2013年高中物理 第2章 第3节 波的干涉和衍射 第4节 多普勒效应及其应用精品课件 鲁科版选修3-4.ppt

1、第3节 波的干涉和衍射第4节 多普勒效应及其应用课前自主学案核心要点突破课堂互动讲练课标定位知能优化训练第4节课标定位学习目标：1.理解波的叠加原理2知道波的干涉衍射现象及产生稳定干涉、明显衍射的条件3知道干涉、衍射现象是波所特有的现象4了解波的多普勒效应现象重点难点：1.波的干涉现象及其产生条件，衍射现象2波的叠加原理课前自主学案一、波的干涉现象1波的叠加原理大量研究表明，波在相遇时仍然能够保持各自的_继续传播，在相遇的区域里，介质内部的质点同时参与相遇的波列的_，质点的位移等于相遇波列单独存在时到达该处引起的_的叠加，相遇的波一旦脱离接触又会按照原来的运动状态继续传播这在物理学中称为波的叠

2、加原理运动状态振动位移2波的干涉(1)我们把_和振动方向相同的两列波叠加后，振动加强和振动减弱的区域_，_的现象，叫做波的干涉，形成的图样叫做干涉图样(2)只有_和_相同的波才可能互相干涉水波、声波、光波、电磁波等都能产生干涉，干涉现象是波的重要特征之一二、波的衍射现象1波绕过_或通过_继续传播的现象，叫做波的衍射振动频率互相间隔稳定分布频率振动方向障碍物孔隙2同一列水波经过不同的狭缝时，当狭缝的宽度远大于_时，没有明显的衍射现象；当狭缝的宽度接近_时，水波在狭缝的边缘发生了弯曲；当狭缝的宽度更接近水波的波长时，水波通过狭缝后成为近似于_衍射现象更加明显3进一步实验表明，当障碍物或狭缝的尺寸跟

3、_时，衍射现象十分明显4不仅水波能发生衍射现象_波都能发生衍射现象，衍射是_特有的现象水波的波长水波的波长波源发出的球面波波长相差不多一切波三、多普勒效应1多普勒效应由于_与_之间有相对运动而使观察者接收到的_发生变化的现象称为多普勒效应2多普勒效应产生的原因(1)波源与观察者相对静止时，观察者观测到的频率_波源振动的频率(2)波源与观察者相互靠近时，观察者观测到的频率_波源的的频率，即观察到的频率变大(3)波源与观察者相互远离时，观察到的频率变小波源观察者频率等于大于四、多普勒效应的应用1.多普勒测速仪2彩色超声多普勒心动图仪3用电磁波的多普勒效应可以确定目的物的距离、方位、速度等，这在军事

4、、航天、气象预报等领域有着广泛的应用核心要点突破一、对波的叠加原理的进一步认识1叠加原理：几列波相遇时能够保持各自的形状不变而继续传播，在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和2波在叠加时的特点(1)位移是几列波分别产生的位移的矢量和(2)各列波独立传播两列同相波的叠加，振动加强，振幅增大(如图231所示)图231两列反相波的叠加，振动减弱，振幅减小(如图232所示)图2323波的独立性几列波相遇后，仍像相遇前一样，能够保持各自原来的波形继续传播，这就是波的独立性在空间里不管有多少列波相遇，对任一列波而言，其他波就像不存在一样

5、即时应用(即时突破，小试牛刀)1如图233所示，两列相同的波相向传播，当它们相遇时，图234中可能的波形是()图233图234解析：选C.当两列波相遇时，达到图甲所示的状态时，叠加以后的波形不可能是选项B.当两列波相遇时，达到图乙所示的状态时，叠加以后的波形应是选项C.二、波的干涉的理解和振动加强点与减弱点的判断1波的干涉的理解(1)波的叠加是无条件的，任何频率的两列波在空间相遇都会叠加，但干涉必须是满足一定条件的两列波叠加后形成的现象(2)稳定干涉图样的产生是有条件的，必须是两列同类的波，并且波的频率相同、振动方向相同、相位差恒定如果两列波的频率不相等，在同一种介质中传播时其波长就不相等，这

6、样不能形成稳定的振动加强点和减弱点因此我们就看不到稳定的干涉图样，只能是一般的振动叠加现象(3)明显的干涉图样和稳定的干涉图样意义是不同的，明显的干涉图样除了满足相干条件外，还必须满足两列波振幅相差不大振幅越是接近，干涉图样越明显(4)稳定干涉图样的特征加强区和减弱区的位置固定不变，且相互间隔加强区始终加强，减弱区始终减弱2振动加强点和减弱点的判断(1)从振幅判断振幅为两列波的振幅之和的点为加强点，加强点连成的区域为加强区；振幅为两列波的振幅之差的点为减弱点，减弱点连成的区域为减弱区(2)从条件上判断(3)从现象上判断若某时刻某点是波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇，该点为振动加强点；若某时刻某点

7、是波峰与波谷相遇，则该点为振动减弱点特别提醒：(1)只有当两相干波的振幅相等时，减弱点的位移才始终为零，即不振动，当两相干波的振幅不相等时，减弱点的位移随时间做周期性变化(2)加强点的位移随时间在A与A的范围内变化，并不是每一时刻都最大即时应用(即时突破，小试牛刀)2如图235所示，S1和S2是两个相干波源，由它们发出的波相互叠加，实线表示波峰，虚线表示波谷，对于a、b、c三点的振动情况的下列判断中，正确的是()图235Ab处的振动永远减弱Ba处永远是波峰与波峰相遇Cb处永远是波谷与波谷相遇Dc处的振动永远减弱解析：选D.b点此刻是波谷和波谷相遇，位移为负的最大值，振动是加强的，故A、C错；a

8、处此刻是波峰与波峰相遇，是加强点，再过半个周期后变成波谷和波谷相遇，始终振动加强，但并非永远在波峰或波谷，故B错；c处此刻是波峰与波谷相遇，过半个周期后是波谷与波峰相遇，c点永远是振动减弱，故D正确三、波的衍射的理解1对明显衍射发生条件的理解(1)孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长的关系仅是衍射能否明显发生的条件，但发生波的衍射没有条件(2)明显衍射发生时，并不一定能清楚地感受到，如当孔远远小于水波波长时，衍射应当非常明显，但因孔很小，单位时间内通过孔的能量很小，又分布到很大的区域上，水波将非常弱，将看不清楚2波的干涉与波的衍射的比较比较内容名 称 定义现象可观察到现象的条件相同点波的衍射波绕过

9、障碍物或通过孔继续传播的现象波能偏离直线而传播到直线以外的空间缝、孔或障碍物的尺寸跟波长相差不多或者小于波长干涉和衍射是波特有的现象波的干涉振动频率和振动方向相同的两列波叠加后，振动加强和振动减弱的区域互相间隔、稳定分布的现象振动强弱相间的区域，某些区域总是加强，某些区域总是减弱两列波的频率相同振动方向相同特别提醒：(1)干涉、衍射现象是波特有的现象，凡能发生干涉或衍射现象的一定是波(2)衍射只有明显与不明显的差异，不会出现“不发生衍射现象”的情况即时应用(即时突破，小试牛刀)3如图236所示是观察水面波衍射的实验装置，AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O是波源，图中已画出波源所在区域波的传

10、播情况，每两条相邻波纹(图中曲线)之间的距离表示一个波长，则对于波经过孔之后的传播情况，下列描述错误的是()图236A此时能明显观察到波的衍射现象B挡板前后波纹间距离相等C如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象D如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显地观察到衍射现象四、多普勒效应如何应用1音调和频率：频率高音调高，频率低音调低2多普勒效应：由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率变化的现象多普勒效应是波共有的特征3发生多普勒效应时几种情况的比较总之，发生多普勒效应时，无论什么情况，波源与观察者肯定有相对运动，当波源与观察者相互接近，观察者接收到的频率变大，音调变高，反之当波

11、源与观察者相互远离，观察者接收到的频率变小，音调变低即时应用(即时突破，小试牛刀)4下面哪些应用没有利用多普勒效应()A利用地球上接收到遥远天体发出的光波的频率来判断遥远天体相对于地球的运动速度B交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波，波被运动的汽车反射回来，根据接收到的频率发生的变化，就知道汽车的速度，以便于进行交通管理C铁路工人用耳贴在铁轨上可判断火车的运动情况D有经验的战士从炮弹飞行的尖叫声判断飞行炮弹是接近还是远去解析：选C.凡是波都具有多普勒效应，因此利用光波的多普勒效应便可以测定遥远天体相对地球运动的速度；被反射的电磁波，相当于一个运动的物体发出的电磁波，其频率发生变化，由

12、多普勒效应的计算公式可以求出运动物体的速度，故A、B选项中的事例利用了多普勒效应铁路工人是根据振动的强弱而对列车的运动作出判断的，故C选项不正确飞行的炮弹，与空气摩擦产生声波人耳接收到的频率与炮弹的相对运动方向有关，故D选项中的事例利用了多普勒效应课堂互动讲练类型一波的干涉现象的理解和应用例例11如图237表示两个相干波源S1S2产生的波在同一种均匀介质中相遇图中实线表示某时刻的波峰，虚线表示的是波谷，下列说法正确的是()图237Aa、f两点的振动加强，b、d两点的振动减弱Be、f两点的振动介于加强点和减弱点之间C经适当的时间后，加强点和减弱点的位置互换D经半个周期后，原来位于波峰的点将位于波

13、谷，原来位于波谷的点将位于波峰【思路点拨】根据图样确定a、b、c、d各点的叠加情况，从而判断加强点或减弱点，再根据加强点连线或减弱点连线对e、f进行判断【精讲精析】波的干涉示意图所示的仅是某一时刻两列相干波叠加的情况，形成干涉图样的所有介质质点都在不停地振动着，其位移的大小和方向都在不停地变化着但要注意，对稳定的干涉图样，振动加强和减弱的区域的空间位置是不变的a点是波谷和波谷相遇的点，c是波峰和波峰相遇的点，都是振动加强的点；而b、d两点都是波峰和波谷相遇的点，是振动减弱的点，A错误；e位于加强点的连线上，为加强点，f位于减弱点的连线上，为减弱点，B错误；相干波源叠加产生的干涉是稳定的，不会随

14、时间变化，C错误；因形成干涉图样的介质质点也是不停地做周期性振动，经半个周期步调相反，D正确【答案】D【方法总结】(1)先找振动加强点和振动减弱点：根据波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇的点为振动加强点，波峰与波谷相遇的点为振动减弱点找到一系列加强点和减弱点(2)再找振动加强区和减弱区：根据在波的传播方向上加强点的连线为加强区，减弱点的连线为减弱区，确定加强区和减弱区(3)波形在时刻变化，可以沿波线方向平移波形，以此找到一般质点的振动情况，更能准确确定加强区和减弱区变式训练1关于波的叠加和干涉，下列说法中正确的是()A两列频率不相同的波相遇时，因为没有稳定的干涉图样，所以波没有叠加B两列频率相同的

15、波相遇时，振动加强的点只是波峰与波峰相遇的点C两列频率相同的波相遇时，如果介质中的某点振动是加强的，某时刻该质点的位移可能是零D两列频率相同的波相遇时，振动加强的质点的位移总是比振动减弱的质点的位移大解析：选C.根据波的叠加原理，只要两列波相遇就会叠加，所以A错两列频率相同的波相遇时，振动加强的点是波峰与波峰、波谷与波谷相遇，所以B错振动加强的点仅是振幅加大，但仍在平衡位置附近振动，也一定有位移为零的时刻，所以选项C正确，选项D错误例例22把M、N两块挡板中间的空隙当做一个“小孔”做水波的衍射实验，出现了如图238所示的图样，位置P处的水没有振动起来，现要使挡板左边的振动传到P处，在不改变挡板

16、M的位置和P点位置的情况下，可以采用哪些办法？类型二波的衍射图238【精讲精析】波发生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸与波长相差不多，或者比波长更小，所以要使P点振动起来，有两种方法：一是减小孔的尺寸，二是增大波的波长N板向上移，可以减小孔的尺寸；由vf可知，水波的波速一定，减小波源的频率可以增大水波的波长故使挡板左边的振动传到P处可以采用的方法是N板上移，或减小波源振动的频率.【答案】见精讲精析【方法总结】(1)熟练掌握波能发生明显衍射现象的条件以及波长、频率、波速之间的关系是正确解决此类问题的基础(2)比较波长与障碍物或孔的尺寸的大小关系是判断波能否发生明显衍射的唯一依据变式训练2在做

17、水波通过小孔衍射的演示实验时，激发水波的振动频率为 5 Hz，水波在水槽中传播速度为0.05 m/s，为使实验效果明显，使用小孔直径d不能超过_m.答案：0.01例例33一辆警车以108 km/h的速度追击逃犯时鸣响频率为600 Hz的警报器，若当天声音在空气中的传播速度为330 m/s，试计算警车在追击过程中路过公路边时，站在路边不动的人听到警报声的频率发生什么变化？类型三对多普勒效应的理解和应用【答案】见自主解答变式训练3如图239表示产生机械波的波源O做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰图239(1)该图表示的是()A干涉现象 B衍射现象C反射现象D多普勒效应(2)波源正在移向()AA点BB点CC点DD点(3)观察到波的频率最低的点是()AA点BB点CC点DD点解析：(1)该图表示的是多普勒效应正确的选项为D.(2)从波长变化情况来看，波源正在移向A点，所以，选项A正确(3)由于波源远离B点，所以，观察到波的频率最低的点是B点，选项B正确答案：(1)D(2)A(3)B