高中物理 波的干涉和衍射 多普勒效應及其應用課件 魯科版選修3-4.ppt

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,,高中物理·選修3-4·魯教版,,,第3講 波的干涉和衍射 多普勒效應及其應用,[目標定位] 1.理解波的疊加原理，知道波的干涉是波疊加的結果.2.知道波的干涉圖樣的特點，理解形成穩(wěn)定干涉圖樣的條件，掌握振動加強點、減弱點的振動情況.3.知道什么是波的衍射現(xiàn)象和發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件.4.會用波的衍射、干涉現(xiàn)象解釋相關問題.5.了解多普勒效應，能用多普勒效應解釋一些物理現(xiàn)象．,一、波的干涉現(xiàn)象 1．波的疊加原理：波在相遇時仍然能夠保持 的運動狀態(tài)繼續(xù)傳播，在相遇的區(qū)域里，介質內(nèi)部的質點同時參加相遇的波列的振動，質點的位移等于相遇波列單獨存在時到達該處引起的位移的 ，相遇的波一旦脫離接觸又會按照原來的運動形狀傳播．,各自,疊加,2．波的干涉： (1)定義：振動頻率和振動方向 的兩列波疊加后，振動加強和振動減弱的區(qū)域 、穩(wěn)定分布的現(xiàn)象，叫做波的干涉，形成的圖樣叫做 ． (2)產(chǎn)生干涉的條件：只有 和 相同的波才可能互相干涉． (3)干涉現(xiàn)象是波的重要特征之一．,相同,互相間隔,干涉圖樣,頻率,振動方向,想一想 在波的干涉中，振動加強的點和振動減弱的點的振動情況是怎樣的？是不是振動減弱的點始終位于平衡位置不動？ 答案 在波的干涉中，振動加強的點是指兩列波在該點的振動方向始終相同，因而使該點以兩列波的振幅之和作為新的振幅做簡諧運動；而振動減弱的點是指兩列波在該點的振動方向始終相反，因而使該點以兩列波的振幅之差作為新的振幅做簡諧運動．只有當兩列波的振幅相等時，所形成的干涉中的振動減弱的點的振幅才為零，此時該點表現(xiàn)為始終處于平衡位置不動．,二、波的衍射現(xiàn)象 1．定義：波繞過 或通過孔隙繼續(xù)傳播的現(xiàn)象． 2．發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：障礙物或狹縫的尺寸跟波長相差 時． 3． 都能發(fā)生衍射現(xiàn)象，衍射是波 的現(xiàn)象．,障礙物,不多,一切波,特有,三、多普勒效應及其應用 1．多普勒效應：由于波源和觀察者之間有 而使觀察者接收到的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象． 2．成因 (1)當聲源和觀察者相對介質都不動時，觀察者接收到的聲音頻率 聲源的頻率．,相對運動,等于,(2)當觀察者靠近聲源時，觀察者在1 s內(nèi)接收到完全波的個數(shù)就會 ，也就是接收到的聲音頻率 ，聽到的音調(diào)變 ． (3)當觀察者遠離聲源時，在單位時間里接收到完全波的個數(shù)就會 ，也就是接收到的聲音頻率 ，聽到的聲音音調(diào)變 ．,增多,增大,高,減少,減小,低,4．應用： (1)多普勒 儀；(2)彩色超聲多普勒 儀；(3)跟蹤目的物． 想一想 當汽車遠離觀察者時，聽到的汽車的聲音越來越小，這種現(xiàn)象就是多普勒效應嗎？ 答案 不是．多普勒效應指的是接收到的頻率的變化情況，即音調(diào)的變化情況；而聲音大小指的是響度.,測速,心動圖,一、對干涉現(xiàn)象的理解 1．波的疊加是無條件的，任何頻率的兩列波在空間相遇都會疊加． 2．穩(wěn)定干涉圖樣的產(chǎn)生是有條件的，必須是兩列波的頻率相同、相差恒定．,3．干涉圖樣及其特點 (1)干涉圖樣：如圖2－3－1所示 圖2－3－1,(2)特點 ①加強區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變． ②加強區(qū)始終加強，減弱區(qū)始終減弱(加強區(qū)與減弱區(qū)不隨時間變化)． ③加強區(qū)與減弱區(qū)互相間隔．,4．振動加強點和減弱點 (1)加強點：振動的振幅等于兩列波振幅之和，A＝A1＋A2. (2)減弱點：振動的振幅等于兩列波振幅之差，A＝|A1－A2|. (3)加強點和減弱點的判斷： 若某點總是波峰與波峰或波谷與波谷相遇，該點為加強點，若總是波峰與波谷相遇，則為減弱點．,【例1】 (2014·大綱全國)兩列振動方向相同、振幅分別為A1和A2的相干簡諧橫波相遇．下列說法正確的是 ( ) A．波峰與波谷相遇處質點的振幅為|A1－A2| B．波峰與波峰相遇處質點離開平衡位置的位移始終為A1＋A2 C．波峰與波谷相遇處質點的位移總是小于波峰與波峰相遇處質點的位移 D．波峰與波峰相遇處質點的振幅一定大于波峰與波谷相遇處質點的振幅,解析 波峰與波谷相遇時，振幅相消，故實際振幅為|A1－A2|，故選項A正確；波峰與波峰相遇處，質點的振幅最大，合振幅為A1＋A2，但此處質點仍處于振動狀態(tài)中，其位移隨時間按正弦規(guī)律變化，故選項B錯誤；振動減弱點和加強點的位移隨時間按正弦規(guī)律變化，選項C錯誤；波峰與波峰相遇時振動加強，波峰與波谷相遇時振動減弱，加強點的振幅大于減弱點的振幅，故選項D正確． 答案 AD,針對訓練 兩列頻率、振動方向、初相位均 相同的波S1、S2，在同一介質中傳播時，某 時刻t形成如圖2－3－2所示的干涉圖樣(實線 表示波峰，虛線表示波谷)，在圖中標有A、 B、C三個點，則振動加強的點是________， 振動減弱的點是________．,圖2－3－2,解析 法一 由題圖中可以知道，A點距波源S1，S2的距離均為1.5λ，即x1＝1.5λ，x2＝1.5λ，故A到S1，S2的距離差Δx＝x1－x2＝0；B點距S1距離為x1＝λ，距S2距離為x2＝2λ，故B到S1，S2的距離差Δx＝λ；C點距S1的距離為x1＝2λ，距S2的距離為x2＝1.5λ，故C到兩波源S1，S2的距離差為Δx＝x1－x2＝0.5λ.因為兩波源的振動情況完全相同，所以A、B點均為振動加強點，C點為振動減弱點．,法二 由圖可知A點為波峰與波峰相遇，是振動加強點；B點是波谷與波谷相遇，是振動加強點；C點是波峰與波谷相遇，是振動減弱點． 答案 A、B C,二、對衍射現(xiàn)象的理解 1．衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都可以發(fā)生衍射． 2．波的衍射總是存在的，只有“明顯”與“不明顯”的差異，“障礙物或孔的尺寸比波長小或跟波長差不多”是發(fā)生明顯衍射的條件．,3．波傳到小孔(或障礙物)時，小孔(或障礙物)仿佛一個新波源，由它發(fā)出與原來同頻率的波在孔(或障礙物)后傳播，就偏離了直線方向．因此，波的直線傳播只是在衍射不明顯時的近似情況．,【例2】 如圖2－3－3所示是觀察水 面波衍射的實驗裝置，AC和BD是 兩塊擋板，AB是一個孔，O是波 源，圖中已畫出波源所在區(qū)域波的 傳播情況，每兩條相鄰波紋(圖中曲 線)之間距離表示一個波長，則對于波經(jīng)過孔之后的傳播情況，下列描述正確的是 ( ),圖2－3－3,A．此時能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象 B．擋板前后波紋間距離相等 C．如果將孔AB擴大，有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象 D．如果孔的大小不變，使波源頻率增大，能更明顯地觀察到衍射現(xiàn)象,,三、對多普勒效應的理解 1．多普勒效應是波共有的特征，不僅機械波，光波和電磁波也都會發(fā)生多普勒效應． 2．發(fā)生多普勒效應時，波源發(fā)出的頻率不變，變化的是觀察者接收到的頻率．,3．(1)當波源與觀察者相互接近時，f觀察者變大，音調(diào)變高．如圖2－3－4甲中波源S不動，觀察者A向B運動和圖乙中觀察者A不動，波源由S1向S2運動； (2)當波源與觀察者相互遠離時，f觀察者變小，音調(diào)變低，如圖甲中波源S不動，觀察者A向C運動． 圖2－3－4,【例3】 下面說法中正確的是 ( ) A．發(fā)生多普勒效應時，波源的頻率變化了 B．發(fā)生多普勒效應時，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化 C．多普勒效應是在波源與觀察者之間有相對運動時產(chǎn)生的 D．多普勒效應是由奧地利物理學家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的,解析 當波源與觀察者之間有相對運動時會發(fā)生多普勒效應，故選項C正確；發(fā)生多普勒效應時，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化，而波源的頻率并沒有改變，故選項A錯誤，選項B正確；此現(xiàn)象是奧地利物理學家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的，故選項D正確． 答案 BCD,借題發(fā)揮 判斷觀察者接收的頻率是怎么樣變化的，就是看波源與觀察者間的相對運動情況.,