,高中物理·選修3-4·魯教版,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(wèn)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,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?xún)闪胁ǖ恼穹妥鳛樾碌恼穹龊?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?xún)闪胁ǖ恼穹钭鳛樾碌恼穹龊?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)時(shí)，觀察者接收到的聲音頻率 聲源的頻率,相對(duì)運(yùn)動(dòng),等于,(2)當(dāng)觀察者靠近聲源時(shí)，觀察者在1 s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(tīng)到的音調(diào)變 (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(tīng)到的聲音音調(diào)變 ,增多,增大,高,減少,減小,低,4應(yīng)用： (1)多普勒 儀；(2)彩色超聲多普勒 儀；(3)跟蹤目的物 想一想 當(dāng)汽車(chē)遠(yuǎn)離觀察者時(shí)，聽(tīng)到的汽車(chē)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.,測(cè)速,心動(dòng)圖,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、相差恒定,3干涉圖樣及其特點(diǎn) (1)干涉圖樣：如圖231所示 圖231,(2)特點(diǎn) 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,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，AA1A2. (2)減弱點(diǎn)：振動(dòng)的振幅等于兩列波振幅之差，A|A1A2|. (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】 (2014·大綱全國(guó))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|A1A2| B波峰與波峰相遇處質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)平衡位置的位移始終為A1A2 C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|A1A2|，故選項(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A1A2，但此處質(zhì)點(diǎn)仍處于振動(dòng)狀態(tài)中，其位移隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，故選項(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，故選項(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232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232,解析 法一 由題圖中可以知道，A點(diǎn)距波源S1，S2的距離均為1.5，即x11.5，x21.5，故A到S1，S2的距離差xx1x20；B點(diǎn)距S1距離為x1，距S2距離為x22，故B到S1，S2的距離差x；C點(diǎn)距S1的距離為x12，距S2的距離為x21.5，故C到兩波源S1，S2的距離差為xx1x20.5.因?yàn)閮刹ㄔ吹恼駝?dòng)情況完全相同，所以A、B點(diǎn)均為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，C點(diǎn)為振動(dòng)減弱點(diǎn),法二 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、B C,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233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(huà)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233,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,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234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234,【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(méi)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.,