2017沪科版高中物理 《波的干涉与衍射 多普勒效应》word学案

2.4-2.5 波的干涉与衍射多普勒效应
[学习目标定位] 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．
1．振幅：振动物体离开平衡位置的最大距离．2．波峰和波谷：在横波中，凸起部分的最高处叫做波峰，凹下部分的最低处叫做波谷．
3．波的叠加原理
在几列波传播的重叠区域里，质点要同时参与由几列波引起的振动，质点的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．
4．波的干涉现象
(1)定义：振动频率相同、步调一致的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强的区域和振动减弱的区域相互隔开，始终稳定，这种现象叫做波的干涉．
(2)条件：两列波的频率相同、步调一致．
5．波的衍射现象
(1)定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象，叫做波的衍射．
(2)波发生明显衍射现象的条件：当缝的宽度或障碍物的大小与波长相差不多或比波长小时，就能发生明显的衍射现象．
6．由于波源跟观察者之间有相对运动，使观察者感受到波的频率发生了变化的现象，叫做多普勒效应.
一、波的叠加
[问题设计]
你知道“风声、雨声、读书声、声声入耳”体现了波的什么性质？
答案声波在相互交错、叠加之后互不影响，仍能保持原来的性质向前传播，这种现象体现了波的传播具有独立性．
[要点提炼]
1．波的独立性：大量事实证明，几列波相遇时能保持各自的特性(频率、波长、振动方向等)继续传播，互不影响．这就是波的独立性．
2．波的叠加原理：几列波相遇时在相遇区域内，任一质点的位移是各列波单独存在时在该点引起的位移的矢量
和．这就是波的叠加原理．
例1如图1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1
解析该题考查波的叠加原理．半个波形(或前半个波形)相遇时，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，使得所有质点的振动
的位移加倍，C正确．
答案BC
二、波的干涉
[问题设计] 1．如图2所示，操场上两根电线杆上各有一只扬声器，接在同一扩音机上，一位同学沿着MN方向走来，他听到
的声音会有什么变化？为什么？
图2
答案声音忽强忽弱，因为声波发生了干涉现象．2．如图3所示，水波干涉实验装置上，作为波源的两个小球为什么固定在同一振动发生器上？
图3
答案为了获得两个振动频率和振动步调相同的波源．
3．如图4所示为水波干涉图样，你发现有什么显著特点？
图4
答案存在着一条条从两波源中间伸展出来的相对平静的区域和激烈振动的区域，而且两区域间隔出现．
[要点提炼]
1．干涉条件：只要是振动频率相同、步调一致(相差恒定)的两列波叠加就会产生干涉现象．
2．干涉图样的特征
(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．例2图5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( )
图5
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解析题图中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，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正确．e位于加强点的连线上，仍为加强点，f位于减弱点的连线上，仍为减弱点，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不停地做周期性
振动，经半个周期步调相反，D正确．
答案AD
三、波的衍射
[问题设计]
大家都熟悉“闻其声不见其人”的物理现象，你能说出是什么原因吗？答案声波在传播过程中遇到障碍物时，可以绕过障碍物，不沿直线传播；而光沿直线传播，不能绕过障碍物．这
样就发生了“闻其声不见其人”的现象．
[要点提炼]
1．产生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多或比波长小．
2．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，不会出现“不发生衍射现象”的说法．
(3)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3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的波的传播情况，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6
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，使波源频率增大，能更明显地观察到衍射现象
解析 本题主要考查发生明显衍射现象的条件．观察题图可知孔的尺寸与波长差不多，能明显观察到波的衍射现象，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应相等，故选项B 对；若知，
v f
＝λ增大，由f 对；若C 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AB 将孔λ变小，衍射现象变得不明显了，故选项D 错．
答案 ABC 四、多普勒效应
[问题设计]
有经验的铁路工人可以从火车汽笛声判断火车的运行方向和运行快慢，请你说一说怎样判断？
答案 火车靠近时，音调变高；火车远离时，音调变低；由音调变化的高低和快慢可判断火车运行的方向和快慢．
[要点提炼] 1．多普勒效应
如果波源或观察者相对于介质运动时，使观察者所接收到的频率与波源的振动频率不同．这一效应称为多普勒效
应． 2．规律
(1)波源和观察者无相对运动时，观察者接收到的频率等于波源的频率； (2)当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率大于波源的频率； (3)当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频率小于波源的频率．
例4 如图7所示为产生机械波的波源O 做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰．
图7
(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)波源正在向哪处移动( )
A ．A
B ．B
C ．C
D ．D
(3)观察到波的频率最低的位置是( )
A ．A
B ．B
C ．C
D ．D
解析 题图表示的是多普勒效应，波源的左边波长较小，说明波源正向左运动，因此A 处的观察者接收到的频率
偏高，B 处的观察者接收到的频率最低．
答案 (1)D (2)A (3)B
⎩⎪⎨⎪⎧
定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象
产生明显衍射的条件：障碍物孔、缝
的
尺寸比波长小或者相差不多
波特有的现象：一切波都能发生衍射
．波的衍射2 ⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪
⎧
定义
规律⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧
波源与观察者无相对运动时，观察者 接收到的频率等于波源频率
波源与观察者相互接近，观察者接收到的
频率增大
波源与观察者相互远离，观察者接收到的 频率减小应用
．多普勒效应3
1．下列关于波的衍射的说法正确的是( )
A．衍射是一切波特有的现象
B．对同一列波，缝、孔或障碍物越小，衍射现象越明显
C．只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象
D．声波容易发生衍射现象是由于声波波长较长
答案ABD 解析衍射是一切波特有的现象，所以选项A正确，选项C错；发生明显的衍射现象是有条件的，只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长小时，才能观察到明显的衍射现象，所以选项B是正确的；声波的波长在1.7 cm到17 m 之间，一般常见的障碍物或孔的大小可与之相比，正是由于声波波长较长，因此声波容易发
生衍射现象，所以选项D也是正确的．故正确答案为A、B、D.
2．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，介质中振动加强的质点在某时刻的位移可能是零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
答案C 解析两列波相遇时一定叠加，没有条件，A错；振动加强是指振幅增大，而不只是波峰与波峰相遇，B错；加强点的振幅增大，质点仍然在自己的平衡位置两侧振动，故某时刻的位移可以是振幅范围内的任何值，C正确，D错
误．
3．利用发波水槽得到的水面波形如图8中a、b所示，则( )
图8
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
答案D 解析由波的干涉和衍射概念知，图a是一列波的传播，显示了波的衍射现象，图b是两列波的传播，显示了波
的干涉现象．。