高中物理 波的干涉和衍射 多普勒效应及其应用课件 鲁科版选修3-4.ppt

高中物理 选修3 4 鲁教版 第3讲波的干涉和衍射多普勒效应及其应用 目标定位 1 理解波的叠加原理 知道波的干涉是波叠加的结果 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和发生明显衍射现象的条件 4 会用波的衍射 干涉现象解释相关问题 5 了解多普勒效应 能用多普勒效应解释一些物理现象 一 波的干涉现象1 波的叠加原理 波在相遇时仍然能够保持的运动状态继续传播 在相遇的区域里 介质内部的质点同时参加相遇的波列的振动 质点的位移等于相遇波列单独存在时到达该处引起的位移的 相遇的波一旦脱离接触又会按照原来的运动形状传播 各自 叠加 2 波的干涉 1 定义 振动频率和振动方向的两列波叠加后 振动加强和振动减弱的区域 稳定分布的现象 叫做波的干涉 形成的图样叫做 2 产生干涉的条件 只有和相同的波才可能互相干涉 3 干涉现象是波的重要特征之一 相同 互相间隔 干涉图样 频率 振动方向 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 二 波的衍射现象1 定义 波绕过或通过孔隙继续传播的现象 2 发生明显衍射现象的条件 障碍物或狭缝的尺寸跟波长相差时 3 都能发生衍射现象 衍射是波的现象 障碍物 不多 一切波 特有 三 多普勒效应及其应用1 多普勒效应 由于波源和观察者之间有而使观察者接收到的频率发生变化的现象 2 成因 1 当声源和观察者相对介质都不动时 观察者接收到的声音频率声源的频率 相对运动 等于 2 当观察者靠近声源时 观察者在1s内接收到完全波的个数就会 也就是接收到的声音频率 听到的音调变 3 当观察者远离声源时 在单位时间里接收到完全波的个数就会 也就是接收到的声音频率 听到的声音音调变 增多 增大 高 减少 减小 低 4 应用 1 多普勒仪 2 彩色超声多普勒仪 3 跟踪目的物 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 测速 心动图 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 相差恒定 3 干涉图样及其特点 1 干涉图样 如图2 3 1所示图2 3 1 2 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 振动加强点和减弱点 1 加强点 振动的振幅等于两列波振幅之和 A A1 A2 2 减弱点 振动的振幅等于两列波振幅之差 A A1 A2 3 加强点和减弱点的判断 若某点总是波峰与波峰或波谷与波谷相遇 该点为加强点 若总是波峰与波谷相遇 则为减弱点 例1 2014 大纲全国 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 解析波峰与波谷相遇时 振幅相消 故实际振幅为 A1 A2 故选项A正确 波峰与波峰相遇处 质点的振幅最大 合振幅为A1 A2 但此处质点仍处于振动状态中 其位移随时间按正弦规律变化 故选项B错误 振动减弱点和加强点的位移随时间按正弦规律变化 选项C错误 波峰与波峰相遇时振动加强 波峰与波谷相遇时振动减弱 加强点的振幅大于减弱点的振幅 故选项D正确 答案AD 针对训练两列频率 振动方向 初相位均相同的波S1 S2 在同一介质中传播时 某时刻t形成如图2 3 2所示的干涉图样 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2 3 2 解析法一由题图中可以知道 A点距波源S1 S2的距离均为1 5 即x1 1 5 x2 1 5 故A到S1 S2的距离差 x x1 x2 0 B点距S1距离为x1 距S2距离为x2 2 故B到S1 S2的距离差 x C点距S1的距离为x1 2 距S2的距离为x2 1 5 故C到两波源S1 S2的距离差为 x x1 x2 0 5 因为两波源的振动情况完全相同 所以A B点均为振动加强点 C点为振动减弱点 法二由图可知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 BC 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 是发生明显衍射的条件 3 波传到小孔 或障碍物 时 小孔 或障碍物 仿佛一个新波源 由它发出与原来同频率的波在孔 或障碍物 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 如图2 3 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 则对于波经过孔之后的传播情况 下列描述正确的是 图2 3 3 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 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 1 当波源与观察者相互接近时 f观察者变大 音调变高 如图2 3 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 2 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2 3 4 例3 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