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(xiàn)象和發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件.4.會用波的衍射、干涉現(xiàn)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(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(zhì)內(nèi)部的質(zhì)點同時參加相遇的波列的振動，質(zhì)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(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(xiàn)為始終處于平衡位置不動．,二、波的衍射現(xiàn)象,1．定義：波繞過或通過孔隙繼續(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相差時．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(xiàn)象．2．成因(1)當聲源和觀察者相對介質(zhì)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(nèi)接收到完全波的個數(shù)就會，也就是接收到的聲音頻率，聽到的音調(diào)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(shù)就會，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(xiàn)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(diào)的變化情況；而聲音大小指的是響度．,一、對干涉現(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(zhì)點的振幅為|A1－A2|B．波峰與波峰相遇處質(zhì)點離開平衡位置的位移始終為A1＋A2C．波峰與波谷相遇處質(zhì)點的位移總是小于波峰與波峰相遇處質(zhì)點的位移D．波峰與波峰相遇處質(zhì)點的振幅一定大于波峰與波谷相遇處質(zhì)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(zhì)點的振幅最大，合振幅為A1＋A2，但此處質(zhì)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(zhì)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(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(jīng)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(xiàn)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(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，孔的大小與波長相差不多，故能夠發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，A選項正確；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(xiàn)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(diào)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(diào)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(chǎn)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(xiàn)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(xiàn)象是奧地利物理學家多普勒首先發(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(jù)波的疊加原理，在前半個波(或后半個波)重疊的區(qū)域內(nèi)所有的質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(chǎn)生的波在同一種均勻介質(zhì)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(chǎn)、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(jīng)適當?shù)臅r間后，加強點和減弱點的位置互換D．經(jīng)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(zhì)質(zhì)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(chǎn)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(chǎn)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(zhì)質(zhì)點也在不停地做周期性振動，故經(jīng)半個周期步調(diào)相反，D正確．,答案AD,多普勒效應,4．如圖7所示產(chǎn)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(xiàn)象B．衍射現(xiàn)象C．反射現(xiàn)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,