2018-2019學年高中物理 第2章 機械波 第3講 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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第2章——,機械波,,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(jié)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(guān)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.,,欄目索引CONTENTSPAGE,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(zhì)內(nèi)部的質(zhì)點同時參加相遇的波列的振動,質(zhì)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(zhì)都不動(即二者沒有相對運動)時,觀察者接收到的聲音頻率聲源的頻率.(2)當觀察者靠近聲源時,觀察者在1s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.,高,相對運動,等于,增多,增大,(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.,低,減少,減小,3.多普勒效應是波共有的特征.4.應用:(1)多普勒儀;(2)彩色超聲多普勒儀;(3)跟蹤目的物.,測速,心動圖,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.,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、振動方向相同.3.干涉圖樣及其特點(1)干涉圖樣:如圖1所示,圖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(zhì)點的振幅為|A1-A2|B.波峰與波峰相遇處質(zhì)點離開平衡位置的位移始終為A1+A2C.波峰與波谷相遇處質(zhì)點的位移總是小于波峰與波峰相遇處質(zhì)點的位移D.波峰與波峰相遇處質(zhì)點的振幅一定大于波峰與波谷相遇處質(zhì)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|,選項A正確;波峰與波峰相遇處,質(zhì)點的振幅最大,合振幅為A1+A2,但此處質(zhì)點仍處于振動狀態(tài)中,其位移隨時間按正弦(或余弦)規(guī)律變化,選項B錯誤;,振動減弱點和加強點的位移隨時間按正弦(或余弦)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,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(zhì)中傳播時,某時刻t形成如圖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,解析由圖可知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、BC,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,解析從題圖中可以看出,孔的大小與波長相差不多,故能夠發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象,A選項正確;由于在同一均勻介質(zhì)中,波的傳播速度沒有變化,波的頻率是一定的,又根據(jù)λ=可得波長λ沒有變化,所以B選項是正確的;,當孔擴大后,發(fā)生明顯衍射的條件將被破壞,故C選項正確;如果孔的大小不變,使波源頻率增大,則波長減小,孔的尺寸將比波長大,失去發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象的條件,因此D選項不正確.答案ABC,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.,1.在水波槽的衍射實驗中,若打擊水面的振子的振動頻率是5Hz,水波在水槽中的傳播速度為0.05m/s,為觀察到明顯的衍射現(xiàn)象,小孔直徑d應為()A.10cmB.5cmC.d≥1cmD.d<1cm,波的衍射,,答案D,波的疊加,2.如圖5所示,沿一條直線相向傳播的兩列波的振幅和波長均相等,當它們相遇時可能出現(xiàn)的波形是下圖中的(),圖5,解析當兩列波的前半個波(或后半個波)相遇時,根據(jù)波的疊加原理,在前半個波(或后半個波)重疊的區(qū)域內(nèi)所有的質(zhì)點振動的合位移為零,而兩列波的后半個波(或前半個波)的波形保持不變,所以選項B正確;當兩列波完全相遇時(即重疊在一起),由波的疊加原理可知,所有質(zhì)點振動的位移均等于每列波單獨傳播時引起的位移的矢量和,使得所有的質(zhì)點振動的位移加倍,所以選項C也是正確的.答案BC,波的干涉,3.圖6表示兩個相干波源S1、S2產(chǎn)生的波在同一種均勻介質(zhì)中相遇.圖中實線表示某時刻的波峰,虛線表示該時刻的波谷,下列說法正確的是(),圖6,A.a(chǎn)、c兩點的振動加強,b、d兩點的振動減弱B.e、f兩點的振動介于加強點和減弱點之間C.經(jīng)適當?shù)臅r間后,加強點和減弱點的位置互換D.經(jīng)半個周期后,原來位于波峰的點將位于波谷,原來位于波谷的點將位于波峰,解析波的干涉示意圖表示某一時刻兩列相干波疊加的情況,形成干涉圖樣的所有介質(zhì)質(zhì)點都在不停地振動著,其位移的大小和方向都在不停地變化著.但要注意,對穩(wěn)定的干涉,振動加強和減弱的區(qū)域的空間位置是不變的.a(chǎn)點是波谷和波谷相遇的點,c點是波峰和波峰相遇的點,都是振動加強的點;而b,d兩點都是波峰和波谷相遇的點,是振動減弱的點,A正確;,e點位于加強點的連線上,也為加強點,f點位于減弱點的連線上,也為減弱點,B錯誤;相干波源疊加產(chǎn)生的干涉是穩(wěn)定的,不會隨時間變化,C錯誤;因形成干涉圖樣的介質(zhì)質(zhì)點也在不停地做周期性振動,故經(jīng)半個周期步調(diào)相反,D正確.,答案AD,多普勒效應,4.如圖7所示產(chǎn)生機械波的波源O做勻速運動的情況,圖中的圓表示波峰.(1)該圖表示的是()A.干涉現(xiàn)象B.衍射現(xiàn)象C.反射現(xiàn)象D.多普勒效應,,圖7,(2)波源正在向哪處移動()A.AB.BC.CD.D(3)觀察到波的頻率最低的位置是()A.AB.BC.CD.D,解析題圖表示的是多普勒效應,波源的左邊波長較小,說明波源正向左運動,因此A處的觀察者接受到的頻率最高,B處的觀察者接受到的頻率最低.答案(1)D(2)A(3)B,- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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