教科版选修3-4 第2章 第5、6节 波的干涉、衍射 多普勒效应
2020_2021学年高中物理第二章机械波5_6波的干涉衍射多普勒效应课件教科版选修3_420210
2.(多选)如图所示,S1、S2是振幅均为A的两个水波波源,某时刻它们形成的波峰 和波谷分别由实线和虚线表示。则下列说法中正确的是 ( ) A.两列波在相遇区域发生干涉 B.两列波在相遇区域内发生叠加 C.此时各点的位移是:xA=0,xB=-2A,xC=2A D.A处振动始终减弱,B、C处振动始终加强
【解析】选B、C。两列波发生干涉的条件之一是频率相同,但从题图上可知
λ1=2λ2,则2f1=f2,所以这两列波不是相干波,故不能产生干涉现象,A错误;由波 的叠加原理可知,两列机械波在相遇区域发生叠加,任何一个质点的总位移,都等
于这两列波引起位移的矢量和,B、C均正确;由于频率不同,某一点叠加情况会随
【加固训练】 1.(多选)如图所示表示两个相干波源S1、S2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( ) A.a、c两点的振动加强,b、d两点的振动减弱 B.e、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谷, 原来位于波谷的点将位于波峰
2.波的干涉与波的衍射的比较:
提醒:(1)衍射是波特有的现象,一切波都会发生衍射现象。障碍物和狭缝的尺寸 大小并不是决定衍射能否发生的条件,仅是能否发生明显衍射的条件。 (2)分析波是否能够发生明显的衍射,一定要抓住波长与缝隙、孔和障碍物的尺 寸关系。只有波长接近或大于缝隙、孔和障碍物的尺寸时,衍射现象才比较明显。
【解析】选A、D。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,对于稳定的干涉图样,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点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正确;e点位于加强点 的连线上,为加强点,f点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。
选修3-4波的干涉、衍射、多普勒效应
在多普勒效应中，波源的频率是不改变的，只是由 于波源和观察者之间有相对运动，观察者感到频 率发生了变化．
多普勒效应是波动过程共有的特征，不仅机械波， 电磁波和光波也会发生多普勒效应．
4、多普勒效应的应用
有经验的铁路工人可以从火车的汽笛声判断火车 的运动方向和快慢.
有经验的战士可以从炮弹飞行时的尖叫声判断飞 行的炮弹是接近还是远去.
2.当火车进站鸣笛时，我们可听到的声
调___A_____
A．变高 B．不变高 C．越来越沉 D．不知声速和火车车速，不能判断
B
3.关于多普勒效应下列说法中正确的是 • A、只有声波才有多普勒效应 • B、光波也有多普勒效应 • C、只有机械波才有多普勒效应 • D、电磁波不能发生多普勒效应
4.下面哪些应用是利用了多普勒效应？ A、利用地球上接收到遥远天体发出的光波的频
3.衍射的实质：振动的形式和能量传到障碍物后方的 阴影区域中。
4.注意：一切波都能发生衍射，而要发生明显的衍射现 象须满足上述条件，当不满足上述条件时，衍射现象仍 存在，只不过是衍射现象不明显，不易被我们观察到.
5.说明：衍射是波特有的现象，一切波都能发生衍 射．
二、波的叠加
1、波传播的独立性
几列波相遇之后， 仍然保持它们各自原有的特征 （频率、波长、振幅、振动方向等）不变，并按照原来的 方向继续前进，好象没有遇到过其他波一样互不干扰.
（宇2）宙临中床的上星应球用都多在普不勒停效地应运:动彩．色测多量普星勒球超上声某诊些断元系统 素发出的光波的频率，然后跟地球上这些元素静止
（时3）医发雷生光达向的测人频速体率仪内对发照射，频就率可已以知算的出超星声球波靠，近超或声远波离被我 （雷们达4检勒）血的称的，效查军频管 “速多应机事率中 彩度谱。动应变的 超．勒交车用化血 ”导通速(，流 ，E航度警-反可就仪3的向“射以能行雷望知后检进达楼道又查测中”被心血速的仪脏流预仪车器、的警也辆接大速机是发收脑度)利射脉，和．用频冲测 眼这这率多出 底种种已普反 血方多知勒射 管法普的波 的俗
2.5波的干涉、衍射-2.6多普勒效应 学案(2020年教科版高中物理选修3-4)
2.5波的干涉、衍射-2.6多普勒效应学案（2020年教科版高中物理选修3-4）5波的干涉波的干涉..衍射衍射6多普勒效应多普勒效应学科素养与目标要求物理观念1.理解什么是波的衍射现象，知道波发生明显衍射现象的条件.2.理解波的叠加原理，知道波的干涉是波叠加的结果.3.知道形成稳定干涉图样的条件.4.了解多普勒效应.科学思维1.掌握波的干涉图样的特点，会寻找振动加强点.振动减弱点.2.能运用多普勒效应解释一些物理现象.科学探究1.通过水波的衍射.干涉实验，了解衍射.干涉现象，知道其特点和发生的条件.2.通过水波的多普勒效应实验，让学生了解多普勒效应的特点.科学态度与责任在实验过程中很好地保持交流与合作，敢于发表自己对探究过程与实验结论的理解或想法，并且能正确表达自己的观点.一.波的叠加原理1.波的叠加原理在几列波传播的重叠区域内，质点要同时参与由几列波引起的振动，质点的总位移等于各列波单独存在时在该处引起的振动位移的矢量和.2.理解1如果介质中某些质点处于两列波波峰与波峰.波谷与波谷相遇处，则振动加强填“加强”或“减弱”，合振幅将增大填“增大”“不变”或“减小”.2如果质点处于波峰与波谷相遇处，则振动减弱填“加强”或“减弱”，合振幅减小填“增大”“不变”或“减小”.二.波的干涉现象1.波的干涉频率相同的两列波叠加，使介质中某些区域的质点振动始终加强，另一些区域的质点振动始终减弱，并且这两种区域互相间隔.位置保持不变.这种稳定的叠加现象图样叫做波的干涉.2.产生干涉的一个必要条件是两列波的频率必须相同.3.波的干涉现象是在特殊条件下波的叠加.一切波只要满足一定条件都能发生干涉现象.三.波的衍射现象1.波的衍射波能够绕到障碍物的后面传播的现象.2.波发生明显衍射现象的条件当缝的宽度或障碍物的尺寸大小与波长相差不多或比波长小时，就能看到明显的衍射现象.3.波的衍射的普遍性一切波都可发生衍射现象.四.多普勒效应及其应用1.定义当观测者和波源之间有相对运动时，观测者测得的频率与波源频率不同.2.成因1波源S与观测者A相对于介质都静止时，观测者单位时间内接收到的完整波的数目与单位时间内波源发出的相同，所以，观测者接收到的频率和波源的振动频率相同.2当观测者与波源两者相互靠近时，观测者在单位时间内接收到的完整波的数目增多，接收到的频率将大于波源振动的频率.3当观测者与波源两者相互远离时，观测者在单位时间内接收到的完整波的数目减少，接收到的频率将小于波源振动的频率.3.应用1测量心脏血流速度；2测定人造卫星位置的变化；3测定流体的流速；4检查车速；5判断遥远的天体相对于地球的运动速度.1.判断下列说法的正误.1只有当障碍物的尺寸与波长差不多或比波长小时，才会发生衍射现象.2敲击音叉使其发声，然后转动音叉，听到声音忽强忽弱是声波的干涉现象.3只有频率相同的两列波才可以叠加.4当波源和观察者向同一个方向运动时，一定发生多普勒效应.2.两个频率.振动方向.初始相位均相同的波源S1.S2，产生的波在同一介质中传播时，某时刻t形成如图1所示的干涉图样，图样中两波源S1.S2同时为波谷实线表示波峰，虚线表示波谷，在图中标有A.B.C三个点，则振动加强的点是________，振动减弱的点是________.图1答案A.BC解析由题图可知A点为波峰与波峰相遇，是振动加强点；B点是波谷与波谷相遇，是振动加强点；C点是波峰与波谷相遇，是振动减弱点.一.波的叠加1两个同学分别抓住绳子的两端，各自抖动一下，绳上产生两列凸起且相向传播的波，两列波相遇后是否还保持原来的运动状态继续传播2当教室内乐队合奏时，我们听到的某种乐器的声音与这种乐器独奏时发出的声音是否相同这种声音是否受到了其他乐器的影响答案1两列波相遇后仍然保持原来各自的运动状态继续传播，并没有受到另一列波的影响.2相同，没有受到其他乐器的影响.1.波的独立传播特性几列波相遇时各自的波长.频率等运动特征，不受其他波的影响.2.波的叠加原理在几列波重叠的区域里，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.例1多选如图2所示，波源S1在绳的左端发出频率为f1.振幅为A1的半个波形a，同时另一个波源S2在绳的右端发出频率为f2.振幅为A2的半个波形b，且f1f2，P为两个波源连线的中点.已知机械波在介质中传播的速度只由介质本身的性质决定.下列说法正确的是图2A.两列波相比，a波将先到达P点B.两列波在P点叠加时，P点的位移最大可达A1A2C.b的波峰到达P点时，a的波峰还没有到达P点D.两列波相遇时，绳上位移可达A1A2的点只有一个，此点在P点的左侧答案CD解析因两列波波速相等，故两列波能同时到达P点，A错误；因f12，故当两列波同时到达P点时，a波的波峰离P点的距离比b波的波峰离P点的距离大，因此两波峰不能同时到达P点，两波峰应相遇在P点左侧，此位置对应的位移为A1A2，位移最大，综上所述，B错误，C.D正确.二.波的干涉如图所示，与振动发生器相连的两个小球，在振动发生器的带动下上下振动，形成两个振动频率和振动步调相同的波源，在水面上形成两列步调.频率相同的波，两列波在水面上相遇时，能观察到什么现象如果改变其中一个小球振动的快慢，还会形成这种现象吗答案在水面上出现一条条从两个波源伸展开的相对平静的区域和剧烈振动的区域.改变其中一个小球振动的快慢，这种现象将消失.1.发生干涉的条件1两列波的频率相同；2相位差恒定.2.产生稳定干涉图样的两列波的振幅越接近，干涉图样越明显.3.干涉图样及其特点1干涉图样如图3所示.图32特点加强区和减弱区的位置固定不变.加强区始终加强，减弱区始终减弱加强区与减弱区不随时间变化.加强区与减弱区互相间隔.4.振动加强点和振动减弱点1振动加强点振动的振幅等于两列波振幅之和，AA1A2.2振动减弱点振动的振幅等于两列波振幅之差，A|A1A2|.3振动加强点和振动减弱点的判断条件判断法振动频率相同.振动情况完全相同的两列波叠加时，设点到两波源的路程差为x，当x|x2x1|kk0,1,2时为振动加强点；当x|x2x1|2k12k0,1,2时为振动减弱点.若两波源振动步调相反，则上述结论相反.现象判断法若某点是波峰与波峰或波谷与波谷相遇，该点为振动加强点，若是波峰与波谷相遇，则为振动减弱点.4振动加强点和振动减弱点始终保持与波源同频率振动，其振幅不变振动减弱点的振幅可能为零，其位移随时间变化处于振动减弱点且两列波的合振幅为零的情况除外.例2如图4所示，S1.S2是两个振动完全相同的相干波源，其中实线表示波峰，虚线表示波谷.若两列波的振幅均保持5cm不变，关于图中所标的a.b.c.d四点，下列说法中正确的是图4A.d点始终保持静止不动B.图示时刻c点的位移为零C.b点振动始终加强，c点振动始终减弱D.图示时刻，b.c两点的竖直高度差为10cmE.a点振动介于加强点和减弱点之间答案A解析d点是波峰与波谷相遇，振动减弱，振幅为零，故保持静止，故A正确；b点是波峰与波峰相遇，c点是波谷与波谷相遇，它们均属于振动加强点，由于振幅是5cm，则b点相对平衡位置高10cm，而c点是波谷与波谷相遇，则c点相对平衡位置低10cm，所以b.c两点的竖直高度差为20cm，故B.C.D错误；a点位于加强点的连线上，仍为加强点，E错误.例3xx全国卷如图5a，在xOy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S10,4和S20，2.两波源的振动图线分别如图b和图c所示.两列波的波速均为1.00m/s.两列波从波源传播到点A8，2的路程差为______m，两列波引起的点B4,1处质点的振动相互_____填“加强”或“减弱”，点C0,0.5处质点的振动相互____填“加强”或“减弱”.图5答案2减弱加强解析由几何关系可知两波源到A点的距离为AS110m，AS28m，所以两波的路程差为2m；同理可得，BS1BS20，为波长的整数倍，由振动图像知两振源振动方向相反，故B点振动减弱；两波源到C点的路程差为xCS1CS21m，波长vT2m，所以C 点振动加强.三.波的衍射如图所示是一个可观察水波衍射的水波发生槽，振源的频率是可以调节的，槽中放置两块可移动的挡板形成宽度可调节的小孔，观察水波的传播，也可以在水槽中放置宽度不同的挡板，观察水波的传播.思考下列问题1水波遇到小孔时，会观察到什么现象逐渐减小小孔尺寸，观察到的现象有什么变化2当水波遇到较大的障碍物时，会观察到什么现象当障碍物较小时，会观察到什么现象答案1水波遇到小孔时，水波能穿过小孔，并能到达挡板后面的“阴影区”，小孔的尺寸减小时，水波到达“阴影区”的现象更加明显.2当水波遇到较大的障碍物时，将会返回，当障碍物较小时，波能继续向前传播.1.发生明显衍射的条件衍射是没有条件的，衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射.衍射只有“明显”与“不明显”之分，障碍物或小孔的尺寸跟波长差不多，或比波长小是产生明显衍射的条件.2.波的衍射实质分析波传到小孔障碍物时，小孔障碍物仿佛是一个新波源，由它发出的与原来同频率的波在小孔障碍物后传播，就偏离了直线方向.波的直线传播只是在衍射现象不明显时的近似情况.例4多选如图6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，则关于波经过孔之后的传播情况，下列描述中正确的是图6A.此时能观察到波明显的衍射现象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，能观察到更明显的衍射现象答案ABC解析由题图可知孔的尺寸与波长差不多，能观察到波明显的衍射现象，故选项A对；因波的传播速度不变，频率不变，故波长不变，即挡板前后波纹间距离应相等，故选项B 对；若将孔AB扩大，且孔的尺寸远大于波长，则可能观察不到明显的衍射现象，故选项C对；若f增大，由vf，知变小，衍射现象变得不明显了，故选项D错.四.多普勒效应警车鸣笛从你身边飞速驶过，对于警车向你靠近和警车远离的过程，你会听到警笛的声音在变化.思考下列问题1你听到警笛的音调有何不同2实际上警笛的音调会变化吗3听到音调发生变化的原因是什么答案1警车驶来时，音调变高；警车远离时音调变低.2实际上警笛的音调不会变化.3警车与观察者如果相互靠近，观察者接收到的频率增大；如果二者相互远离，观察者接收到的频率减小，因此会感觉警笛音调发生变化.对多普勒效应的理解1.多普勒效应是波共有的特征，不仅机械波，光波和电磁波也都会发生多普勒效应.2.发生多普勒效应时，波源发出的频率不变，变化的是观察者接收到的频率.3.多普勒效应产生的原因分析1相对位置变化与频率的关系规律相对位置图示结论波源S和观察者A相对静止，如图所示f 观察者f波源音调不变波源S不动，观察者A运动，由AB或AC，如图所示若靠近波源，由AB，则f观察者f波源，音调变高；若远离波源，由AC，则f观察者f波源音调变高2成因归纳根据以上分析可以知道，发生多普勒效应时，一定是由于波源与观察者之间发生了相对运动且两者间距发生变化.例5关于多普勒效应，下列说法中正确的是A.发生多普勒效应时，波源频率发生了变化B.要发生多普勒效应，波源和观察者必须有相对运动且两者间距发生变化C.火车向你驶来时，你听到的汽笛声音调变低，火车离你远去时，你听到的汽笛声音调变高D.只有声波才能发生多普勒效应答案B解析发生多普勒效应时，波源频率并没有发生变化，波源和观察者必须有相对运动，且两者间距发生变化，故A错误，B正确；根据多普勒效应可知，当波源和观察者间距变小，观察者接收到的频率一定比波源频率高.当波源和观察者间距变大，观察者接收到的频率一定比波源频率低，故C错误；所有波都能发生多普勒效应，故D错误.学科素养例5这道题判断是不是发生了多普勒效应.首先确定波源与观察者间距是否发生了变化.当两者远离时，观察者接收到的波的频率变小，靠近时，观察者接收到的波的频率变大，但波源的频率不变.意在考查学生灵活运用相关知识解决实际问题的能力，体现了“科学思维”的学科素养.针对训练xx盐城市高二检测装有多普勒测速仪的汽车测速监视器安装在公路旁，它向行驶中的车辆发射已知频率的超声波，并接收被车辆反射回来的反射波.当某汽车向测速监视器靠近时，被该汽车反射回来的反射波与测速监视器发出的超声波相比A.频率不变，波速变小B.波速不变，频率变小C.频率不变，波速变大D.波速不变，频率变大答案D解析波速由介质决定，所以被该汽车反射回来的反射波与测速监视器发出的超声波相比波速不变，根据声音的多普勒效应，声源和观察者靠近时接收频率变高，所以被该汽车反射回来的反射波与发出的超声波相比频率变大，故D正确，A.B.C错误.1.波的叠加多选两个不等幅的脉冲波在均匀介质中均以1.0m/s的速率沿同一直线相向传播，t0时刻的波形如图7所示，图中小方格的边长为0.1m.则不同时刻的波形正确的是图7答案ABD解析脉冲波在介质中传播，xvt，当t0.3s时，两脉冲波各沿波的传播方向传播0.3m，恰好相遇，故A正确.当t0.4s.0.5s.0.6s时，两脉冲波各沿波的传播方向传播0.4m.0.5m.0.6m，由波的叠加原理可知B.D正确，C错误.2.波的干涉多选如图8所示为甲.乙两列简谐横波在同一绳上传播时某时刻的波形图，甲波向右传播，乙波向左传播.质点M图中未画出位于x0.2m处，则下列说法正确的是图8A.这两列波会发生干涉现象B.M点是振动加强点，所以其位移总是最大C.此时M点位移为零，故M点是振动减弱点D.由图示时刻开始，再经过14甲波周期，M点将位于波谷E.M点将做振幅为30cm的简谐振动答案ADE解析两列简谐横波在同一均匀介质内传播，波速相等，由题图可知两列波的波长相等，由vf可知，频率相等，所以两列波能产生干涉，故A正确；质点M是两列波的波峰与波峰相遇处，振动总是加强，振幅等于两列波振幅之和，为A20cm10cm30cm，则M点将做振幅为30cm的简谐振动，此时M点位移为零，故B.C错误，E正确；从题图所示时刻开始，再经过14T，两列波的波谷在M点相遇，所以M点到达波谷，故D正确.3.波的衍射一列波在传播过程中通过一个障碍物，发生了一定程度的衍射，一定能使衍射现象更明显的措施是A.增大障碍物尺寸，同时增大波的频率B.增大障碍物尺寸，同时减小波的频率C.缩小障碍物尺寸，同时增大波的频率D.缩小障碍物尺寸，同时减小波的频率答案D解析波在介质中传播时波速是由介质决定的，与波的频率无关，所以改变波的频率不会改变波速，但由vf可知，当波速一定时，减小频率则波长增大，而发生明显衍射的条件是障碍物或孔.缝的尺寸比波长小或相差不多，所以缩小障碍物的尺寸，同时减小波的频率会使衍射现象更明显，D选项正确.4.对多普勒效应的理解多选一频率为600Hz的声源以20rad/s 的角速度沿一半径为0.80m的圆周做匀速圆周运动，一观察者站在离圆心很远的P点且相对于圆心静止，如图9所示，下列判断正确的是图9A.观察者接收到声源在A点发出声音的频率大于600HzB.观察者接收到声源在B点发出声音的频率等于600HzC.观察者接收到声源在C点发出声音的频率等于600HzD.观察者接收到声源在D点发出声音的频率小于600Hz答案AB。
2019-2020学年度最新高中物理第二章机械波第56节波的干涉衍射多普勒效应教学案教科版选修3_4
C．a质点的振动始终是最弱的，b、c、d质点的振动始终是最强的
D．再过T/4后的时刻a、b、c三个质点都将处于各自的平衡位置，因此振动最弱
[思路点拨]
(1)形成干涉图样的所有质点都在不停地振动着，其位移的大小和方向都在不停地随时间变化。
(2)对稳定的干涉，振动加强和减弱的区域的空间位置是不变的。
(3)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，会看不清楚。
2．干涉和衍射的对比
定义
现象
可观察到明显
现象的条件
相同点
波的衍射
波可以绕过障碍物继续传播的现象
波能偏离直线而传到直线传播以外的空间
②现象：在振动的水面上，出现了一条条从两个波源中间展开来的相对平静的区域和振动较强的区域，这两种区域的分布固定而且相互隔开。
(2)现象解释：
①加强区：在某一时刻，两列波的波峰(或波谷)同时到达某一点，该质点的振动最剧烈，振动的振幅等于两列波的振幅之和。加强点形成的区域是加强区。
②减弱区：某一时刻，两列波的波峰和波谷同时到达某一点，该质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，减弱点形成的区域是减弱区。若两列波振幅相同，质点振动的合振幅就等于零。
答案：ABC
[探规寻律]
(1)障碍物的尺寸的大小不是发生衍射的条件，而是发生明显衍射的条件，波长越大越易发生明显衍射现象。
(2)当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但衍射波的能量很弱，也很难观察到波的衍射。
[跟踪演练]
如图2－5－6所示，S为波源，M、N为两块挡板，其中M板固定，N板可上下移动，两板中间有一狭缝，此时测得A点没有振动，为了使A点能发生振动，可采用的方法是______(填“增大”或“减小”)波源的频率，也可以将N板______(填“向上”或“向下”)移动一些。
2017-2018学年高中创新设计物理教科版选修3-4学案：第2章 第5、6讲 波的干涉、衍射 多普勒效应
第6讲 多普勒效应
[目标定位]1.知道波的叠加原理，知道波的干涉现象实质上是波的一种特殊的叠加现象.2.知道波的干涉图样的特点，理解形成稳定干涉图样的条件，掌握振动加强点、减弱点的振动情况.3.知道什么是波的衍射现象，知道波发生明显衍射现象的条件.4.了解多普勒效应，能运用多普勒效应解释一些物理现象.
答案D
波的叠加
2．两列简谐横波，波速大小均为20m/s，如图5所示为某时刻两列波各自传播的波动图像．一列波沿着x轴向右传播(实线所示)，另一列沿着x轴向左传播(虚线所示)．下列说法不正确的是()
图5
A．两列波的频率均为2.5Hz
B．此时刻b、d处的质点速度为零，a、c处质点速度最大
C．两列波在b、d点处引起的振动加强，在a、c点处引起的振动减弱
B．当波源与观察者同向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率低
C．当波源与观察者相向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率高
D．当波源与观察者反向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率低
解析当波源与观察者的相对距离减小时，观察者单位时间内接收到的完全波的个数增多，即观察者接收到的频率比波源发出的频率高；当二者的相对距离增大时，观察者单位时间内接收到的完全波的个数减少，即观察者接收到的频率比波源发出的频率低．当波源与观察者有相对运动，但距离不变时(如圆周运动)，则不会出现多普勒效应，选项A错误；当波源与观察者同向运动时，二者的距离可能增大，也可能减小，也可能不变，选项B错误；当波源与观察者相向运动时，二者的相对距离减小，故选项C正确；当波源与观察者反向运动时，二者的相对距离增大，选项D正确．
解析波的干涉示意图表示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，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点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正确；e点位于加强点的连线上，也为加强点，f点位于减弱点的连线上，也为减弱点，B错误；相干波源叠加产生的干涉是稳定的，不会随时间变化，C错误；因形成干涉图样的介质质点也在不停地做周期性振动，故经半个周期步调相反，D正确．
波的干涉衍射、多普勒效应
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动画演示
二、波的衍射 波可以绕过障碍物继续传播的现象叫波的衍射。 发生明显衍射的条件是：障碍物或孔的尺寸和波长可以相 比或比波长小。
一切波都能发生反射、折射、干涉、衍射。 干涉和衍射，是波特有的性质。
1声波属于机械波。下列有关声波的描述中正确的是
收到两个信号的时刻。
第且则二第个t2一信－个号t1信经= 号过△经(t 过t(－2t2－)t时t11间)t时被2间观-被察t观1者察A者接A收接到t收。到，
设声源发出第一个信号时，S、A两点间的距离为L，两个声信号从
声源传播到观察者的 过程中，它们运动的距离关系
t1
t1
t1′
如图所示，可得
S
L
A
vA (t1′- t1)
一、 波的干涉
1.独立传播原理：几列波相遇时，能够保持各自的运动状态 继续传播，不互相影响。
2.波的叠加原理：当几列波在介质中的某点相遇时，该质元的 振动位移等于各列波单独传播时在该处引起的位移的矢量和.
3. 波的干涉
两束叠加的波在交迭区域某些点处振幅始终最大，另一些位置振幅 始终最小，而其它位置，振动的强弱介乎二者之间，保持不变.称这种稳 定的叠加称为干涉现象.
（2）设声源发出声波的振动周期为T，这样，由以上结论 ，观察者接收到的声波振动的周期T为
T vP vS T vP vA
由此可得，观察者接收到的声波频率与声源发出声波频 率间的关系为
f vP vA f vP vS
高中物理第二章机械波第56节波的干涉衍射多普勒效应教学案教科版选修3
学 习 资 料 汇编第5、6节 波的干涉、衍射__多普勒效应对应学生用书P31[自读教材·抓基础]1．波的叠加原理(1)波的独立传播特性：两列波在相遇后相互穿过，仍然保持各自的运动状态继续传播，彼此之间好像未曾相遇。
(2)波的叠加原理：在几列波传播的重叠区域内，质点要同时参与由几列波引起的振动，质点的总位移等于各列波单独存在时在该处引起的振动位移的矢量和。
图2－5－12．波的干涉现象(1)实验及现象：1.当几列波相遇时，质点的总位移等于各列波单独存在时所产生的振动位移的矢量和，这就是波的叠加原理。
2．频率相同的两列波叠加，使介质中某些区域的质点振动始终加强，另一些区域的质点振动始终减弱，并且这两种区域互相间隔，位置保持不变。
这种稳定的叠加现象叫做波的干涉。
产生干涉现象的必要条件之一是两列波的频率相同。
3．当缝的宽度或障碍物的尺寸比波长小或与波长相差不多时，将发生明显的衍射现象，波发生衍射是无条件的，发生明显的衍射是有条件的。
4．当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的波的频率高于波源的频率，当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的波的频率低于波源的频率。
①实验：波源是固定在同一个振动棒上的两个小球，当振动棒带动两个小球振动时，将会产生振动方向和振动频率都相同的两列水波。
②现象：在振动的水面上，出现了一条条从两个波源中间展开来的相对平静的区域和振动较强的区域，这两种区域的分布固定而且相互隔开。
(2)现象解释：①加强区：在某一时刻，两列波的波峰(或波谷)同时到达某一点，该质点的振动最剧烈，振动的振幅等于两列波的振幅之和。
加强点形成的区域是加强区。
②减弱区：某一时刻，两列波的波峰和波谷同时到达某一点，该质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，减弱点形成的区域是减弱区。
若两列波振幅相同，质点振动的合振幅就等于零。
(3)波的干涉：①定义：频率相同的两列波叠加，使介质中某些区域的质点振动始终加强，另一些区域的质点振动始终减弱，并且这两种区域相互间隔、位置保持不变，这种稳定的叠加现象叫做波的干涉。
教科版高中物理选修3-4课件第2章第5节~第6节
3．多普勒效应的应用
超声波 通过测定血流的速度，可以检 (1)医院里用_______
查大脑、眼底等处的血管病变．
(2)测定人造卫星位置的变化，测定流体的流速，
检查车速等．
频率 ， (3)通过测量某天体上元素发出的光波的_______
就可以算出此天体相对地球的运动情况．
核心要点突破
一、对波的干涉现象的理解 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． 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．
频率相同 ，步调一致的两列波叠 1．定义：振动__________
加强 ，另 加，使介质中某些区域的质点振动始终_____ 一些区域的质点振动始终_____ 减弱 ，并且这两种区域 相互间隔 、______________ 位置保持不变 ，这种稳定的叠加现 __________ 形成的图样 叫做干涉图样． 象叫做波的干涉．_____________ 频率一定相 2．产生干涉的必要条件是：两列波的_____ 同，而且两波源振动步调一致．
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
须满足两列波振幅差别不大．振幅越是接近，干
涉图样越明显．
4．振动加强的点和振动减弱的点始终在以振源的
频率振动，其振幅不变(若是振动减弱点，振幅可
为0)但其位移随时间变化．
5．干涉图样及其特征 (1)干涉图样：如图2－5－2所示．
4
＝0.034 m．因为障碍物的尺寸为 13 m，所以周期 1 为 s 的声波比频率为 1×104 Hz 的声波的衍射现 20 象明显． 1 4 【答案】 周期为 s 的声波比频率为 1×10 Hz 20
2.5波的干涉、衍射-2.6多普勒效应 学案(2020年教科版高中物理选修3-4)
2.5波的干涉、衍射-2.6多普勒效应学案（2020年教科版高中物理选修3-4）5波的干涉波的干涉..衍射衍射6多普勒效应多普勒效应学科素养与目标要求物理观念1.理解什么是波的衍射现象，知道波发生明显衍射现象的条件.2.理解波的叠加原理，知道波的干涉是波叠加的结果.3.知道形成稳定干涉图样的条件.4.了解多普勒效应.科学思维1.掌握波的干涉图样的特点，会寻找振动加强点.振动减弱点.2.能运用多普勒效应解释一些物理现象.科学探究1.通过水波的衍射.干涉实验，了解衍射.干涉现象，知道其特点和发生的条件.2.通过水波的多普勒效应实验，让学生了解多普勒效应的特点.科学态度与责任在实验过程中很好地保持交流与合作，敢于发表自己对探究过程与实验结论的理解或想法，并且能正确表达自己的观点.一.波的叠加原理1.波的叠加原理在几列波传播的重叠区域内，质点要同时参与由几列波引起的振动，质点的总位移等于各列波单独存在时在该处引起的振动位移的矢量和.2.理解1如果介质中某些质点处于两列波波峰与波峰.波谷与波谷相遇处，则振动加强填“加强”或“减弱”，合振幅将增大填“增大”“不变”或“减小”.2如果质点处于波峰与波谷相遇处，则振动减弱填“加强”或“减弱”，合振幅减小填“增大”“不变”或“减小”.二.波的干涉现象1.波的干涉频率相同的两列波叠加，使介质中某些区域的质点振动始终加强，另一些区域的质点振动始终减弱，并且这两种区域互相间隔.位置保持不变.这种稳定的叠加现象图样叫做波的干涉.2.产生干涉的一个必要条件是两列波的频率必须相同.3.波的干涉现象是在特殊条件下波的叠加.一切波只要满足一定条件都能发生干涉现象.三.波的衍射现象1.波的衍射波能够绕到障碍物的后面传播的现象.2.波发生明显衍射现象的条件当缝的宽度或障碍物的尺寸大小与波长相差不多或比波长小时，就能看到明显的衍射现象.3.波的衍射的普遍性一切波都可发生衍射现象.四.多普勒效应及其应用1.定义当观测者和波源之间有相对运动时，观测者测得的频率与波源频率不同.2.成因1波源S与观测者A相对于介质都静止时，观测者单位时间内接收到的完整波的数目与单位时间内波源发出的相同，所以，观测者接收到的频率和波源的振动频率相同.2当观测者与波源两者相互靠近时，观测者在单位时间内接收到的完整波的数目增多，接收到的频率将大于波源振动的频率.3当观测者与波源两者相互远离时，观测者在单位时间内接收到的完整波的数目减少，接收到的频率将小于波源振动的频率.3.应用1测量心脏血流速度；2测定人造卫星位置的变化；3测定流体的流速；4检查车速；5判断遥远的天体相对于地球的运动速度.1.判断下列说法的正误.1只有当障碍物的尺寸与波长差不多或比波长小时，才会发生衍射现象.2敲击音叉使其发声，然后转动音叉，听到声音忽强忽弱是声波的干涉现象.3只有频率相同的两列波才可以叠加.4当波源和观察者向同一个方向运动时，一定发生多普勒效应.2.两个频率.振动方向.初始相位均相同的波源S1.S2，产生的波在同一介质中传播时，某时刻t形成如图1所示的干涉图样，图样中两波源S1.S2同时为波谷实线表示波峰，虚线表示波谷，在图中标有A.B.C三个点，则振动加强的点是________，振动减弱的点是________.图1答案A.BC解析由题图可知A点为波峰与波峰相遇，是振动加强点；B点是波谷与波谷相遇，是振动加强点；C点是波峰与波谷相遇，是振动减弱点.一.波的叠加1两个同学分别抓住绳子的两端，各自抖动一下，绳上产生两列凸起且相向传播的波，两列波相遇后是否还保持原来的运动状态继续传播2当教室内乐队合奏时，我们听到的某种乐器的声音与这种乐器独奏时发出的声音是否相同这种声音是否受到了其他乐器的影响答案1两列波相遇后仍然保持原来各自的运动状态继续传播，并没有受到另一列波的影响.2相同，没有受到其他乐器的影响.1.波的独立传播特性几列波相遇时各自的波长.频率等运动特征，不受其他波的影响.2.波的叠加原理在几列波重叠的区域里，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.例1多选如图2所示，波源S1在绳的左端发出频率为f1.振幅为A1的半个波形a，同时另一个波源S2在绳的右端发出频率为f2.振幅为A2的半个波形b，且f1f2，P为两个波源连线的中点.已知机械波在介质中传播的速度只由介质本身的性质决定.下列说法正确的是图2A.两列波相比，a波将先到达P点B.两列波在P点叠加时，P点的位移最大可达A1A2C.b的波峰到达P点时，a的波峰还没有到达P点D.两列波相遇时，绳上位移可达A1A2的点只有一个，此点在P点的左侧答案CD解析因两列波波速相等，故两列波能同时到达P点，A错误；因f12，故当两列波同时到达P点时，a波的波峰离P点的距离比b波的波峰离P点的距离大，因此两波峰不能同时到达P点，两波峰应相遇在P点左侧，此位置对应的位移为A1A2，位移最大，综上所述，B错误，C.D正确.二.波的干涉如图所示，与振动发生器相连的两个小球，在振动发生器的带动下上下振动，形成两个振动频率和振动步调相同的波源，在水面上形成两列步调.频率相同的波，两列波在水面上相遇时，能观察到什么现象如果改变其中一个小球振动的快慢，还会形成这种现象吗答案在水面上出现一条条从两个波源伸展开的相对平静的区域和剧烈振动的区域.改变其中一个小球振动的快慢，这种现象将消失.1.发生干涉的条件1两列波的频率相同；2相位差恒定.2.产生稳定干涉图样的两列波的振幅越接近，干涉图样越明显.3.干涉图样及其特点1干涉图样如图3所示.图32特点加强区和减弱区的位置固定不变.加强区始终加强，减弱区始终减弱加强区与减弱区不随时间变化.加强区与减弱区互相间隔.4.振动加强点和振动减弱点1振动加强点振动的振幅等于两列波振幅之和，AA1A2.2振动减弱点振动的振幅等于两列波振幅之差，A|A1A2|.3振动加强点和振动减弱点的判断条件判断法振动频率相同.振动情况完全相同的两列波叠加时，设点到两波源的路程差为x，当x|x2x1|kk0,1,2时为振动加强点；当x|x2x1|2k12k0,1,2时为振动减弱点.若两波源振动步调相反，则上述结论相反.现象判断法若某点是波峰与波峰或波谷与波谷相遇，该点为振动加强点，若是波峰与波谷相遇，则为振动减弱点.4振动加强点和振动减弱点始终保持与波源同频率振动，其振幅不变振动减弱点的振幅可能为零，其位移随时间变化处于振动减弱点且两列波的合振幅为零的情况除外.例2如图4所示，S1.S2是两个振动完全相同的相干波源，其中实线表示波峰，虚线表示波谷.若两列波的振幅均保持5cm不变，关于图中所标的a.b.c.d四点，下列说法中正确的是图4A.d点始终保持静止不动B.图示时刻c点的位移为零C.b点振动始终加强，c点振动始终减弱D.图示时刻，b.c两点的竖直高度差为10cmE.a点振动介于加强点和减弱点之间答案A解析d点是波峰与波谷相遇，振动减弱，振幅为零，故保持静止，故A正确；b点是波峰与波峰相遇，c点是波谷与波谷相遇，它们均属于振动加强点，由于振幅是5cm，则b点相对平衡位置高10cm，而c点是波谷与波谷相遇，则c点相对平衡位置低10cm，所以b.c两点的竖直高度差为20cm，故B.C.D错误；a点位于加强点的连线上，仍为加强点，E错误.例3xx全国卷如图5a，在xOy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S10,4和S20，2.两波源的振动图线分别如图b和图c所示.两列波的波速均为1.00m/s.两列波从波源传播到点A8，2的路程差为______m，两列波引起的点B4,1处质点的振动相互_____填“加强”或“减弱”，点C0,0.5处质点的振动相互____填“加强”或“减弱”.图5答案2减弱加强解析由几何关系可知两波源到A点的距离为AS110m，AS28m，所以两波的路程差为2m；同理可得，BS1BS20，为波长的整数倍，由振动图像知两振源振动方向相反，故B点振动减弱；两波源到C点的路程差为xCS1CS21m，波长vT2m，所以C 点振动加强.三.波的衍射如图所示是一个可观察水波衍射的水波发生槽，振源的频率是可以调节的，槽中放置两块可移动的挡板形成宽度可调节的小孔，观察水波的传播，也可以在水槽中放置宽度不同的挡板，观察水波的传播.思考下列问题1水波遇到小孔时，会观察到什么现象逐渐减小小孔尺寸，观察到的现象有什么变化2当水波遇到较大的障碍物时，会观察到什么现象当障碍物较小时，会观察到什么现象答案1水波遇到小孔时，水波能穿过小孔，并能到达挡板后面的“阴影区”，小孔的尺寸减小时，水波到达“阴影区”的现象更加明显.2当水波遇到较大的障碍物时，将会返回，当障碍物较小时，波能继续向前传播.1.发生明显衍射的条件衍射是没有条件的，衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射.衍射只有“明显”与“不明显”之分，障碍物或小孔的尺寸跟波长差不多，或比波长小是产生明显衍射的条件.2.波的衍射实质分析波传到小孔障碍物时，小孔障碍物仿佛是一个新波源，由它发出的与原来同频率的波在小孔障碍物后传播，就偏离了直线方向.波的直线传播只是在衍射现象不明显时的近似情况.例4多选如图6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，则关于波经过孔之后的传播情况，下列描述中正确的是图6A.此时能观察到波明显的衍射现象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，能观察到更明显的衍射现象答案ABC解析由题图可知孔的尺寸与波长差不多，能观察到波明显的衍射现象，故选项A对；因波的传播速度不变，频率不变，故波长不变，即挡板前后波纹间距离应相等，故选项B 对；若将孔AB扩大，且孔的尺寸远大于波长，则可能观察不到明显的衍射现象，故选项C对；若f增大，由vf，知变小，衍射现象变得不明显了，故选项D错.四.多普勒效应警车鸣笛从你身边飞速驶过，对于警车向你靠近和警车远离的过程，你会听到警笛的声音在变化.思考下列问题1你听到警笛的音调有何不同2实际上警笛的音调会变化吗3听到音调发生变化的原因是什么答案1警车驶来时，音调变高；警车远离时音调变低.2实际上警笛的音调不会变化.3警车与观察者如果相互靠近，观察者接收到的频率增大；如果二者相互远离，观察者接收到的频率减小，因此会感觉警笛音调发生变化.对多普勒效应的理解1.多普勒效应是波共有的特征，不仅机械波，光波和电磁波也都会发生多普勒效应.2.发生多普勒效应时，波源发出的频率不变，变化的是观察者接收到的频率.3.多普勒效应产生的原因分析1相对位置变化与频率的关系规律相对位置图示结论波源S和观察者A相对静止，如图所示f 观察者f波源音调不变波源S不动，观察者A运动，由AB或AC，如图所示若靠近波源，由AB，则f观察者f波源，音调变高；若远离波源，由AC，则f观察者f波源音调变高2成因归纳根据以上分析可以知道，发生多普勒效应时，一定是由于波源与观察者之间发生了相对运动且两者间距发生变化.例5关于多普勒效应，下列说法中正确的是A.发生多普勒效应时，波源频率发生了变化B.要发生多普勒效应，波源和观察者必须有相对运动且两者间距发生变化C.火车向你驶来时，你听到的汽笛声音调变低，火车离你远去时，你听到的汽笛声音调变高D.只有声波才能发生多普勒效应答案B解析发生多普勒效应时，波源频率并没有发生变化，波源和观察者必须有相对运动，且两者间距发生变化，故A错误，B正确；根据多普勒效应可知，当波源和观察者间距变小，观察者接收到的频率一定比波源频率高.当波源和观察者间距变大，观察者接收到的频率一定比波源频率低，故C错误；所有波都能发生多普勒效应，故D错误.学科素养例5这道题判断是不是发生了多普勒效应.首先确定波源与观察者间距是否发生了变化.当两者远离时，观察者接收到的波的频率变小，靠近时，观察者接收到的波的频率变大，但波源的频率不变.意在考查学生灵活运用相关知识解决实际问题的能力，体现了“科学思维”的学科素养.针对训练xx盐城市高二检测装有多普勒测速仪的汽车测速监视器安装在公路旁，它向行驶中的车辆发射已知频率的超声波，并接收被车辆反射回来的反射波.当某汽车向测速监视器靠近时，被该汽车反射回来的反射波与测速监视器发出的超声波相比A.频率不变，波速变小B.波速不变，频率变小C.频率不变，波速变大D.波速不变，频率变大答案D解析波速由介质决定，所以被该汽车反射回来的反射波与测速监视器发出的超声波相比波速不变，根据声音的多普勒效应，声源和观察者靠近时接收频率变高，所以被该汽车反射回来的反射波与发出的超声波相比频率变大，故D正确，A.B.C错误.1.波的叠加多选两个不等幅的脉冲波在均匀介质中均以1.0m/s的速率沿同一直线相向传播，t0时刻的波形如图7所示，图中小方格的边长为0.1m.则不同时刻的波形正确的是图7答案ABD解析脉冲波在介质中传播，xvt，当t0.3s时，两脉冲波各沿波的传播方向传播0.3m，恰好相遇，故A正确.当t0.4s.0.5s.0.6s时，两脉冲波各沿波的传播方向传播0.4m.0.5m.0.6m，由波的叠加原理可知B.D正确，C错误.2.波的干涉多选如图8所示为甲.乙两列简谐横波在同一绳上传播时某时刻的波形图，甲波向右传播，乙波向左传播.质点M图中未画出位于x0.2m处，则下列说法正确的是图8A.这两列波会发生干涉现象B.M点是振动加强点，所以其位移总是最大C.此时M点位移为零，故M点是振动减弱点D.由图示时刻开始，再经过14甲波周期，M点将位于波谷E.M点将做振幅为30cm的简谐振动答案ADE解析两列简谐横波在同一均匀介质内传播，波速相等，由题图可知两列波的波长相等，由vf可知，频率相等，所以两列波能产生干涉，故A正确；质点M是两列波的波峰与波峰相遇处，振动总是加强，振幅等于两列波振幅之和，为A20cm10cm30cm，则M点将做振幅为30cm的简谐振动，此时M点位移为零，故B.C错误，E正确；从题图所示时刻开始，再经过14T，两列波的波谷在M点相遇，所以M点到达波谷，故D正确.3.波的衍射一列波在传播过程中通过一个障碍物，发生了一定程度的衍射，一定能使衍射现象更明显的措施是A.增大障碍物尺寸，同时增大波的频率B.增大障碍物尺寸，同时减小波的频率C.缩小障碍物尺寸，同时增大波的频率D.缩小障碍物尺寸，同时减小波的频率答案D解析波在介质中传播时波速是由介质决定的，与波的频率无关，所以改变波的频率不会改变波速，但由vf可知，当波速一定时，减小频率则波长增大，而发生明显衍射的条件是障碍物或孔.缝的尺寸比波长小或相差不多，所以缩小障碍物的尺寸，同时减小波的频率会使衍射现象更明显，D选项正确.4.对多普勒效应的理解多选一频率为600Hz的声源以20rad/s 的角速度沿一半径为0.80m的圆周做匀速圆周运动，一观察者站在离圆心很远的P点且相对于圆心静止，如图9所示，下列判断正确的是图9A.观察者接收到声源在A点发出声音的频率大于600HzB.观察者接收到声源在B点发出声音的频率等于600HzC.观察者接收到声源在C点发出声音的频率等于600HzD.观察者接收到声源在D点发出声音的频率小于600Hz答案AB。
教科版物理选修3-4学案：第2章 第5、6讲 波的干涉、衍射 多普勒效应 Word版含解析
第5讲波的干涉、衍射第6讲多普勒效应[目标定位] 1.知道波的叠加原理，知道波的干涉现象实质上是波的一种特殊的叠加现象.2.知道波的干涉图样的特点，理解形成稳定干涉图样的条件，掌握振动加强点、减弱点的振动情况.3.知道什么是波的衍射现象，知道波发生明显衍射现象的条件.4.了解多普勒效应，能运用多普勒效应解释一些物理现象.一、波的叠加原理在几列波传播的重叠区域内，质点要同时参与由几列波引起的振动，质点的总位移等于各列波单独存在时在该处引起的振动位移的矢量和．二、波的干涉现象1．定义：频率相同的两列波叠加，使介质中某些区域的质点振动始终加强，另一些区域的质点振动始终减弱，并且这两种区域互相间隔、位置保持不变．这种稳定的叠加现象(图样)叫做波的干涉．2．产生干涉的一个必要条件是两列波的频率必须相同．3．波的干涉现象是在特殊条件下波的叠加．一切波只要满足一定条件，都能发生干涉现象．想一想在波的干涉中，振动加强的点和振动减弱的点的振动情况是怎样的？是不是振动减弱的点始终位于平衡位置不动？答案在波的干涉中，振动加强的点是指两列波在该点的振动方向始终相同，因而使该点以两列波的振幅之和作为新的振幅做简谐运动；而振动减弱的点是指两列波在该点的振动方向始终相反，因而使该点以两列波的振幅之差作为新的振幅做简谐运动．只有当两列波的振幅相等时，所形成的干涉中的振动减弱的点的振幅才为零，此时该点表现为始终处于平衡位置不动．三、波的衍射现象1．定义：波能够绕到障碍物的后面传播的现象．2．波发生明显衍射现象的条件：当缝的宽度或障碍物的尺寸大小与波长相差不多或比波长小时，就能看到明显的衍射现象．3．一切波都可发生衍射现象．想一想在日常生活中我们常遇到“闻其声而不见其人”的现象，你能用学过的知识解释一下吗？答案声波的波长比较长，容易衍射，而光波波长短，不容易衍射，所以会有“闻其声而不见其人”的现象．四、多普勒效应1．定义：当观测者与波源之间有相对运动时，观测者测得的频率与波源频率不同．2．成因(1)波源S与观测者A相对于介质都静止时，观测者单位时间内接收到的完整波的数目与单位时间内波源发出的相同，所以，观测者接收到的频率和波源的振动频率相同．(2)当观测者与波源两者相互接近时，它在单位时间内接收到的完整波的数目增多，接收到的频率将大于波源振动的频率．(3)当观测者与波源两者远离时，它在单位时间内接收到的完整波数目减少，接收到的频率将小于波源振动的频率．3．应用(1)测心脏血流速度；(2)测人造卫星位置的变化；(3)测定流体流速；(4)检查车速；(5)判断遥远的天体相对于地球的运动速度．想一想当汽车远离观察者时，听到的汽车的声音越来越小，这种现象就是多普勒效应吗？答案不是．多普勒效应指的是接收到的频率的变化情况，即音调的变化情况，而声音大小指的是响度．一、对干涉现象的理解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．2．稳定干涉图样的产生是有条件的，必须是两列波的频率相同、步调一致(相差恒定)．3．干涉图样及其特点(1)干涉图样：如图1所示图1(2)特点①加强区和减弱区的位置固定不变．②加强区始终加强，减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化)．③加强区与减弱区互相间隔．4．振动加强点和减弱点(1)振动加强点：振动的振幅等于两列波振幅之和，A＝A1＋A2.(2)振动减弱点：振动的振幅等于两列波振幅之差，A＝|A1－A2|.(3)振动加强点和振动减弱点的判断．若某点总是波峰与波峰或波谷与波谷相遇，该点为振动加强点；若总是波峰与波谷相遇，则为振动减弱点．【例1】(多选)两列振动方向相同、振幅分别为A1和A2的相干简谐横波相遇．下列说法正确的是()A．波峰与波谷相遇处质点的振幅为|A1－A2|B．波峰与波峰相遇处质点离开平衡位置的位移始终为A1＋A2C．波峰与波谷相遇处质点的位移总是小于波峰与波峰相遇处质点的位移D．波峰与波峰相遇处质点的振幅一定大于波峰与波谷相遇处质点的振幅解析两列振动方向相同的相干波相遇叠加，在相遇区域内各质点仍做简谐运动，其振动位移在0到最大值之间，B、C项错误；在波峰与波谷相遇处质点振幅为两波振幅之差，在波峰与波峰相遇处质点振幅为两波振幅之和，故A、D项正确．答案AD借题发挥不管是振动加强点，还是振动减弱点，还是一般位置的质点在振动时，其位移都在随时间做周期性变化，位移均可为0.针对训练两列频率、振动方向、初始相位均相同的波S1、S2，在同一介质中传播时，某时刻t形成如图2所示的干涉图样，图样中两波源S1、S2同时为波谷(实线表示波峰，虚线表示波谷)，在图中标有A、B、C三个点，则振动加强点是，振动减弱点是_．图2解析由图可知A点为波峰与波峰相遇，是振动加强点；B点是波谷与波谷相遇，是振动加强点；C点是波峰与波谷相遇，是振动减弱点．答案A、B C二、对衍射现象的理解1．衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射．2．波的衍射总是存在的，只有“明显”与“不明显”的差异，“障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多”只是发生明显衍射的条件．3．波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)仿佛一个新波源，由它发出与原来同频率的波在孔(障碍物)后传播，就偏离了直线方向．因此，波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况．【例2】(多选)如图3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播情况，每两条相邻波纹(图中曲线)之间距离表示一个波长，则关于波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是()图3A．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解析从图中可以看出，孔的大小与波长相差不多，故能够发生明显的衍射现象，A选可得波项正确；由于在同一均匀介质中，波的传播速度不变，波的频率不变，又根据λ＝vf长λ不变，所以B选项正确；当孔扩大后，发生明显衍射的条件将被破坏，故C选项正确；如果孔的大小不变，使波源频率增大，则波长减小，孔的尺寸将比波长大，失去发生明显的衍射现象的条件，因此D选项不正确．答案ABC三、对多普勒效应的理解1．多普勒效应是波共有的特征，不仅机械波，光波和电磁波也都会发生多普勒效应．2．发生多普勒效应时，波源发出的频率不变，变化的是观察者接收到的频率．3．当波源与观察者相互接近时，f观察者变大，音调变高．如图4甲中波源S不动，观察者A向B运动和图乙中观察者A不动，波源由S1向S2运动；当波源与观察者相互远离时，f观察者变小，音调变低．如图甲中波源S不动，观察者A 向C运动．图4【例3】 (多选)下面说法中正确的是( )A ．发生多普勒效应时，波源的频率变化了B ．发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化C ．多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的D ．多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒首先发现的解析 当波源与观察者之间有相对运动时会发生多普勒效应，故选项C 正确；发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化，而波源的频率并没有改变，故选项A 错误，选项B 正确；此现象是奥地利物理学家多普勒首先发现的，故选项D 正确．答案 BCD借题发挥 判断观察者接收的频率是怎么样变化的，就是看波源与观察者间的相对运动情况.波的衍射1．在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子的振动频率是5 Hz ，水波在水槽中的传播速度为0.05 m/s ，为观察到明显的衍射现象，小孔直径d 应为( )A ．10 cmB ．5 cmC ．d ≥1 cmD ．d ＜1 cm解析 在水槽中激发的水波波长为λ＝v f ＝0.055m ＝0.01 m ＝1 cm.若要在小孔后产生明显的衍射现象，应取小孔的尺寸小于波长或与波长相差不多．答案 D波的叠加2．两列简谐横波，波速大小均为20 m/s ，如图5所示为某时刻两列波各自传播的波动图像．一列波沿着x 轴向右传播(实线所示)，另一列沿着x 轴向左传播(虚线所示)．下列说法不正确．．．的是( )图5A ．两列波的频率均为2.5 HzB ．此时刻b 、d 处的质点速度为零，a 、c 处质点速度最大C ．两列波在b 、d 点处引起的振动加强，在a 、c 点处引起的振动减弱D ．经过0.1 s ，a 处质点在波峰，c 处质点在波谷解析 由图可知波长λ＝8 m ，则频率f ＝v λ＝20 8Hz ＝2.5 Hz ，选项A 正确；两列波在b 、d 点处引起的振动减弱，在a 、c 点处引起的振动加强，选项C 错误；由图可知此时刻b 、d 处的质点在最大位移处，所以速度为零，a 、c 处质点在平衡位置，速度最大，选项B 正确；由图可知a 质点向上振动，经0.1 s 即T 4到达波峰，同理c 在波谷，选项D 正确． 答案 C波的干涉3．(多选)图6表示两个相干波源S 1、S 2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，虚线表示某时刻的波谷，下列说法正确的是( )图6A ．a 、c 两点的振动加强，b 、d 两点的振动减弱B ．e 、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谷，原来位于波谷的点将位于波峰解析 波的干涉示意图表示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，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 点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 正确；e 点位于加强点的连线上，也为加强点，f 点位于减弱点的连线上，也为减弱点，B错误；相干波源叠加产生的干涉是稳定的，不会随时间变化，C错误；因形成干涉图样的介质质点也在不停地做周期性振动，故经半个周期步调相反，D正确．答案AD多普勒效应4．(多选)火车上有一个声源发出一定的乐音．当火车静止、观测者也静止时，观测者听到并记住了这个乐音的音调．以下情况中，观测者听到这个乐音的音调比原来降低的是()A．观测者静止，火车向他驶来B．观测者静止，火车离他驶去C．火车静止，观测者乘汽车向着火车运动D．火车静止，观测者乘汽车远离火车运动解析观测者与声源相向运动时，观测者接收到的声波的频率变大，听到的乐音音调比原来要高；观测者与声源背离运动时，观测者接收到的声波的频率变小，听到的乐音音调比原来要低，故选项B、D正确．答案BD题组一多普勒效应1．(多选)根据多普勒效应，下列说法正确的是()A．当波源与观察者有相对运动时，观察者接收到的频率一定发生变化B．当波源与观察者同向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率低C．当波源与观察者相向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率高D．当波源与观察者反向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率低解析当波源与观察者的相对距离减小时，观察者单位时间内接收到的完全波的个数增多，即观察者接收到的频率比波源发出的频率高；当二者的相对距离增大时，观察者单位时间内接收到的完全波的个数减少，即观察者接收到的频率比波源发出的频率低．当波源与观察者有相对运动，但距离不变时(如圆周运动)，则不会出现多普勒效应，选项A错误；当波源与观察者同向运动时，二者的距离可能增大，也可能减小，也可能不变，选项B错误；当波源与观察者相向运动时，二者的相对距离减小，故选项C正确；当波源与观察者反向运动时，二者的相对距离增大，选项D正确．答案CD2．(多选)下面哪些应用是利用了多普勒效应()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啸声判断飞行炮弹是接近还是远去解析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测定遥远星体相对地球远离的速度，故A选项正确；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，由多普勒效应的计算公式可以求出运动物体的速度，故B选项正确；对于C选项，铁路工人是根据振动的强弱而对列车的运动情况做出判断的，故不正确；炮弹飞行，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选项正确．答案ABD3．(多选)如图1所示，男同学站立不动吹口哨，一位女同学坐在秋千上来回摆动，下列关于女同学的感受的说法正确的是()图1A．女同学从A向B运动过程中，她感觉哨声音调变高B．女同学从E向D运动过程中，她感觉哨声音调变高C．女同学在C点向右运动时，她感觉哨声音调不变D．女同学在C点向左运动时，她感觉哨声音调变低解析女同学荡秋千的过程中，只要她有向右的速度，她就有靠近声源的趋势，根据多普勒效应，她都能感到哨声音调变高；反之女同学向左运动时，她感到音调变低，选项A、D正确，B、C错误．答案AD4．公路巡警开车在高速公路上以100 km/h的恒定速度巡查，在同一车道上巡警车向前方的一辆轿车发出一个已知频率的超声波，结果该超声波被那辆轿车反射回来时，巡警车接收到的超声波频率比发出时低．(1)此现象属于()A．波的衍射B．波的干涉C．多普勒效应D．波的反射(2)若该路段限速为100 km/h，则该轿车是否超速？(3)若该轿车以20 m/s的速度行进，反射回的频率应怎样变化？解析(1)巡警车接收到的超声波频率比发生时低，此现象为多普勒效应．(2)因巡警车接收到的频率低，由多普勒效应知巡警车与轿车在相互远离，而警车车速恒定且在后面，可判断轿车车速比巡警车车速大，故该轿车超速．(3)若该轿车以20 m/s的速度行进时，此时巡警车与轿车在相互靠近，由多普勒效应知反射回的频率应偏高．答案(1)C(2)超速(3)偏高题组二波的衍射5．(多选)以下说法中正确的是()A．波的衍射现象必须具备一定的条件，否则不可能发生衍射现象B．要观察到水波明显的衍射现象，必须使狭缝的宽度远大于水波波长C．波长越长的波，越容易发生明显的衍射D．只有波才有衍射现象解析衍射是波特有的现象，即任何波都会发生衍射现象，只不过存在明显与不明显的差别而已，只有当障碍物或孔的尺寸跟波长差不多或者比波长小时，才会观察到明显的衍射现象．选项C、D正确．答案CD6．(多选)如图2所示，S是波源，M、N是两块挡板，其中M板固定，N板可左右自由移动，两板中间有一狭缝，此时测得A点无明显振动，为使A点能发生明显振动，下列采取的办法可行的是()图2A．增大波源振动频率B．减小波源振动频率C．将N板向右移D．将N板向左移答案BD7．如图3所示，图中O点是水面上一波源，实线、虚线分别表示该时刻的波峰、波谷，A是挡板，B是小孔，经过一段时间，水面上的波形将分布于()图3A．整个区域B．阴影Ⅰ以外区域C．阴影Ⅱ以外区域D．上述答案均不对解析从题图中可以看出挡板A比波长大的多，因此波不会绕过挡板A，而小孔B的大小与波长差不多，能发生明显的衍射现象，故B正确．答案 B题组三波的叠加8．(多选)如图4所示，沿一条直线相向传播的两列波的振幅和波长均相等，当它们相遇时可能出现的波形是下列选项中的()图4解析当两列波的前半个波(或后半个波)相遇时，根据波的叠加原理，在前半个波(或后半个波)重叠的区域内所有的质点振动的合位移为零，而两列波的后半个波(或前半个波)的波形保持不变，所以选项B正确；当两列波完全相遇时(即重叠在一起)，由波的叠加原理可知，所有质点振动的位移均等于每列波单独传播时引起的位移的矢量和，使得所有的质点振动的位移加倍，所以选项C正确．答案BC9．(多选)如图5所示，两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播，两波源分别位于x＝－2×10－1 m和x＝12×10－1 m处，两列波的波速均为v＝0.4 m/s，两波源的振幅均为A＝2 cm.图示为t＝0时刻两列波的图像(传播方向如图所示)，此刻平衡位置处于x＝0.2 m和0.8 m的P、Q两质点刚开始振动．质点M的平衡位置处于x＝0.5 m处，关于各质点运动情况判断正确的是()图5A．质点P、Q都首先沿y轴负向运动B．t＝0.75 s时刻，质点P、Q都运动到M点C．t＝1 s时刻，质点M的位移为4 cmD．t＝1 s时刻，质点M的位移为－4 cm解析根据“上下坡”法可以判断，质点P、Q都首先沿y轴负向运动；两列波波速相等，经过t＝0.75 s，两波传播的路程都为30 cm，但P、Q两质点并不沿x轴运动；t＝1 s 时刻，左边波传到x＝60 cm处，右边波传到x＝40 cm处，两波的波谷相遇在M点，叠加后质点M的位移为－4 cm.答案AD题组四波的干涉10．消除噪声污染是当前环境保护的一个重要课题．内燃机、通风机等在排放各种高速气流的过程中都发出噪声，干涉型消声器可以用来消弱高速气流产生的噪声．干涉型消声器的结构及气流运行如图6所示，产生波长为λ的声波沿水平管道自左向右传播．当声波到达a处时，分成两束相干波，它们分别通过r1和r2的路程，再在b处相遇，即可达到消弱噪声的目的．若Δr＝r2－r1，则Δr等于()图6A．波长λ的整数倍B．波长λ的奇数倍C ．半波长λ2的奇数倍D ．半波长λ2的偶数倍解析 根据波的干涉，两列波的路程差等于半波长奇数倍时，叠加后减弱，从而达到消弱噪音的目的，C 正确．答案 C11．(多选)当两列相干波发生干涉时，如果两列波的波峰在P 点相遇，下列说法正确的是( )A ．质点P 的振动始终是加强的B ．质点P 的振幅最大C ．质点P 的位移始终最大D ．质点P 的位移有时为零解析 两列波的波峰在P 点相遇，说明P 点是振动加强点，P 点振幅等于两列波的振幅之和，质点P 的振幅最大，质点P 振动加强，位移随时间做周期性变化，位移有时为零，有时最大，选项A 、B 、D 正确．答案 ABD12．如图7所示为t ＝0时刻简谐横波a 与b 的波形图，其中a 沿x 轴正方向传播，b 沿x 轴负方向传播，波速都是10 m/s ，振动方向都平行于y 轴．下列选项画出的是平衡位置在x ＝2 m 处的质点从t ＝0时刻开始在一个周期内的振动图像，其中正确的是( )图7解析 两列波的波速相等，波长相等，则频率相等，能发生干涉．过14周期后，两列波的波峰同时到达x＝2 m处的质点，则此质点振动总是加强，振幅为两列波振幅之和，即为3 cm.t＝0时刻x＝2 m处的质点开始从平衡位置沿y轴正方向开始振动，所以图像B正确．答案 B题组五波的衍射现象和干涉现象的比较13．利用发波水槽得到的水面波形如图8甲、乙所示，则()图8A．图甲、乙均显示了波的干涉现象B．图甲、乙均显示了波的衍射现象C．图甲显示了波的干涉现象，图乙显示了波的衍射现象D．图甲显示了波的衍射现象，图乙显示了波的干涉现象解析由图可以看出，图甲是水波通过小孔的情况，属于波的衍射现象，图乙是两列波在传播过程中叠加形成的干涉图样，属于波的干涉现象，选项D正确．答案 D14．(多选)在同一地点有两个静止的声源，发出声波1和声波2.在同一空间的空气中沿同一方向传播，如图9所示为某时刻这两列波的图像，则下列说法中正确的是()图9A．波1速度比波2速度大B．这两列波的频率相同C．在这两列波传播方向上，不会产生稳定的干涉现象D．相对于同一障碍物，波1比波2发生衍射现象更明显解析在同一种介质中，各种频率的机械波传播的速度相同，选项A错误；从图中可以看出波1的波长大于波2的波长，由公式v＝λf可得，波1的频率小于波2的频率，选项B错误；由于两列波的频率不同，两列波不能发生干涉，选项C正确；对于同一障碍物，波长越大衍射越明显，选项D正确．答案CD15．如图10所示为某一报告厅主席台的平面图，AB 是讲台，S 1、S 2是与讲台上话筒等高的喇叭，它们之间的相互位置和尺寸如图所示．报告者的声音放大后经喇叭传回话筒再次放大时可能会产生啸叫．为了避免啸叫，话筒最好摆放在讲台上适当的位置，在这些位置上两个喇叭传来的声音因干涉而相消．已知空气中声速为340 m/s ，若报告人声音的频率为136 Hz ，问讲台上这样的位置有多少个？图10解析 相应于声频f ＝136 Hz 的声波的波长是λ＝vf＝2.5 m①式中v ＝340 m/s 是空气中的声速．在下图中，O 是AB 的中点，P 是OB 上任一点．将S 1P －S 2P 表示为S 1P －S 2P ＝k λ2②式中k 为实数，当k ＝0,2,4，…时， 从两个喇叭来的声波因干涉而加强； 当k ＝1,3,5，…时，从两个喇叭来的声波因干涉而相消．由此可知，O 是干涉加强点；对于B 点， S 1B －S 2B ＝20 m －15 m ＝4λ2③所以，B 点也是干涉加强点．因而O 、B 之间有两个干涉相消点，由对称性可知，AB 上有4个干涉相消点．答案 4个。
高中物理教科版选修3-4配套课件2-5～6 波的干涉、衍射 多普勒效应
一、波的叠加原理 波的互不干扰特性 介质中几列波相遇后，仍将保持它们各自原有的 特性 (频率、
振幅、振动方向、传播方向等)继续传播，并不因为有其他波的
存在而发生变化． 在几列波传播的重叠区域内，质点要同时参与由几列波引起的 振动，质点的 总位移 等于各列波单独存在时在该处引起的振动
位移的 矢量和 ．
三、多普勒效应产生的原因
波源与观测者有相对运动时，若波源的频率没有发生变化，
观测者接收到的频率却发生了变化． 波源相对介质不动，而观测者向着波源运动，在单位时间内观 测者向着波源移动一段距离，与观测者不动的情况比较，观测 者单位时间内接收到的完全波的个数增多，即接收到的频率增
大；同理，如果观测者远离波源，观测者单位时间内接收到的
波源的频率，
增加 即观测者观测到的频率
(3)波源与观测者相互远离时，观测者观测到的频率 变小 ．
五、多普勒效应的应用 交通警车向行进中的车辆发射 频率已知 反射波 速度．
的超声波，同时测量
的频率，根据反射波频率 变化的多少 就能知道车辆的
测量星球上某些元素发出的光波的 频率 ，然后与地球上这些
元素 静止 时发光的频率对照，可得星球的速度． 向人体内发射 频率已知 的超声波，超声波被血管中的血流 反射后又被仪器接收，测出反射波的 频率变化就可得血流速度．
二、波的干涉现象 实验及现象
(1)实验：在水波槽中，使水面上的两个振子以相同的频率、相
同的振动方向发生振动，产生两列相同的波． (2)现象：如图 2-5、6-1所示，在振动着的水面上，出现一条条 较强 的 从两个波源中间展开来的水面相对 平静 的区域和振动 区域．这两种区域的分布固定而且相互隔开．
完全波的个数减少，即接收到的频率减小．
高中物理教科版选修3-4课件：第二章 5.波的干涉、衍射--6.多普勒效应
UITANGYANLIAN
探究二
(5)干涉图样及其特征.
①干涉图样,如图所示.
②特征:
a.加强区始终加强,减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变
化,位置不变);
b.加强区与减弱区互相间隔.
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5.波的干涉、衍射
6.多普勒效应
探究一
目标导航
Z 知识梳理 Z 重难聚焦
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提示:这是因为声波在空气中的波长较长,可以跟一般障碍物的
尺寸相比拟,能发生明显的衍射现象.
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5.波的干涉、衍射
6.多普勒效应
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D典例透析 S随堂演练
IANLITOUXI
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4.多普勒效应
(1)概念:当观测者和波源之间有相对运动时,观测者测得的频率
幅越接近,干涉图样越明显.
(4)振动加强的点和振动减弱的点始终在以振源的频率振动,其振
幅不变,但其位移随时间变化(若是振动减弱点,振幅可为零).
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5.波的干涉、衍射
6.多普勒效应
探究一
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D典例透析 S随堂演练
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是衍射现象是否明显的条件.一般情况下,波长较大的波容易产生
显著的衍射现象.
(2)波传到小孔(或障碍物)时,小孔(或障碍物)仿佛一个新的波源,
由它发出与原来同频率的波(称为子波)在孔后传播,于是,就出现了
偏离直线传播的衍射现象.
2019-2020年教科版物理选修3-4讲义：第2章+5.波的干涉、衍射+6.多普勒效应及答案
5．波的干涉、衍射6．多普勒效应[先填空]1．波的叠加原理(1)波的独立传播两列波相遇后彼此穿过，仍然保持各自的运动状态继续传播．(2)波的叠加在几列波重叠的区域里，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．波的干涉现象(1)定义频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强、某些区域的振动减弱的现象．(2)干涉图样波的干涉中形成的稳定图样．(3)干涉条件频率和振动方向相同的波．(4)干涉是波特有的现象．[再判断]1．两列波相叠加就能形成稳定的干涉图样．(×)2．在操场上不同位置听到学校同一喇叭的声音大小不同，是声波的干涉现象．(×) 3．两个人一起说话，不会发生干涉现象．(√)[后思考]1．敲击音叉使其发声，然后转动音叉，为什么听到声音忽强忽弱？【提示】这是声波的干涉现象．音叉的两股振动频率相同，这样，两列频率相同的声波在空气中传播，有的区域振动加强，有的区域振动减弱，于是听到声音忽强忽弱．2．有人说在波的干涉图样中，加强点就是位移始终最大的点，减弱点就是位移始终为零的点，这种说法对吗？【提示】这种说法不正确．在干涉图样中的加强点是以两列波的振幅之和为振幅做振动的点，某一瞬时振动位移可能是零．同理，减弱点是以两列波的振幅之差为振幅做振动的点，它的位移不一定始终为零．1．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．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，这样不能形成稳定的振动加强区和减弱区．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差别不大．振幅越是接近，干涉图样越明显．4．振动加强的点和振动减弱的点始终在以振源的频率振动，其振幅不变(若是振动减弱点，振幅可能为0)，但其位移随时间发生变化．5．干涉图样及其特征(1)干涉图样：如图所示．(2)特征①加强区和减弱区的位置固定不变．②加强区始终加强，减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化)．③加强区与减弱区互相间隔．6．振动“加强点”与“减弱点”的判断(1)理论判断法①设波源S1、S2振动情况完全相同，它们产生的两列波在同一介质中传播．对介质中的任一点P，如图离两波源距离分别是S1P、S2P，P点到波源的距离差Δx ＝S1P－S2P.a．当Δx＝nλ(n＝0,1,2, …)即距离差为波长的整数倍时，P点为振动加强点；b．当Δx＝(2n＋1)λ2(n＝0,1,2，…)即距离差为半个波长的奇数倍时，P点为振动减弱点；②若两列波波源振动步调相反，则上述结论反之即可．(2)现象判断法若某点总是波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇，该点为振动加强点；若总是波峰与波谷相遇，则该点为振动减弱点．1．两列振动方向相同、振幅分别为A1和A2的相干简谐横波相遇．下列说法正确的是()A．波峰与波谷相遇处质点的振幅为|A1－A2|B．波峰与波峰相遇处质点离开平衡位置的位移始终为A1＋A2C．波峰与波谷相遇处质点的位移总是小于波峰与波峰相遇处质点的位移D．波峰与波峰相遇处质点的振幅一定大于波峰与波谷相遇处质点的振幅E．两列波的频率相同，能产生稳定的干涉图样【解析】波峰与波峰相遇处的质点振动加强，振幅为A1＋A2，而质点的位移大小在0～A1＋A2之间变化；波峰和波谷相遇处的质点，振动减弱，振幅为|A1－A2|，其位移大小在0～|A1－A2|之间变化，故B、C错，A、D对．由于两列波是相干波，故频率相同，能产生稳定的干涉图样，E正确．【答案】ADE2．如图所示，两列简谐横波均沿x轴传播，传播速度的大小相等．其中一列沿x轴正方向传播(图中实线)，另一列沿x轴负方向传播(图中虚线)．这两列波的频率相等，振动方向均沿y轴方向．则图中x＝1,2,3,4,5,6,7,8各点中振幅最大的是x＝________处的点，振幅最小的是x＝________处的点．【解析】由波的叠加原理x轴上任一点的位移都等于两列波单独引起的位移的矢量和．对x＝4,8两点两列波引起的两个分振动相位差为0，这两点加强，对x＝2,6两点两列波单独引起的分振动相位差为π，故这两点减弱．【答案】4,82,6确定振动加强点和减弱点的技巧1．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．2．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．3．不管波如何叠加，介质中的各质点均在各自的平衡位置附近振动．知识点二| 波的衍射现象[先填空]1．定义波绕过障碍物继续向前传播的现象．2．发生明显衍射的条件缝、孔的宽度或障碍物的尺寸大小与波长相差不多，或者比波长更小．[再判断]1．孔的尺寸比波长大得多时就不会发生衍射现象．(×)2．孔的尺寸比波长小能观察到明显的衍射现象．(√)3．超声波比普通声波的波长小．(√)[后思考]1．只有当障碍物或狭缝的尺寸跟波长相差不多时，才能发生波的衍射现象吗？【提示】障碍物或狭缝的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是发生明显衍射的条件．衍射是波特有的现象，一切波都会发生衍射现象．2．是否孔的尺寸越小，衍射现象越容易观察？【提示】不是．当孔的尺寸非常小时，衍射波的能量很弱，实际上很难观察到波的衍射．1．波的衍射是波在传播过程中所独具的特征之一，衍射是否明显，通常的衡量标准就是孔或缝的宽度d与波长λ的比值dλ，比值越小，衍射现象相对越明显．2．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，波的衍射没有条件．3．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，则看不清楚．3．图分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔(A、B、C图)或障碍物(D，E图)，其中能发生明显衍射现象的有()【解析】图B、C中小孔与波长相差不多，能发生明显衍射，图E中障碍物与波长相差不多，能发生明显衍射．【答案】BCE4．在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子振动频率是5 Hz，水波在水槽中的传播速度为0.05 m/s，为观察到显著的衍射现象，小孔直径d应为多少？【解析】在水槽中激发的水波波长为λ＝vf＝0.055m＝0.01 m＝1 cm.要求在小孔后产生显著的衍射现象，应取小孔的尺寸小于波长．【答案】小于1 cm衍射现象的两点提醒1．障碍物的尺寸的大小不是发生衍射的条件，而是发生明显衍射的条件，波长越大越易发生明显衍射现象．2．当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但衍射波的能量很弱，也很难观察到波的衍射．知识点三| 多普勒效应[先填空]1．概念当观测者和波源之间有相对运动时，观测者测得的频率与波源频率不同．后来这一现象就被命名为多普勒效应．2．多普勒效应的成因(1)波源S与观测者A相对于介质都静止时，观测者单位时间内接收到的完整波的数目与单位时间内波源发出的相同，所以，观测者接收到的频率和波源的振动频率相同．(2)波源相对于介质静止不动，观测者相对波源运动．当观测者朝着波源运动时，它在单位时间内接收到的完整波数目增多，表明测得的频率大于波源振动的频率；当观测者远离波源运动时，它在单位时间内接收到的完整波数目减少，表明测得的频率小于波源振动的频率．(3)观测者相对介质静止，波源相对观测者运动．当观测者与波源两者相互接近时，接收到的频率将大于波源的频率；当二者远离时，接收到的频率将小于波源的频率．3．多普勒效应的应用(1)机械波、电磁波都会产生多普勒效应．根据频率的变化，我们可以测出波源相对于介质的速度．(2)医疗上，利用超声波的多普勒效应，可以测量心脏血流速度，为诊断提供重要依据．(3)多普勒效应在测定人造卫星位置的变化，测定流体的流速，检查车速等方面都有广泛的应用．(4)在天文学上，由地球上接收到遥远天体发出的光波的频率可以判断遥远的天体相对于地球的运动速度．[再判断]1．声源与观察者相互靠近时，声源的频率增大．(×)2．当波源和观察者向同一个方向运动时，一定会发生多普勒效应．(×)3．火车的音调越来越高，说明火车正从远处靠近观察者．(√)[后思考]1．多普勒效应能否产生与波源和观察者间的距离有关系吗？是不是距离越近，越容易发生多普勒效应？【提示】能否发生多普勒效应仅取决于波源和观察者间的距离是否变化，与距离的大小没有关系．2．火车进站和出站时，坐在火车上的乘客，能感受到汽笛的音调发生变化吗？【提示】不能．坐在火车上的乘客感到汽笛声未变，是因为声源相对听者是静止的，路旁的人感到汽笛音调发生变化，是因为声源相对听者是运动的．1．当波源与观察者相互接近，观察者接收到的频率f观察者变大，反之观察者变小．接收到的频率f观察者2．发生多普勒效应时，不论观察者接收到的频率发生了怎样的变化，波源的真实频率并不会发生任何变化．3．多普勒效应的应用测量车辆速度；测量天体运动情况；检查病变，跟踪目的物(如导弹、云层)等等．5．下列说法中正确的是()A．发生多普勒效应时，波源的频率变化了B．发生多普勒效应时，观察者接收的频率发生了变化C．多普勒效应是在波源和观察者之间有相对运动时产生的D．多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒首先发现的E．当观察者向波源靠近时，观察到波的频率变小【解析】当波源与观察者之间有相对运动时，会发生多普勒效应，选项C 正确．发生多普勒效应时是接收到的频率发生了变化，而波源的频率没有变化．故A错，B对，而D也是正确的．当观察者向波源靠近时，会观察到波的频率变大，E错．【答案】BCD6.如图所示，在公路的十字路口东侧路边，甲以速度v1向东行走，在路口北侧，乙站在路边，一辆汽车以速度v2通过路口向东行驶并鸣笛，已知汽车笛声的频率为f0，车速v2>v1.甲听到的笛声的频率为f1，乙听到的笛声的频率为f2，司机自己听到的笛声的频率为f3，则此三人听到笛声的频率由高至低依次为________．【解析】由于v2＞v1，所以汽车和甲的相对距离减小，甲听到的频率变大，即f1＞f0.由于乙静止不动，汽车和乙的相对距离增大，乙听到的频率变小，即f2＜f0.由于司机和声源相对静止，所以司机听到的频率不变，即f3＝f0，综上所述，三人听到笛声的频率由高至低依次为f1、f3、f2.【答案】f1、f3、f27．公路巡警开车在高速公路上巡查，在同一车道上巡警车向前方的一辆轿车发出一个已知频率的超声波，结果该超声波被那辆轿车反射回来时，巡警车接收到的超声波频率比发出的低．(1)此现象属于()A．波的衍射B．波的干涉C．多普勒效应D．波的反射(2)若该路段限速为100 km/h，则该轿车是否超速？(3)若该轿车以20 m/s的速度行进，反射回的频率应怎样变化？【解析】(1)巡警车接收到的超声波频率比发出的低，此现象为多普勒效应，选项C正确．(2)因巡警车接收到的频率低，由多普勒效应知巡警车与轿车在相互远离，而巡警车车速恒定且在后面，可判断轿车车速比巡警车车速大，故该轿车超速．(3)若该轿车以20 m/s的速度行进，此时巡警车与轿车在相互靠近，由多普勒效应知反射回的频率应偏高．【答案】(1)C(2)见解析(3)见解析多普勒效应的判断方法1．确定研究对象．(波源与观察者)2．确定波源与观察者是否有相对运动．若有相对运动，能发生多普勒效应，否则不发生．3．判断：当两者远离时，观察者接收到的波的频率变小，靠近时观察者接收到的波的频率变大，但波源的频率不变．。
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第5、6节波的干涉、衍射__多普勒效应1.当几列波相遇时，质点的总位移等于各列波单独存在时所产生的振动位移的矢量和，这就是波的叠加原理。
2．频率相同的两列波叠加，使介质中某些区域的质点振动始终加强，另一些区域的质点振动始终减弱，并且这两种区域互相间隔，位置保持不变。
这种稳定的叠加现象叫做波的干涉。
产生干涉现象的必要条件之一是两列波的频率相同。
3．当缝的宽度或障碍物的尺寸比波长小或与波长相差不多时，将发生明显的衍射现象，波发生衍射是无条件的，发生明显的衍射是有条件的。
4．当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的波的频率高于波源的频率，当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的波的频率低于波源的频率。
1．波的叠加原理(1)波的独立传播特性：两列波在相遇后相互穿过，仍然保持各自的运动状态继续传播，彼此之间好像未曾相遇。
(2)波的叠加原理：在几列波传播的重叠区域内，质点要同时参与由几列波引起的振动，质点的总位移等于各列波单独存在时在该处引起的振动位移的矢量和。
2．波的干涉现象(1)实验及现象：①实验：波源是固定在同一个振动棒上的两个小球，当振动棒带动两个小球振动时，将会产生振动方向和振动频率都相同的两列水波。
②现象：在振动的水面上，出现了一条条从两个波源中间展开来的相对平静的区域和振动较强的区域，这两种区域的分布固定而且相互隔开。
(2)现象解释：①加强区：在某一时刻，两列波的波峰(或波谷)同时到达某一点，该质点的振动最剧烈，振动的振幅等于两列波的振幅之和。
加强点形成的区域是加强区。
②减弱区：某一时刻，两列波的波峰和波谷同时到达某一点，该质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，减弱点形成的区域是减弱区。
若两列波振幅相同，质点振动的合振幅就等于零。
(3)波的干涉：①定义：频率相同的两列波叠加，使介质中某些区域的质点振动始终加强，另一些区域的质点振动始终减弱，并且这两种区域相互间隔、位置保持不变，这种稳定的叠加现象叫做波的干涉。
②干涉图样波的干涉中所形成的图样，如图所示。
③干涉条件及实质：a．条件：频率和振动方向相同的波。
b．实质：特殊条件下波的叠加。
[跟随名师·解疑难]1．波的干涉与波的叠加的区别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．对稳定干涉图样的理解(1)稳定干涉图样的产生条件，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，这样不能形成稳定的振动加强点和减弱点，也形不成稳定的干涉图样，只能是一般的振动叠加现象。
(2)稳定干涉图样的特征：①加强区和减弱区的位置固定不变，且相互间隔。
②加强区始终加强，减弱区始终减弱。
(3)明显的干涉图样：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。
2．对“加强区”和“减弱区”的理解(1)在波的干涉现象中，加强区是指该区域内质点的振幅A 最大；减弱区是指该区域内质点的振幅A 最小。
设两个相干波源单独引起的振幅分别为A 1和A 2，则在振动加强区中质点振动的振幅为A 1＋A 2，在振动减弱区中质点振动的振幅为|A 1－A 2|。
不论加强区还是减弱区中的质点，都仍在其平衡位置附近振动，它们的振动位移仍随时间发生周期性变化。
因此，某一时刻，加强区中质点振动的位移可能小于减弱区中质点振动的位移。
若A 1＝A 2，则减弱区中质点的振幅为零，不振动。
(2)两个频率相同的同种波源，形成的干涉图样，以两波源为中心向外呈辐射状延伸，形成振动加强线和减弱线，而且加强线始终加强，加强线上各点都是加强点，加强点不是位移大，而是振动加强，加强线与减弱线是以两波源为焦点的一簇双曲线。
(3)频率相同的两列波叠加时，产生稳定的干涉图样，振动加强区域和振动减弱区域的空间位置是不变的。
3．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：振动方向始终相同的两波源产生的波叠加时，加强、减弱条件如下：设点到两波源的距离之差为Δr，那么当Δr＝kλ(k＝0,1,2…)时该点为加强点，当Δr＝kλ＋λ2(k ＝0,1,2…)时该点为减弱点，若两波源振动方向始终相反，则上述结论正好相反。
(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；若某时刻某点是波峰与波谷相遇，则该点为振动减弱点。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)两波源S1、S2在水槽中形成的波形如图所示，其中实线表示波峰，虚线表示波谷，则( )A．在两波相遇的区域中会产生干涉B．在两波相遇的区域中不会产生干涉C．a点的振动始终加强D．a点的振动始终减弱解析：选B 由图可知，两列波的波长不相等，由v＝λf，知f不相等。
不满足波的干涉条件，故B 正确。
1．定义波能够绕到障碍物的后面传播的现象。
2．实验及现象(1)实验：在水槽里放两块挡板，挡板之间留一狭缝。
①保持波源的振动频率不变，改变缝的宽度。
②保持缝的宽度不变，通过改变波源的振动频率来改变波长。
(2)现象：①狭缝宽度远大于水波波长时：没有明显的衍射现象。
②当狭缝的宽度接近水波的波长时，水波在狭缝的边缘发生了弯曲。
③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点波源发出的球面波，衍射现象更加明显。
3．发生明显衍射的条件缝的宽度或障碍物的尺寸大小与波长相差不多或比波长小时，就能看到明显的衍射现象。
[跟随名师·解疑难]1．对明显衍射发生条件的理解(1)波的衍射是波在传播过程中所独具的特征之一，衍射是否明显，通常的衡量标准就是孔或缝的宽度d与波长λ的比值dλ，比值越小，衍射现象相对越明显。
(2)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，波而的衍射没有条件，即一切波都能发生衍射。
(3)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，会看不清楚。
2．干涉和衍射的对比音箱装置布网既美观又能阻止灰尘进入音箱内部，但是它又有不利的一面，对于音箱发出的声音来说，布网就成了障碍物，它阻碍了声音的传播，造成了声音的失真。
有的生产厂家就把布网安装上子母扣，这样听音乐时就可以将布网卸下来，从而获得真实的听觉效果，听同样的音乐时，不卸下布网跟卸下布网相比较，你认为声音损失掉的主要是 ( )A．高频成分 B．低频成分C．中频成分 D．不能确定解析：选A 当声音从音箱发出遇到布网这一障碍物时，若声波的波长比布网的直径大或者和它差不多时，就可以发生明显的衍射现象，这样布网就不能阻挡这部分声波，布网可以阻挡波长比它的直径小得多的声波，即声音的高频成分，所以选A。
1.多普勒效应当波源和观察者之间有相对运动时，观察者测得的频率与波源频率不同的现象。
2．多普勒效应产生的原因(1)波源与观察者相对静止时，单位时间内通过观察者的完全波的个数是一定的，观察者观测到的频率等于波源振动的频率。
(2)波源与观察者相互靠近时，单位时间内通过观察者的完全波的个数增加，观察者观测到的频率大于波源的频率，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。
3．多普勒效应的应用测量心脏血流速度，测量车辆速度，测量天体运动情况等。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)[多选]下列选项与多普勒效应有关的是( )A．科学家用激光测量月球与地球间的距离B．医生利用超声波探测病人血管中血液的流速C．技术人员用超声波探测金属、陶瓷、混凝土中是否有气泡D．交通警察向车辆发射超声波并通过测量反射波的频率确定车辆行进的速度解析：选BD 科学家用激光测量月球与地球间的距离是利用光速快，故A错误。
医生利用超声波探测病人血管中血液的流速是利用声波的多普勒效应，故B正确。
技术人员用超声波探测金属、陶瓷、混凝土中是否有气泡是利用超声波穿透能力强，故C错误。
交通警察向车辆发射超声波并通过测量反射波的频率确定车辆行进的速度是利用超声波的多普勒效应，故D正确。
1．[多选]如图所示，S1、S2是两个相干波源，它们振动同步且振幅相同。
实线和虚线分别表示在某一时刻它们所发出的波的波峰和波谷。
关于图中所标的a、b、c、d四点，下列说法中正确的有( )A．该时刻a质点振动最弱，b、c质点振动最强，d质点振动既不是最强也不是最弱B．该时刻a质点振动最弱，b、c、d质点振动都最强C．a质点的振动始终是最弱的，b、c、d质点的振动始终是最强的D．再过T/4后的时刻a、b、c三个质点都将处于各自的平衡位置，因此振动最弱[思路点拨](1)形成干涉图样的所有质点都在不停地振动着，其位移的大小和方向都在不停地随时间变化。
(2)对稳定的干涉，振动加强和减弱的区域的空间位置是不变的。
解析：a 质点是波峰和波谷相遇的点，振动减弱。
b 质点是波峰与波峰的相遇点，c 质点是波谷与波谷的相遇点，振动都是加强的。
d 质点位于振动加强点的连线上，仍为振动加强的点，故A 错，B 对。
某时刻振动加强或减弱的点位置是固定的，始终是加强或减弱的，故C 对。
再过T4后的时刻，a 、b 、c 三点虽然都处在平衡位置，但a 点振动仍减弱，b 、c 两点振动仍加强，故D 错。
答案：BC[跟踪演练][多选]当两列水波发生干涉时，如果两列波的波谷在P 点相遇，下列说法正确的是( ) A ．质点P 的振幅最大 B ．质点P 的振动始终是加强的 C ．质点P 的位移始终最大 D ．质点P 的位移有时为零解析：选ABD 由题意知，P 是振动加强点，且始终振动加强，振幅最大，A 对，B 对。
振动加强说明该区域振幅最大，质点的位移变化范围大，但并不能理解为加强点的位移始终最大，它的位移从0到最大做周期性变化，C 错，D 对。
波的衍射现象分析2.[多选]如图所示是观察水面波衍射的实验装置，AC 和BD 是两块挡板，AB 是一个狭缝，O 是波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻的波纹(图中曲线)之间距离表示一个波长，则波经过狭缝之后的传播情况，下列描述中正确的是( )A ．此时能观察到明显的衍射现象B ．如果将孔AB 扩大，有可能观察不到明显的衍射现象C ．挡板前后相邻波纹间距相等D ．如果狭缝的大小不变，使波源的频率增大，能更明显地观察到衍射现象 [思路点拨] 解答本题时应注意以下两点：(1)波发生明显衍射的条件。
(2)波的频率、波速与波长的关系及其决定因素。