【新步步高】2015-2016學(xué)年高二物理教科版選修3-4課件第二章-第5講-第6講-波的干涉、衍射-多普勒效應(yīng)

1、,第5講　波的干涉、衍射第6講　多普勒效應(yīng),目標(biāo)定位　1.知道波的疊加原理，知道波的干涉現(xiàn)象實(shí)質(zhì)上是波的一種特殊的疊加現(xiàn)象.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，掌握振動加強(qiáng)點(diǎn)、減弱點(diǎn)的振動情況.3.知道什么是波的衍射現(xiàn)象，知道波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件.4.了解多普勒效應(yīng)，能運(yùn)用多普勒效應(yīng)解釋一些物理現(xiàn)象.,預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué) 梳理·識記·點(diǎn)撥,一、波的疊加原理在幾列波傳

2、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，質(zhì)點(diǎn)的 等于各列波單獨(dú)存在時(shí)在該處引起的振動位移的 .,總位移,矢量和,二、波的干涉現(xiàn)象1.定義： 的兩列波疊加，使介質(zhì)中某些區(qū)域的質(zhì)點(diǎn)振動始終 ，另一些區(qū)域的質(zhì)點(diǎn)振動始終 ，并且這兩種區(qū)域互相間隔、位置 .這種穩(wěn)定的疊加現(xiàn)象(圖樣)叫做波的干涉.2.產(chǎn)生干涉的一個(gè)必要條件是兩列波的必須相同.3.

3、波的干涉現(xiàn)象是在特殊條件下波的 . 只要滿足一定條件，都能發(fā)生干涉現(xiàn)象.,頻率相同,加強(qiáng),減弱,保持不變,頻率,疊加,一切波,想一想　在波的干涉中，振動加強(qiáng)的點(diǎn)和振動減弱的點(diǎn)的振動情況是怎樣的？是不是振動減弱的點(diǎn)始終位于平衡位置不動？答案　在波的干涉中，振動加強(qiáng)的點(diǎn)是指兩列波在該點(diǎn)的振動方向始終相同，因而使該點(diǎn)以兩列波的振幅之和作為新的振幅做簡諧運(yùn)動；而振動減弱的點(diǎn)是指兩列波在該點(diǎn)的振動方向始終相反

4、，因而使該點(diǎn)以兩列波的振幅之差作為新的振幅做簡諧運(yùn)動.只有當(dāng)兩列波的振幅相等時(shí)，所形成的干涉中的振動減弱的點(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.,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.2.波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：當(dāng)縫的寬度或障礙物的尺寸大小與 相差不多或比 小時(shí)，就能看到明顯的衍射現(xiàn)象.3. 都可發(fā)生衍射現(xiàn)象.,障礙物,波長,波長,一切波,想一想　在日常生活中我們

5、常遇到“聞其聲而不見其人”的現(xiàn)象，你能用學(xué)過的知識解釋一下嗎？答案　聲波的波長比較長，容易衍射，而光波波長短，不容易衍射，所以會有“聞其聲而不見其人”的現(xiàn)象.,四、多普勒效應(yīng)1.定義：當(dāng)觀測者與波源之間有相對運(yùn)動時(shí)，觀測者測得的頻率與波源頻率 .2.成因(1)波源S與觀測者A相對于介質(zhì)都靜止時(shí)，觀測者單位時(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 ，所以，觀測者接收到的頻率和波源的振

6、動頻率 .,不同,相同,相同,(2)當(dāng)觀測者與波源兩者相互接近時(shí)，它在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完整波的數(shù)目 ，接收到的頻率將 波源振動的頻率.(3)當(dāng)觀測者與波源兩者遠(yuǎn)離時(shí)，它在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完整波數(shù)目 ，接收到的頻率將 波源振動的頻率.,增多,大于,減少,小于,3.應(yīng)用(1)測心臟血流速度；(2)測人造衛(wèi)星位置的變化；(3)測定流體流速；(4)檢查車速；(5)判斷遙遠(yuǎn)的

7、天體相對于地球的運(yùn)動速度.,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.,課堂講義 理解·深化·探究,,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、步調(diào)一致(

8、相差恒定).,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.振動加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)(1)振動加強(qiáng)點(diǎn)：振動的振幅等于兩列波振幅之和，A＝A1＋A2.(2)振動減弱點(diǎn)：振動的振幅等于兩列波振幅之差，A＝|A1－A2|.(3)振動加強(qiáng)點(diǎn)和振動減弱點(diǎn)的判斷.若某點(diǎn)總是波峰與波峰或波谷與波谷

9、相遇，該點(diǎn)為振動加強(qiáng)點(diǎn)；若總是波峰與波谷相遇，則為振動減弱點(diǎn).,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(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　兩列振動方向相同的

10、相干波相遇疊加，在相遇區(qū)域內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)仍做簡諧運(yùn)動，其振動位移在0到最大值之間，B、C項(xiàng)錯(cuò)誤；在波峰與波谷相遇處質(zhì)點(diǎn)振幅為兩波振幅之差，在波峰與波峰相遇處質(zhì)點(diǎn)振幅為兩波振幅之和，故A、D項(xiàng)正確.答案　AD,借題發(fā)揮　不管是振動加強(qiáng)點(diǎn)，還是振動減弱點(diǎn)，還是一般位置的質(zhì)點(diǎn)在振動時(shí)，其位移都在隨時(shí)間做周期性變化，位移均可為0.,針對訓(xùn)練　兩列頻率、振動方向、初始相位均相同的波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

11、樣，圖樣中兩波源S1、S2同時(shí)為波谷(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)，則振動加強(qiáng)點(diǎn)是______，振動減弱點(diǎn)是________.,解析　由圖可知A點(diǎn)為波峰與波峰相遇，是振動加強(qiáng)點(diǎn)；B點(diǎn)是波谷與波谷相遇，是振動加強(qiáng)點(diǎn)；C點(diǎn)是波峰與波谷相遇，是振動減弱點(diǎn).答案　A、B　C,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

12、的尺寸比波長小或跟波長差不多”只是發(fā)生明顯衍射的條件.3.波傳到小孔(障礙物)時(shí)，小孔(障礙物)仿佛一個(gè)新波源，由它發(fā)出與原來同頻率的波在孔(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，每兩條相鄰波紋(圖中曲線)之間距離表示一個(gè)波長，則關(guān)于波經(jīng)過孔之后的傳播情況，下列描

13、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(xiàng)正確；由于在同一均勻介質(zhì)中，波的傳播速度不變，波的頻率不變，又根據(jù)λ＝ 可得波長λ不變，所以B選項(xiàng)正確；當(dāng)孔擴(kuò)大后，發(fā)生明顯衍射的條件將被

14、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(xiàng)不正確.答案　ABC,三、對多普勒效應(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.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，觀察者A向B運(yùn)動和圖乙中觀察者A不動，

15、波源由S1向S2運(yùn)動；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，觀察者A向C運(yùn)動.,圖4,例3 　下面說法中正確的是(　　)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運(yùn)動時(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運(yùn)動時(shí)會發(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)，

16、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運(yùn)動情況.,對點(diǎn)練習(xí) 鞏固·應(yīng)用·反饋,,,1,2,3,4,波的衍射1.在水波槽的衍射實(shí)驗(yàn)中，若打擊水面的振子的振

17、動頻率是5 Hz，水波在水槽中的傳播速度為0.05 m/s，為觀察到明顯的衍射現(xiàn)象，小孔直徑d 應(yīng)為(　　)A.10 cm B.5 cm C.d≥1 cm D.d＜1 cm,1,2,3,4,答案　D,1,2,3,4,波的疊加2.兩列簡諧橫波，波速大小均為20 m/s，如圖5所示為某時(shí)刻兩列波各自傳播的波動圖像.一列波沿著x軸向右傳播(實(shí)線所示)，另一列沿著x軸向左傳播(虛線所示).下列說法不正確的是(　　

18、),圖5,1,2,3,4,A.兩列波的頻率均為2.5 HzB.此時(shí)刻b、d處的質(zhì)點(diǎn)速度為零，a、c處質(zhì)點(diǎn)速度最大C.兩列波在b、d點(diǎn)處引起的振動加強(qiáng)，在a、c點(diǎn)處引起的 振動減弱D.經(jīng)過0.1 s，a 處質(zhì)點(diǎn)在波峰，c 處質(zhì)點(diǎn)在波谷,1,2,3,4,兩列波在b、d點(diǎn)處引起的振動減弱，在a、c點(diǎn)處引起的振動加強(qiáng)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由圖可知此時(shí)刻b、d處的質(zhì)點(diǎn)在最大位移處，所以速度為零，a、c處質(zhì)點(diǎn)在平衡位置，速度最大，選項(xiàng)B正確

19、；,1,2,3,4,答案　C,1,2,3,4,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，虛線表示某時(shí)刻的波谷，下列說法正確的是(　　),圖6,1,2,3,4,A.a、c兩點(diǎn)的振動加強(qiáng)，b、d 兩點(diǎn)的振動減弱B.e、f 兩點(diǎn)的振動介于加強(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

20、峰,1,2,3,4,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(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)，都是振動加強(qiáng)的點(diǎn)；,1,2,3,4,而b、d兩點(diǎn)都是波峰和波谷相遇的點(diǎn)，是振動減弱的點(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)，

21、B錯(cuò)誤；相干波源疊加產(chǎn)生的干涉是穩(wěn)定的，不會隨時(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，故經(jīng)半個(gè)周期步調(diào)相反，D正確.答案　AD,1,2,3,4,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7,1,2,3,4,(2)波源正在向哪處移動(　　)A.A B.B