物理：第5、6节《波的干射、衍射》《多普勒效应》课件（教科版选修3-4）

欢迎进入物理课堂 第5节波的干涉 衍射第6节多普勒效应 学习目标 1 知道波的叠加原理 2 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 掌握波产生明显衍射的条件 4 了解多普勒效应 能运用多普勒效应解释一些相关的物理现象 重点难点 1 波的干涉中加强点和减弱点的判断及发生明显衍射的条件 2 多普勒效应产生的原因及应用 第5节 第6节 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 课前自主学案 课标定位 课前自主学案 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 这就是波的叠加原理 如图2 5 1所示 图2 5 1 二 波的干涉现象1 定义 振动 步调一致的两列波叠加 使介质中某些区域的质点振动始终 另一些区域的质点振动始终 并且这两种区域 这种稳定的叠加现象叫做波的干涉 叫做干涉图样 2 产生干涉的必要条件是 两列波的 一定相同 而且两波源振动步调一致 频率相同 加强 减弱 相互间隔 位置保持不变 形成的图样 频率 思考感悟刘心武的小说漫谈金陵十二钗 贾元春之死 中有这样一段 抱琴并不在意 她发现了院中一样东西 很高兴 走过去细看 报告说 娘娘 巧啦 这儿有现成的乞巧盆哩 那院子里 有一雕花石台 石台上 放置着一具双耳铜盆 里面储满雨水 抱琴试着用手摩擦那双耳 盆里的水 顿时仿佛鼎沸起来 抱琴高兴得爽笑起来 双耳铜盆里的水是怎么回事 提示 用手摩擦铜盆两耳产生振动 两个频率相等的波源 在盆中水面上激起两列水面波 产生了干涉 盆里的水 顿时仿佛鼎沸起来 三 波的衍射现象1 定义 波能够绕到 的后面传播的现象 叫做波的衍射 2 发生明显的衍射现象的条件当缝 孔的宽度或障碍物的尺寸大小与波长 或比波长 时 就能观察到明显的衍射现象 四 多普勒效应及其应用1 多普勒效应指由于观测者与波源之间有 观测者得到的频率与波源频率不同的现象 它是 年奥地利物理学家 首先发现的 障碍物 相差不多 小 相对运动 1842 多普勒 2 由多普勒效应的模拟实验知 1 波源与观测者相对静止时 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 观测者接收到的频率 波源振动的频率 2 波源与观测者相互靠近时 观测者单位时间内接收到的完整波数目增多 观测者接收到的频率 波源的频率 3 波源与观测者相互远离时 观测者单位时间内接收到完整波数目减少 表明测得的频率 波源振动的频率 相同 等于 大于 小于 3 多普勒效应的应用 1 医院里用 通过测定血流的速度 可以检查大脑 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 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 超声波 频率 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 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 图2 5 2 2 特征 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 即时应用 即时突破 小试牛刀 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 振动加强点的位移总是比振动减弱点的位移大 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 波谷与波谷相遇的点 所以B错 振动加强的点仅是振幅加大 但仍在其平衡位置附近振动 也一定有位移为零的时刻 所以C正确 D错 二 对波的衍射现象的理解1 波发生明显衍射现象的理解障碍物或孔的尺寸比波长小 或跟波长差不多 1 障碍物或孔的尺寸大小 并不是决定衍射是否发生的条件 仅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明显的衍射现象 2 波传到小孔 或障碍物 时 小孔 或障碍物 仿佛是一个新的波源 由它发出与原来同频率的波在孔 或障碍物 后传播 于是 就出现了偏离直线传播的衍射现象 3 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 衍射现象不容易观察到 2 用惠更斯原理解释衍射现象 1 波源在介质中振动 由于介质中各质点间弹力的作用 将波源的振动由介质向周围由近及远地传播而形成波 而且当波形成后就可以脱离波源而单独存在 因为波源一旦带动质点振动 这个被带动的质点就可视为一个新的波源而带动其他质点振动 由此可见 凡是被带动的质点均可视为一个新的波源 2 一个振源在平面介质中振动而形成的波 波面为一个圆 波面上的质点视为一个新的子波源 新波源的波面也是个圆 同一波面上的新子波源的波面的包络面就是原波源的波面 3 当遇到缝或孔 且缝或孔的尺寸较大 孔中质点振动可视为很多子波源 这些子波源的波面的包络面仍保持原波面的形状 只是边缘发生了变化 这时的衍射现象不明显 4 当缝或孔的尺寸跟波长差不多或更小时 则形成的波面是以小孔为 中心 的圆 这便观察到了明显的衍射现象 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 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大 解析 选ABD 衍射是一切波特有的现象 所以选项A对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更小时 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 7cm到17m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大 声波容易发生衍射现象 所以选项D也是正确的 三 多普勒效应的理解发生多普勒效应时几种情况的比较 以声波为例 总之 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 音调变高 反之观察者接收到的频率f观察者变小 音调变低 特别提醒 1 多普勒效应是接收频率和波源的频率不同的现象 并不是接收到波强度的变化 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 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 下列关于多普勒效应的说法中 正确的是 A 只要波源在运动 就一定能观察到多普勒效应B 当声源静止 观察者运动时 可以观察到多普勒效应C 只要声源在运动 观察者总是感到声音的频率变高D 当声源相对于观察者运动时 观察者听到的声音的音调可能变高 也可能变低解析 选BD 当波源和观察者相互接近时 观察者接收到的频率增大 当二者远离时 观察者接收到的频率减小 课堂互动讲练 图2 5 3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2 5 3 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 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 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 AD 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 自主解答 根据发生明显衍射现象的条件进行处理 新型列车动车组速度可达300km h 与该车汽笛声的音调相比 1 站在车前方路旁的人听起来音调 选填 偏高 或 偏低 站在车后方路旁的人听起来音调 选填 偏高 或 偏低 2 迎面来的另一列车上的乘客听起来音调怎样 此时列车汽笛发出的音调变化了吗 3 坐在新型列车动车组上的乘客听起来音调怎样 精讲精析 1 站在列车前方的人与列车的距离在靠近 因此听起来音调偏高 站在列车后方的人与列车的距离在远离 因此音调偏低 2 迎面来的列车上的乘客听起来音调偏高 此时列车汽笛发出的音调不变 3 坐在该列车上的乘客与列车的相对位置不变 故听起来音调不变 答案 见精讲精析 方法总结 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 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全