讲义版 第6讲 波的现象与声波

第六讲 波的现象与声波【教学目标】1.了解波的特有现象2.掌握振动加强与减弱【知识点一】波的现象与声波1.波的反射:波遇到障碍物会返回来继续传播的现象．(1)波面：沿波传播方向的波峰（或波谷）在同一时刻构成的面． (2)波线：跟波面垂直的线，表示波的传播方向． (3)入射波与反射波的方向关系．①入射角：入射波的波线与平面法线的夹角． ② 反射角：反射波的波线与平面法线的夹角．③在波的反射中，反射角等于入射角；反射波的波长、频率和波速都跟入射波的相同． (4)特例：夏日轰鸣不绝的雷声；在空房子里说话会听到声音更响． (5)人耳能区分相差0.1 s 以上的两个声音．2.波的折射: 波从一种介质射入另一种介质时，传播方向发生改变的现象． (1)波的折射中，波的频率不变，波速和波长都发生了改变． (2)折射角：折射波的波线与界面法线的夹角． (3)入射角i 与折射角r 的关系12sin sin v i v γ=V 1和v 2是波在介质I 和介质Ⅱ中的波速．i 为I 介质中的入射角, r 为Ⅱ介质中的折射角． 3.波的衍射:波可以绕过障碍物继续传播的现象． 衍射是波的特性，一切波都能发生衍射．产生明显衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多。

且越小越明显 例如：声波的波长一般比院坡大，“隔堵有耳”就是声波衍射的例证．说明：衍射是波特有的现象． 4.波的叠加与波的干涉(1)波的叠加原理：在两列波相遇的区域里，每个质点都将参与两列波引起的振动，其位移是两列波分别引起位移的矢量和．相遇后仍保持原来的运动状态．波在相遇区域里，互不干扰，有独立性． (2)波的干涉:①条件：频率相同的两列同性质的波相遇．②现象：某些地方的振动加强，某些地方的振动减弱，并且加强和减弱的区域间隔出现，加强的地方始终加强，减弱的地方始终减弱，形成的图样是稳定的干涉图样．说明：①加强、减弱点的位移与振幅．加强处和减弱处都是两列波引起的位移的矢量和，质点的位移都随时间变化，各质点仍围烧平衡位置振动，与振源振动周期相同．加强处振幅大，等于两列波的振幅之和，即A=A1 +A2,质点的振动能量大，并且始终最大．减弱处振幅小，等于两列波的振福之差，即A=∣A1－A2∣,质点振动能量小，并且始终最小，若A1=A2，则减弱处不振动．加强点的位移变化范围：一∣A1 +A2∣～∣A1 +A2∣减弱点位移变化范围：一∣A1－A2∣～∣A1－A2∣②干涉是波特有的现象．③加强和减弱点的判断．波峰与波峰（波谷与波谷）相遇处一定是加强的，并且用一条直线将以上加强点连接起来，这条直线上的点都是加强的；而波峰与波谷相遇处一定是减弱的，把以上减弱点用直线连接起来，直线上的点都是减弱的．加强点与减弱点之间各质点的振幅介于加强点与减弱点振幅之间．当两相干波源振动步调相同时，到两波源的路程差Δs是波长整数倍处是加强区．而路程差是半波长奇数倍处是减弱区．任何波相遇都能叠加，但两列频率不同的同性质波相遇不能产生干涉5.驻波:两列沿相反方向传播的振幅相同、频率相同的波叠加时，形成驻波．(1)波节：始终静止不动的点．(2)波腹：波节与波节之间振幅最大的点．(3)驻波—特殊的干涉现象:波源特殊;波形特殊说明：驻波与行波的区别．①物理意义不同：驻波是两列波的特珠干涉现象，行波是一列波在介质中的传播．②质点的振动情况不同：在行波中各个质点作振格相同的简谐运动，在驻波中各个质．点作振幅不同的简谐运动；处于波腹位置的质点振幅最大；处于波节位置的质点振幅等于零；其他一些质点的振幅也不相同，但都比波腹处质点的振幅小．③波形不同：行波波形经过一段时间，波形向前“平移”，而驻波波形并不随时间发生平移，只是各质点的振动位移发生变化而已．6．多普勒效应(1)由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象．实质是：波源的频率没有变化，而是观察者接收到的频率发生了变化． (2)多普勒效应的产生原因观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数．当波以速度v 通过接收者时，时间t 内通过的完全波的个数为N=vt/λ，因而单位时间内通过接收者的完全波的个数，即接收频率f v/λ．若波源不动，观察者朝向波源以速度V 2运动，由于相对速度增大而使得单位时间内通过观察者的完全波的个数增多，即()/2221v v v v v f f v v fλ++===+，可见接收频率增大了.同理可知，当观察者背离波源运动时，接收频率将减小．若观察者不动，波源朝向观察者以速度v 1运动，由于波长变短为λ/=λ－v 1T ，而使得单位时间内通过观察者的完全波的个数增多，即//11v v vf f v T v v λλ===--，可见接收频率亦增大，同理可知，当波源背离观察者运动时，接收频率将减小．注：发生多普勒效应时，波源的真实率不发生任何变化，只是观察者接收到的频率发生了变化． (3)相对运动与频率的关系①波源与观察者相对静止：观察者接收到的频率等于波源的频率． ②波源与观察者相互接近：观察者接收到的频率增大． ③波源与观察者相互远离：观察者接收到的频率减小． 二、声波(1)空气中的声波是纵波．能在空气、液体、固体中传播．在通常情况下在空气中为340m ／s ，随介质、温度改变而变．(2)人耳听到声波的频率范围：20 Hz ---20000 Hz. (3)能够把回声与原声区分开来的最小时间间隔为0.1s(4)声波亦能发生反射、折射、干涉和衍射等现象．声波的共振现象称为声波的共鸣． (5)次声波：频率低于20 Hz 的声波． (6)超声波：频率高于20000 Hz 的声波． 应用：声呐、探伤、打碎、粉碎、诊断等．(7)声音的分类①乐音：好听悦耳的声音．乐音的三要素：音调（基音的频率的高低）、响度（声源的振幅大小）、音品（泛音的多少，泛音的频率和振幅共同决定的）．声强：单位时间内通过垂直于声波传播方向单位面积的能量．②噪声：嘈杂刺耳的声音，是妨碍人的正常生活和工作的声音．噪声已列为国际公害．【例】分析下列物理现象：（1）夏天里在一次闪电过后，有时雷声轰鸣不绝； （2）“闻其声而不见其人”；（3）学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音；（4）当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时，我们听到汽笛声的音调变高。

这些物理现象分别属于波的( ) A 反射、衍射、干涉、多普勒效应 B 折射、衍射、多普勒效应、干涉 C 反射、折射、干涉、多普勒效应 D 衍射、折射、干涉、多普勒效应【例】如图中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则（ ） A 2与1的波长、频率相等，波速不等 B 2与1的波速、频率相等，波长不等 C 3与1的波速、频率、波长均相等D 3与1的频率相等，波速、波长均不等波的叠加与干涉【例】关于波的干涉，下列说法中正确的是（）A只有横渡才能产生干涉，纵波不能产生干涉B在振动加强的区域,有时质点的位移也等于零C不管是横波还是纵波，只要叠加的两列的频率相等，振动情况相同就能产生稳定干涉D不管是横波还是纵波，只要叠加的两列的频率相等，就能产生稳定干涉【例】如右上图所示，实线表示两个相干波源S1、S2发出的波的波峰位置，则图中的___________点为振动加强的位置，图中的___________点为振动减弱的位置．、两点处，OA=2m，如图【例】波源S1和S2振动方向相同，频率均为4Hz，分别置于均匀介质中x轴上的O Am s。

己知两波源振动的初始相位相同。

求：所示。

两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播，波速为4/（1）简谐横波的波长：（2）OA间合振动振幅最小的点的位置。

【针对训练】关于波的现象,下列说法中正确的是( ).A在振动削弱的区域,质点不发生振动B在振动削弱的区域,各质点都处于波谷C在振动加强的区域,各质点都处于波峰D在振动加强的区域,有时质点的位移也等于零【针对训练】如图所示，两列简谐波同振幅、同波长、同频率、同振动方向，并在同一弹性绳上相向传播．某一时刻，两列波在绳的同一区段的波形分别如图中的实线与虚线所示，并且实线波向右传播，虚线波向左传播，则下列说法中正确的是（）A 质点P在振动过程中始终是加强的B 质点Q在振动过程中始终是加强的C 此时弹性绳呈直线状D 再过1/4周期，质点P将处于波峰位置【针对训练】下列关于两列波相遇时叠加的说法中不正确的是（）A相遇后，振幅小的一列波将减弱，振幅大的一列波将加强B相遇后，两列波的振动情况与相遇前完全相同C在相遇区域，任一点的总位移等于两列波分别引起的位移的矢量和D几个人在同一房间说话，相互间听得清楚，这说明声波在相遇时互不干扰【针对训练】两列相干波在同一水平面上传播，某时刻它们的波峰、波谷位置如图所示。

图中M是波峰与波峰相遇点，是凸起最高的位置之一。

回答下列问题：（1）由图中时刻经T/4，质点M相对平衡位置的位移是___________（2）在图中标出的M、N、O、P、Q几点中，振动加强的点是__________________；振动减弱的点是________________。

【针对训练】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，t = 0时刻的波形如图所示，图中小方格的边长为0.1m。

则以下不同时刻，波形正确的是( )【针对训练】如图所示，S1、S2是振动情况完全相同的两个机械波波源，振幅为A，a、b、c三点分别位于S1、S2连线的中垂线上，且ab＝bc．某时刻a是两列波的波峰相遇点，c是两列波的波谷相遇点，则( )A a处质点的位移始终为2AB c处质点的位移始终为-2AC b处质点的振幅为2AD c处质点的振幅为-2A【针对训练】在同一介质中两列横波沿x轴相向传播，波源分别位于x1=0和x2=1.4m处，波速均为0.4m/s，振幅均为2cm。

如图所示为t=0时刻两列波的图像，此刻P、Q两质点恰好开始振动。

下列说法中正确的是（）A t=0.75s时，两列波恰好相遇B t=1.5s时，P点的位移为0C 两列波相遇后，M点的振幅为4cmD t=1.25s时，N点在平衡位置下方波的衍射【例】水波通过小孔发生一定程度的衍射，为使衍射现象更明显，可以( )A增大小孔的尺寸同时减小水波的波长B增大小孔的尺寸同时增大水波的波长C缩小小孔的尺寸同时减小水波的波长D缩小小孔的尺寸同时增大水波的波长【例】利用发波水槽得到了的水面波形如a,b所示，( )A图a、b均显示了波的干涉现象B图a、b均显示了波的衍射现象C图a显示了波的干涉现象，图b显示了波的衍射现象D图a显示了波的衍射现象，图b显示了波的干涉现象【针对训练】下列几种情况中，不能发生明显衍射现象的是（）A障碍物或孔的尺寸与波长相等B障碍物或孔的尺寸比波长小C障碍物或孔的尺寸跟波长差不多D波长比障碍物或孔的尺寸小得多【针对训练】如图，沿x轴正方向传播的一列简谐横渡在某时刻的波形图为一正弦曲线，其波速为200 m／s，下列说法中错误．．的是（）A 图示时刻质点b的加速度将减小4.0B 从图示时刻开始，经过0．01s，质点a通过的路程为mC 若此波遇到另一列波并发生稳定于涉现象，则另一列波的频率为50 HzD 若该波传播中遇到宽约4 m的障碍物能发生明星的衍射现象【针对训练】如图所示是波遇到小孔或障碍物后的图像,图中每两条实线间的距离表示一个波长,其中正确的图像是【针对训练】在下列四种情况中，能够使声波发生明显衍射的情况是（）A声源频率为330Hz，声音在空气中传播，声速为340m/s，障碍物尺寸60m×60mB声源频率为330Hz，声音在水中传播，声速为1500m/s，障碍物尺寸60m×60mC声源频率为3000Hz，在空气中传播，障碍物尺寸1m×1mD声源频率为3000Hz，在水中传播，障碍物尺寸1dm×1dm多普勒效应【例】如图表示产生机械波的波源O做匀速运动的情况,图中圆表示波峰,已知波源的频率为f0,则下列说法正确的是A该图表示波源正在向B点移动B观察者在图中A点接收波的频率是定值,但大于f0C观察者在图中B点接收波的频率是定值,但大于f0D观察者在图中C点或D点接收波的频率是定值,但大于f0【例】假设水面上传播的横波波速为v，波的周期为T.如果有一个小船逆着水面波的传播方向前进，速度为2v，那么相邻两个波峰到达船头的时刻差是（）A T/2B T/3C TD T/6【针对训练】关于多普勒效应，下列说法中正确的是（）A多普勒效应是由波的干涉引起的B多普勒效应说明波源的频率发生了改变C多普勒效应是由于波源和观察者之间有相对运动而产生的D只有声波才能产生多普勒效应【针对训练】下列事例中属多普勒效应运用的是（）A利用“声波”来探测海水深度B由火车汽笛声来判断火车是进站还是出站C战士从炮弹飞行的尖叫声来判断炮弹是接近还是远离D利用“共鸣箱”来使声音增强【针对训练】关于多普勒效应的叙述，下列说法正确的是（）A产生多普勒效应的原因是波源频率发生了变化B产生多普勒效应的原因是观察者和波源之间发生了相对运动C甲乙两列车相向行驶，两车均鸣笛，且所发出的笛声频率相同，乙车中的某旅客听到的甲车笛声频率低于他所听到的乙车笛声频率D哈勃太空望远镜发现所接受到的来自于遥远星系上的某种原子光谱，与地球上同种原子的光谱相比较，光谱中各条谱线的波长均变长（称为哈勃红移），这说明该星系正在远离我们而去【针对训练】声波能绕过某一建筑物传播而光波却不能绕过该建筑物，这是因为（）A 声波是纵波，光波是横波B 声波振幅大，光波振幅小C声波波长较长，光波波长很短 D 声波波速较小，光波波速很大。