動加強點、減弱點的振動情況.3.知道什么是波的衍射現象和發(fā)生明顯衍射現象的條件.4.會用波的衍射、干涉現象解釋相關問題.5.了解多普勒效應，能用多普勒效應解釋一些物理現象．,,欄目索引CONTENTSPAGE,一、波的干涉現象,1．波的疊加原理：波在相遇時仍然能夠保持的運動狀態(tài)繼續(xù)傳播，在相遇的區(qū)域里，介質內部的質點同時參加相遇的波列的振動，質點的位移等于相遇波列單獨存在時到達該處引起的位移的，相遇的波一旦脫離接觸又會按照原來的運動形狀傳播．,各自,疊加,2．波的干涉：(1)定義：振動頻率和振動方向的兩列波疊加后，振動加強和振動減弱的區(qū)域、穩(wěn)定分布的現象，叫做波的干涉，形成的圖樣叫做(2)產生干涉的條件：只有和相同的波才可能互相干涉．(3)干涉現象是波的重要特征之一．,相同,互相間隔,干涉圖樣．,,頻率,振動方向,想一想在波的干涉中，振動加強的點和振動減弱的點的振動情況是怎樣的？是不是振動減弱的點始終位于平衡位置不動？答案在波的干涉中，振動加強的點是指兩列波在該點的振動方向始終相同，因而使該點以兩列波的振幅之和作為新的振幅做簡諧運動；而振動減弱的點是指兩列波在該點的振動方向始終相反，因而使該點以兩列波的振幅之差作為新的振幅做簡諧運動．只有當兩列波的振幅相等時，所形成的干涉中的振動減弱的點的振幅才為零，此時該點表現為始終處于平衡位置不動．,二、波的衍射現象,1．定義：波繞過或通過孔隙繼續(xù)傳播的現象．2．發(fā)生明顯衍射現象的條件：障礙物或狹縫的尺寸跟波長相差時．3．都能發(fā)生衍射現象，衍射是波的現象．,障礙物,不多,一切波,特有,三、多普勒效應及其應用,1．多普勒效應：由于波源和觀察者之間有而使觀察者接收到的頻率發(fā)生變化的現象．2．成因(1)當聲源和觀察者相對介質都不動(即二者沒有相對運動)時，觀察者接收到的聲音頻率聲源的頻率．(2)當觀察者靠近聲源時，觀察者在1s內接收到完全波的個數就會，也就是接收到的聲音頻率，聽到的音調變.,高,相對運動,等于,增多,增大,(3)當觀察者遠離聲源時，在單位時間里接收到完全波的個數就會，也就是接收到的聲音頻率，聽到的聲音音調變.,低,減少,減小,3．多普勒效應是波共有的特征．4．應用：(1)多普勒儀；(2)彩色超聲多普勒儀；(3)跟蹤目的物．,測速,心動圖,想一想當汽車遠離觀察者時，聽到的汽車的聲音越來越小，這種現象就是多普勒效應嗎？答案不是．多普勒效應指的是接收到的頻率的變化情況，即音調的變化情況；而聲音大小指的是響度．,一、對干涉現象的理解,,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、振動方向相同．3．干涉圖樣及其特點(1)干涉圖樣：如圖1所示,圖1,(2)特點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．4．振動加強點和減弱點(1)加強點：振動的振幅等于兩列波振幅之和，A＝A1＋A2.(2)減弱點：振動的振幅等于兩列波振幅之差，A＝|A1－A2|.,(3)加強點和減弱點的判斷：若某點總是波峰與波峰或波谷與波谷相遇，該點為加強點，若總是波峰與波谷相遇，則為減弱點．,例1兩列振動方向相同、振幅分別為A1和A2的相干簡諧橫波相遇．下列說法正確的是()A．波峰與波谷相遇處質點的振幅為|A1－A2|B．波峰與波峰相遇處質點離開平衡位置的位移始終為A1＋A2C．波峰與波谷相遇處質點的位移總是小于波峰與波峰相遇處質點的位移D．波峰與波峰相遇處質點的振幅一定大于波峰與波谷相遇處質點的振幅,解析波峰與波谷相遇時，振幅相消，故實際振幅為|A1－A2|，選項A正確；波峰與波峰相遇處，質點的振幅最大，合振幅為A1＋A2，但此處質點仍處于振動狀態(tài)中，其位移隨時間按正弦(或余弦)規(guī)律變化，選項B錯誤；,振動減弱點和加強點的位移隨時間按正弦(或余弦)規(guī)律變化，選項C錯誤；波峰與波峰相遇時振動加強，波峰與波谷相遇時振動減弱，加強點的振幅大于減弱點的振幅，選項D正確．答案AD,針對訓練兩列頻率、振動方向、初相位均相同的波S1、S2，在同一介質中傳播時，某時刻t形成如圖2所示的干涉圖樣(實線表示波峰，虛線表示波谷)，在圖中標有A、B、C三個點，則振動加強的點是________，振動減弱的點是________．,圖2,解析由圖可知A點為波峰與波峰相遇，是振動加強點；B點是波谷與波谷相遇，是振動加強點；C點是波峰與波谷相遇，是振動減弱點．答案A、BC,二、對衍射現象的理解,1．衍射是波特有的現象，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小或跟波長差不多”是發(fā)生明顯衍射的條件．3．波傳到小孔(或障礙物)時，小孔(或障礙物)仿佛一個新波源，由它發(fā)出與原來同頻率的波在孔(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的近似情況．,例2如圖3所示是觀察水面波衍射的實驗裝置，AC和BD是兩塊擋板，AB是一個孔，O是波源，圖中已畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況，每兩條相鄰波紋(圖中曲線)之間距離表示一個波長，則對于波經過孔之后的傳播情況，下列描述正確的是(),圖3,A．此時能明顯觀察到波的衍射現象B．擋板前后波紋間距離相等C．如果將孔AB擴大，有可能觀察不到明顯的衍射現象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象,解析從題圖中可以看出，孔的大小與波長相差不多，故能夠發(fā)生明顯的衍射現象，A選項正確；由于在同一均勻介質中，波的傳播速度沒有變化，波的頻率是一定的，又根據λ＝可得波長λ沒有變化，所以B選項是正確的；,當孔擴大后，發(fā)生明顯衍射的條件將被破壞，故C選項正確；如果孔的大小不變，使波源頻率增大，則波長減小，孔的尺寸將比波長大，失去發(fā)生明顯的衍射現象的條件，因此D選項不正確．答案ABC,三、對多普勒效應的理解,1．多普勒效應是波共有的特征，不僅機械波，光波和電磁波也都會發(fā)生多普勒效應．2．發(fā)生多普勒效應時，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)當波源與觀察者相互接近時，f觀察者變大，音調變高．如圖4甲中波源S不動，觀察者A向B運動和圖乙中觀察者A不動，波源由S1向S2運動；,(2)當波源與觀察者相互遠離時，f觀察者變小，音調變低，如圖甲中波源S不動，觀察者A向C運動．,圖4,例3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．多普勒效應是在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，故選項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；此現象是奧地利物理學家多普勒首先發(fā)現的，故選項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運動情況．,1．在水波槽的衍射實驗中，若打擊水面的振子的振動頻率是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象，小孔直徑d應為()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均相等，當它們相遇時可能出現的波形是下圖中的(),圖5,解析當兩列波的前半個波(或后半個波)相遇時，根據波的疊加原理，在前半個波(或后半個波)重疊的區(qū)域內所有的質點振動的合位移為零，而兩列波的后半個波(或前半個波)的波形保持不變，所以選項B正確；當兩列波完全相遇時(即重疊在一起)，由波的疊加原理可知，所有質點振動的位移均等于每列波單獨傳播時引起的位移的矢量和，使得所有的質點振動的位移加倍，所以選項C也是正確的．答案BC,波的干涉,3．圖6表示兩個相干波源S1、S2產生的波在同一種均勻介質中相遇．圖中實線表示某時刻的波峰，虛線表示該時刻的波谷，下列說法正確的是(),圖6,A．a、c兩點的振動加強，b、d兩點的振動減弱B．e、f兩點的振動介于加強點和減弱點之間C．經適當的時間后，加強點和減弱點的位置互換D．經半個周期后，原來位于波峰的點將位于波谷，原來位于波谷的點將位于波峰,解析波的干涉示意圖表示某一時刻兩列相干波疊加的情況，形成干涉圖樣的所有介質質點都在不停地振動著，其位移的大小和方向都在不停地變化著．但要注意，對穩(wěn)定的干涉，振動加強和減弱的區(qū)域的空間位置是不變的．a點是波谷和波谷相遇的點，c點是波峰和波峰相遇的點，都是振動加強的點；而b，d兩點都是波峰和波谷相遇的點，是振動減弱的點，A正確；,e點位于加強點的連線上，也為加強點，f點位于減弱點的連線上，也為減弱點，B錯誤；相干波源疊加產生的干涉是穩(wěn)定的，不會隨時間變化，C錯誤；因形成干涉圖樣的介質質點也在不停地做周期性振動，故經半個周期步調相反，D正確．,答案AD,多普勒效應,4．如圖7所示產生機械波的波源O做勻速運動的情況，圖中的圓表示波峰．(1)該圖表示的是()A．干涉現象B．衍射現象C．反射現象D．多普勒效應,,圖7,(2)波源正在向哪處移動()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，波源的左邊波長較小，說明波源正向左運動，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,