高三物理 波的干涉、衍射和多普勒效应

高三物理 波的干涉、衍射和多普勒效应
一、考点聚焦
1、波的叠加，波的干涉、衍射现象 Ⅰ
2、声波、超声波及其应用 Ⅰ
3、多普勒效应 Ⅰ
二、知识扫描
1、波的衍射现象：波绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射。

发生明显衍射的条件是，孔、缝、障碍物的尺寸比波长小或跟波长相差不多。

一切波都能发生衍射，衍射是拨特有的现象。

2、波的叠加：几列波相遇时能够保持各自的运动状态继续传播；在他们重叠的区域内，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分别引起的位移的矢量和。

3、波的干涉：两列相干波叠加，使得某些区域振动加强，某些区域振动减弱，并且振动加强区域和振动减弱区域相互间隔，这种现象叫做波的干涉，形成的图样叫做波干涉图样。

产生干涉的条件是两列波的频率相同，相位差恒定。

一切波都可能发生干涉，干涉是波特有的现象。

4、多普勒效应：由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到波的频率发生变化的现象，叫做多普勒效应。

当波源和观察者相对静止时，观察者接收到的频率等于波源的频率。

当波源和观察者相对靠近时，观察者接收到的频率大于波源的频率。

当波源和观察者相对远离时，观察者接收到的频率小于波源的频率。

一切波都能发生多普勒效应。

设波源S 振动的频率为f ，波源和观察者A 孝沿同一直线运动，相对于地面的速度分别为v S 和v A 。

波在介质中的传播速度为v p ，且v S <v p ，v A <v p ，那么观察者接收到的频率为
f v v v v f S
P A P --='. 三、好题精析
例1 两列相干波的振幅分别为A 1和A 2，某时刻介质中质点P 的位移大小为A 1+A 2，那么〔 〕
A 、质点的振幅一直为A 1+A 2
B 、质点的振幅再过半个周期为∣A 1—A 2∣
C 、质点的位移大小一直为A 1+A 2
D 、质点的位移大小再过半个周期为A 1+A 2
〖解析〗相干波的叠加是稳定的，所以A 选项正确，B 选项错误；此刻，P 正在波峰，半个周期后P 点将运动到波谷，所以D 选项正确，C 选项错误；
〖点评〗振动的位移是随时间变化的，而振动的振幅是不变
的〔无阻尼振动中〕。

例2 如图7-4-1所示，S1和S2是湖面上两个完全相同的水波的波源，MN是足够长的湖岸，水波的波长为2m，S1与S2的连线与湖岸垂直，且S1S2=5m，那么岸边始终平静的地方共有〔〕
A、1处
B、3处
C、5处
D、无数处
〖解析〗岸边到两个波源距离差〔波程差〕为半波长的奇数倍的地方是始终平静的〔振动减弱区〕。

O点的波程差最大，为5m，其左右各有波程差为3m、1m的平静地点，所以始终平静处一共5处，所以选C.
〖点评〗要求掌握干涉区振动加强和振动减弱条件。

例3 图7-4-2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播
情况，每两条相邻波纹〔图中曲线〕间的距离表示一个波长，那么
波经过孔之后的传播情况，以下说法中正确的选项是〔〕
A、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，将波源的频率增大，将能更明显地观察到衍射现象
〖解析〗此时孔的尺寸与波长相近，能观察到明显的衍射现象，所以A选项正确；衍射不改变波速和频率，所以B选项正确；孔扩大后，将逐渐偏离发生明显衍射的条件，所以C选项正确；而波源频率增大，会使波长变小，更加符合明显衍射条件，所以D选项错误。

所以选ABC.
〖点评〗发生明显衍射的条件是，孔或障碍物的尺寸比波长小或差不多。

例4 如图7-4-3所示，向左
匀速运动的小车发出频率
为f的声波，车左侧A处的
人感受到的声波的频率为
f1，车右侧B处的人感受到
的声波的频率为f2，那么〔〕
A、f1<f，f2<f
B、f1<f，f2>f
C、f1>f，f2>f
D、f1>f，f2<f
〖解析〗由于波源向A相对靠近，所以f1<f；而波源相对B远离，所以f2<f，所以D.
〖点评〗掌握多普勒效应的规律。

例5 以速度v=20m/s行驶的火车，鸣笛声频率f=275Hz，常温下空气中的声速为V=340m/s.当火车驶来时，站在铁道旁的观察者听到的笛声频率是多少？当火车驶去时，站在铁道旁的观察者听到的笛声频率又是多少？
〖解析〗火车驶来时，观察者感受到的声波波长为 λ1=VT-vT=f
v V )(- 所以，观察者感受到的声波频率为
f 1=1λV
=f v V V -=Hz 27520
340340⨯-=292Hz 火车驶去时，观察者感受到的声波波长为
λ2=VT+vT=f
v V )(+ 所以，观察者感受到的声波频率为
f 2=2λV
=f v V V +=Hz 27520
340340⨯+=260Hz 〖点评〗解多普勒效应问题，关键是建立运动模型，即由于波源的相对运动使相邻波峰间距离被压缩或拉大，导致接受波长的变化，使人听起来觉得频率变了。

四、变式迁移
1、关于波的衍射，以下说法中正确的选项是〔 〕
A 、衍射现象必须在一定条件下才能发生
B 、明显衍射现象必须在一定条件下才能发生
C 、衍射是某些波所特有的现象
D 、衍射是所有波所特有的现象
2、如图7-4-4所示，一个波源在绳的左端发出半
个波a ，频率为f 1,振幅为A 1，另一个波源在绳的
右端发出半个波b ，频率为f 2,振幅为A 2，P 为两
波前锋间的中点，那么以下说法中错误的选项是．．．．．．
〔 〕
A 、两列波相遇时，P 点的振幅可达A 1+A 2
B 、两列波同时到达P 点
C 、两列波相遇时，各自保持原来的波形独自传播
D 、两列波相遇后，绳上波峰位移可达A 1+A 2的点只有1个，此点在P 点的左侧
五、能力突破
1、两列频率相同的声波在空气中相遇发生干涉时〔 〕
A 、振动加强质点的位移总是最大
B 、在某一时刻，振动加强质点的位移可能小于振动减弱质点的位移
C、振动加强质点的位移随时间不断变化
D、振动减弱质点的振幅一定小于振动加强质点的振幅
2、关于次声波和超声波，以下说法中正确的选项是〔〕
A、频率低于20Hz的声波为次声波，频率高于20000Hz的声波为超声波
B、次声波波长比可闻波短，超声波的波长比可闻波长
C、次声波频率太低，即使是高强度次声波对人体也没有伤害
D、在同一均匀介质中，在相同的外部环境下，次声波、可闻波、超声波的波速相同
3、以下现象中属于声波的衍射现象的有〔〕
A、雨天雷声轰鸣
B、山谷中听到回声
C、隔着墙壁听到别人说话声
D、在室外演讲更费力
4、两列横波满足相干条件，那么〔〕
A、波峰与波峰相遇处振动加强
B、波谷与波谷相遇处振动减弱
C、波峰与波谷相遇处振动加强
D、波谷与波峰相遇处振动减弱
5、两个相同的固定声源，发出波长相等的声波相叠加，如果某时刻，叠加区域中的P点是两列波的波谷相遇，那么，在以后的时间里，P点的振动情况是〔〕
A、有时加强，有时减弱
B、经过半个周期的奇数倍时加强
C、始终加强
D、始终减弱
6、对于波长为300m的声波，以下说法中正确的选项是〔〕
A、在同一介质中，比波长为20m的声波传播的慢
B、不能被听见
C、波长太短，不能发生明显衍射
D、波长太长不能被反射
7、当人听到声音频率越来越低时，可能是因为〔〕
A、声源和人都是静止的，但是声源振动频率越来越低
B、人静止，声源远离人做匀速直线运动，且声源的频率不变
C、人静止，声源远离人做匀加速直线运动，且声源的频率不变
D、声源静止，人远离声源做匀加速直线运动，且声源的频率不变
8、如图7-4-5所示，相干波源S1、S2反向振动时，产
生波长为1m的相干波，图中虚线为两波源连线的中
垂线。

A、B是叠加区域中两点，S1A=12m，S2A=14m，
S1B=，S2B=11m，那么A、B点是振动加强的还是振
动减弱的？
9、蝙蝠每秒钟发出50次超声波，每次发出100个频率为105Hz的完全波，在空气中形成一系列不连续的波列。

空气中声速为340m/s，求：
⑴每个波列的长度以及两个波列间隔的距离？
⑵假设这列波进入水中，声波在水中的速度为1450m/s，那么波列的长度以及两个波列间隔的距离又是多少？
10、两列横波在x轴上沿相反方向传播，如图7-4-6所
示，传播速度都是6m/s，频率都是30Hz.在t=0时刻，
两列波分别从左和右传到S1和S2处，使S1和S2都开
始向上做简谐运动，S1的振幅为2cm，S2的振幅为1cm.
质点A与S1和S2的距离分别为S1A=，S2A=，当两列
波都到达A点时，A点的振幅多大？
4
变式迁移
1、BD
2、AD
能力突破
1、BCD
2、AD
3、C
4、AD
5、C
6、B
7、ACD
8、A点振动减弱；B点振动加强9、⑴l=,Δl=;⑵l’=,Δl’=10、A=1cm。