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2019-学年高中创新设计物理教科版选修3-4课件:第2章 第5、6讲 波的干涉、衍射 多普勒效应教育精品.ppt_图文

第5讲 波的干涉、衍射 第6讲 多普勒效应

预习导学

课堂讲义

[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.

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课堂讲义

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 总位移 等于各列波单独存在时在该处 起的振动,质点的 ________ 矢量和 . 引起的振动位移的________

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课堂讲义

二、波的干涉现象 频率相同 的两列波叠加,使介质中某些区域的质 1. 定义:__________ 加强 ,另一些区域的质点振动始终 ______ 减弱 , 点振动始终 ______ 保持不变 .这种稳定的 并且这两种区域互相间隔、位置 __________

叠加现象(图样)叫做波的干涉.
频率 必须相同. 2.产生干涉的一个必要条件是两列波的______ 叠加 . ________ 一切波 只要 3.波的干涉现象是在特殊条件下波的 ______ 满足一定条件,都能发生干涉现象.

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想一想 置不动? 答案

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 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.

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三、波的衍射现象
障碍物 的后面传播的现象. 1.定义:波能够绕到________ 2.波发生明显衍射现象的条件:当缝的宽度或障碍物的尺寸 波长 相差不多或比 ______ 波长 小时,就能看到明显的 大小与 ______ 衍射现象. 一切波 都可发生衍射现象. 3.________ 想一想 答案 在日常生活中我们常遇到“闻其声而不见其人” 声波的波长比较长,容易衍射,而光波波长短,不 的现象,你能用学过的知识解释一下吗? 容易衍射,所以会有“闻其声而不见其人”的现象.

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四、多普勒效应
1.定义:当观测者与波源之间有相对运动时,观测者测得的 不同 . 频率与波源频率______

2.成因
(1)波源S与观测者A相对于介质都静止时,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 相同 ,所以,观测者接收到的频率和波源的振动频率 ______

相同 . ______

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(2)当观测者与波源两者相互接近时,它在单位时间内接收 增多 ,接收到的频率将 ______ 大于 波源振 到的完整波的数目 ______ 动的频率. (3)当观测者与波源两者远离时,它在单位时间内接收到的 减少 ,接收到的频率将 ______ 小于 波源振动的频 完整波数目 ______ 率.

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3.应用 (1)测心脏血流速度;(2)测人造卫星位置的变化;(3)测定流 体流速;(4)检查车速;(5)判断遥远的天体相对于地球的运

动速度.
想一想 答案 当汽车远离观察者时,听到的汽车的声音越来越 不是.多普勒效应指的是接收到的频率的变化情 小,这种现象就是多普勒效应吗? 况,即音调的变化情况,而声音大小指的是响度.

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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、步调一致(相差恒定).

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3.干涉图样及其特点 (1)干涉图样:如图1所示

图1

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(2)特点 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.

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4.振动加强点和减弱点
(1) 振动加强点:振动的振幅等于两列波振幅之和, A = A1 + A2.

(2) 振动减弱点:振动的振幅等于两列波振幅之差, A = |A1 -
A2|. (3)振动加强点和振动减弱点的判断. 若某点总是波峰与波峰或波谷与波谷相遇,该点为振动加强 点;若总是波峰与波谷相遇,则为振动减弱点.

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【例 1】

( 多选 ) 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
+A2 C .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

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解析

两列振动方向相同的相干波相遇叠加,在相遇区域

内各质点仍做简谐运动,其振动位移在 0 到最大值之间, B、C项错误;在波峰与波谷相遇处质点振幅为两波振幅之 差,在波峰与波峰相遇处质点振幅为两波振幅之和,故

A、D项正确.
答案 AD 不管是振动加强点,还是振动减弱点,还是一 借题发挥

般位置的质点在振动时,其位移都在随时间做周期性变
化,位移均可为0.

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针对训练

两列频率、振动方向、初始相位均相同的波 S1 、

S2 ,在同一介质中传播时,某时刻 t 形成如图 2 所示的干涉 图样,图样中两波源 S1、S2同时为波谷(实线表示波峰,虚 线表示波谷),在图中标有A、B、C三个点,则振动加强点 是___,振动减弱点是____.

图2
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解析

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、B C

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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”只是

发生明显衍射的条件.
3.波传到小孔(障碍物)时,小孔(障碍物)仿佛一个新波源,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.

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【例 2】 (多选)如图 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,则关于波经过孔之后的 传播情况,下列描述正确的是( 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
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)

A.此时能明显观察到波的衍射现象

解析

从图中可以看出,孔的大小与波长相差不多,故能

够发生明显的衍射现象, A 选项正确; 由于在同一均匀介质 v 中,波的传播速度不变,波的频率不变,又根据 λ= f 可得 波长 λ 不变,所以 B 选项正确;当孔扩大后,发生明显衍 射的条件将被破坏,故 C 选项正确;如果孔的大小不变, 使波源频率增大,则波长减小,孔的尺寸将比波长大,失 去发生明显的衍射现象的条件,因此 D 选项不正确.

答案

ABC

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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.

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3.当波源与观察者相互接近时,f观察者变大,音调变高.如图 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; 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4
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【例3】

(多选)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
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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.

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