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1、第三章 机械波3.波的干涉和衍射 4.多普勒效应及其应用教学目标CONTENT010203知道波的衍射现象和产生条件知道波的叠加原理，理解波的干涉现象和产生条件知道多普勒现象、产生条件及应用两列波相遇会发生什么现象？声波相遇水波相遇新课引入波的叠加的演示迷你实验室波传播的独立性：两列波在某区域相遇后再分开，传播情况与未相遇时相同，互不干扰。波的叠加性：在相遇重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波所引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和。y=y1+y2波的叠加原理一知能提升注意：当两列波相遇时，保持独立性，频率、周期、波速、波长均不发生任何变化。两列周期性的波相遇时，在
2、它们重叠的区域里会发生什么现象？水波的干涉现象迷你实验室两个频率和步调完全相同的波源产生的波的叠加规律M两个频率和步调完全相同的波源产生的波的叠加规律动态的情况比较复杂，我们不妨先分析一下某一时刻的波，如图所示。很明显，波峰与波峰相遇，即红线相交的点，波谷与波谷相遇，即蓝线相交的点，在图中这一时刻位移是最大的。图中处于两波源连线中垂线上的红色点M，在这一时刻，M点处波谷与波谷相遇，位移最大，那么再经过半个周期后，波峰与波峰相遇，位移仍然最大，也就是说着两个波源在M点处引起的振动始终同步，虽然M点并不一直处在最大位移，但其振动是加强的，振幅是增大的。MP图中蓝色点P，在这一时刻，P点处波峰与波谷
3、相遇，位移最小，那么再经过半个周期后，波谷与波峰相遇，位移仍然最小，也就是说着两个波源在P点处引起的振动始终相反，所以P点的位移始终最小。强 弱 强 弱 强弱 弱MPQ把相应的振动最激烈的质点连起来，为振动加强区.相应的振动最不激烈或静止的质点连起来，为振动减弱区.振动加强区和振动减弱区是相互隔开的.波的干涉：频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列波叠加时，某些区域的振动总是加强，某些区域的振动总是减弱，这种现象叫作波的干涉。形成的这种稳定图样叫作干涉图样。注意：振动加强的区域振动始终加强，振动减弱的区域振动始终减弱。振动加强（减弱）的区域是指质点的振幅大（小），而不是指振动的位移大（小），
4、因为位移是在时刻变化的。资料波的干涉现象二知能提升两列波相遇叠加不一定能得到干涉图样。而要产生干涉现象形成稳定的图样，则需要满足一定的条件.注意：不仅水波会发生干涉现象，声波、电磁波等一切波，都能发生干涉和衍射现象.干涉和衍射是波特有的现象.产生干涉的条件：两列波的频率必须相同.两台音响放大同一音频信号：干涉波在传播过程中遇到障碍物时波的行为会发生什么变化？波的衍射：波绕过障碍物或通过孔隙继续传播的现象。声波绕过墙壁水波绕过芦苇水波绕过礁石波的衍射现象三知能提升1.观察孔、缝宽度对衍射的影响规律：波长不变，狭缝宽度d与波长相差不多时，衍射现象更明显。波长不变，改变挡板缝宽2.观察波长对衍射的影
5、响规律：波长与狭缝宽度相差不多时，衍射现象更明显；挡板缝宽不变，改变波长波长减小，衍射现象变得不明显；波长与狭缝宽度相比非常小，水波将沿直线传播。发生明显衍射现象的条件：1.只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象。2.衍射的实质：振动的形式和能量传到障碍物后方的阴影区域中。声波波长：1.7cm17m一切波都能发生衍射。衍射是波特有的现象。“闻其声而不见其人”是为什么？光波波长：0.4m0.7m飞机飞近时，轰鸣声越来越尖锐；飞机飞远时，轰鸣声越来越低沉。听飞机声音的变化列车靠近时，鸣笛声越来越尖锐；列车远离时，鸣笛声越来越低沉。听列车声音的变化汽
6、车靠近时，鸣笛声越来越尖锐；汽车远离时，鸣笛声越来越低沉。听汽车声音的变化总结：靠近时音调变高，远离时音调变低.音调由频率决定，频率高音调高，频率低音调低.多普勒效应：因波源与观察者之间有相对运动，从而使观察者接收到的波的频率发生变化的现象叫做多普勒效应。这种现象是奥地利物理学家多普勒在1842年最先发现的。多普勒效应四知能提升用蜂鸣器等器材制作一个发声装置，可演示多普勒效应。为了保证安全，可将发声装置装入网球中，用结实的绳子捆绑好并在室外进行实验。甲同学站在某位置，手持系有发声装置的绳子一端，使发声装置在头顶上空快速转动。此时，乙同学站在离甲同学几米之外的位置上静止不动。甲、乙两同学听到蜂鸣
7、器发出的声音音调有什么变化?当甲同学听到音调不变化，乙同学听到音调变化实验与探究蜂鸣器1.观察者静止不动，数经过的队伍中的人数，每分钟假设有30个人经过。这种情况下的“过人频率”是30人每分。在这个模拟实验中，人不表示介质中的质点，只代表传播中的波峰或波谷，于是“过人频率”就代表波的频率。f测=f源v测=0多普勒效应的模拟实验观测者静止v测2.当观察者逆着队伍行走时，数经过的队伍中的人数，每分钟将大于30个人经过。f测 f源观测者靠近波源3.当观察者与队伍同向行走且速度比队伍的小时，数经过的队伍中的人数，每分钟将小于30个人经过。f测 f源v测观测者远离波源波源的运动情况观察者的运动情况频率的
8、关系（大于、小于或等于）波源静止观察者静止观察者接收频率波源的频率波源静止观察者朝着波源运动波源静止观察者远离波源运动波源朝着观察者运动观察者静止波源远离观察者运动观察者静止等于大于小于大于小于归纳总结归纳总结1.多普勒效应是观察者接收到的波的频率发生了变化，而波源发出的波的频率并没有改变。2.多普勒效应是波特有的现象。不仅机械波，电磁波和光波也会发生多普勒效应。交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波（通常是红外线），波被运动的汽车反射回来时，接收到的频率发生变化，由此可指示汽车的速度。多普勒效应的应用五知能提升应用1、雷达测速仪应用2、彩超（超声波）医生向人体内发射频率已知的超声波，
9、超声波被流动的血液反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化，就能知道血流的速度俗称“彩超”，可以检查心脑血管的病变。多普勒颈脑血液测速仪20世纪20年代，美国天文学家斯莱弗在研究旋涡星云发出的光谱时，首先发现了红移现象：在可见光波段，星云与地球的同种元素光谱相比，总朝着频率更低的红光端移动。对此你有何种猜想？应用3、研究天体的运动（电磁波）中国的歼20第五代隐身战机应用4、军事应用：脉冲多普勒雷达，多普勒导航仪中国的武直19武装直升机一旦有卫星经过跟踪站的上空，地面接收到的信号频率会先增大后减小应用5、跟踪人造地球卫星多普勒效应分析马航失踪飞机信号例1.(多选)下图表示两个相干波源S1、S2产
10、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()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AD典例精析解析：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，对于稳定的干涉图样，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
11、两点都是波峰和波谷相遇的点，是振动减弱的点，故选项A正确；e点位于加强点的连线上，为加强点，f点位于减弱点的连线上，为减弱点，故选项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，故选项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，故选项D正确。例2.图中S为在水面上振动的波源，M、N为在水面上的两块挡板，其中N板可以上下移动，两板中间有一狭缝，此时测得A处水没有振动。为使A处水也能发生振动，下列方法无效的是()A.移动N使狭缝的宽度增大B.使波源的频率减小C.使波源的周期增大D.移动N使狭缝的宽度减小A一、波的叠加原理二、波的干涉现象课堂小结三、波的衍射
12、现象四、多普勒效应五、多普勒效应的应用1.两列波叠加时，关于介质中的任一质点的振动，下列说法正确的是()A.它的周期一定是两分振动周期之和B.它的频率一定是两分振动频率之和C.它的振幅一定是两分振动振幅之和D.它的位移一定是两分振动位移之和解析：两列波叠加时，振动的周期和频率不一定等于两者之和。例如，频率相同的两列波叠加，某点的振动频率可能等于每列波的频率，也可能不振动。某点的振幅可能等于两列波的振幅之和，也可能等于两列波的振幅之差，但位移一定是两分振动的位移之和，故选D。D2.下列现象属于波的干涉现象的是()A.面对障碍物大喊一声，过一会听见自己的声音B.将一个音叉敲响，人围绕它走一周，将听
13、到忽强忽弱的声音C.在障碍物的后面可以听到前面的人说话的声音D.一人敲一下长钢管的一端，另一人紧贴长钢管的另一端，先后听到两次声音B3.两列波相叠加产生了稳定的干涉现象，得到了干涉图样，以下关于干涉的说法错误的是()A.两列波的频率一定相等B.振动加强区与振动减弱区总是相互间隔的C.振动加强区与振动减弱区交替变化D.振动加强区在空间的位置一直不变解析：发生稳定的干涉现象时，振动加强和振动减弱的区域是稳定的，加强的区域总是加强，减弱的区域总是减弱，故选项C说法错误。C4.(多选)下列关于两列波相遇时叠加的说法正确的是()A.相遇并穿过后，振幅小的一列波将减弱，振幅大的一列波将加强B.相遇并穿过后
14、，两列波的传播情形与相遇前完全相同C.在相遇区域，任一质点的位移等于两列波分别在该点引起的位移的矢量和D.几个人在同一房间说话，相互间听得清楚，这说明声波在相遇时互不干扰解析：相遇并穿过后，两列波各自的波形和传播方向与相遇前完全相同，即每列波能保持各自的运动特征而不互相干扰，波具有独立性，A错误，B、D均正确；在波的重叠区域里，各质点的位移等于各列波单独传播时在该点引起的位移的矢量和，C正确。BCD5.两个相干波源发出的两列波分别用不同的同心圆表示，其波峰用实线表示，波谷用虚线表示。某一时刻两列波在空间传播的情况如图所示，在两列波相遇的空间中有M、N、Q、K四点，则振动加强的点是，振动减弱的点
15、是。解析：当波峰和波峰叠加或波谷和波谷叠加时，振动加强。当波峰和波谷叠加时，振动减弱。在图中M点为波峰和波峰叠加，振动加强；N、Q点为波谷和波谷叠加，振动加强；K点是波峰和波谷叠加，振动减弱。M、N、QK6.(多选)观察水面波衍射的实验装置如图所示，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，则波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是()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AB
16、C解析：从题图中可看出孔AB的尺寸小于一个波长，所以此时能明显地观察到波的衍射现象，选项A正确；因为穿过挡板小孔后的波速不变，频率相同，所以波长也相同，选项B正确；若将孔AB扩大，将可能不满足发生明显衍射现象的条件，就有可能观察不到明显的衍射现象，选项C正确；若将波源频率增大，由于波速不变，所以波长变小，将可能不满足发生明显衍射现象的条件，就有可能观察不到明显的衍射现象，选项D错误。7.频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动，以u表示声源的速度，v表示声波的速度，且uv，f 表示接收器接收到的频率。若u增大，则()A.v增大f 增大B.v增大f 不变C.v不变f 增大D.v减小f 不变
17、解析：在发生多普勒效应时，声源发出声音在介质中的传播速度是不变的，声源的频率也是不变的，只有接收者收到声音的频率发生变化，故选项C正确。C8(多选)上课时老师将一蜂鸣器固定在教鞭一端后迅速水平旋转，蜂鸣器音调竟然忽高忽低变化，下列判断正确的是()A旋转时蜂鸣器发出的频率变化了B由于旋转，改变了同学们听到的声音频率C蜂鸣器音调变高时，一定是向靠近观察者的方向运动D音调的忽高忽低是由波的干涉造成的BC解析：由多普勒效应知蜂鸣器的频率并没有发生变化，只是同学们感受到的频率发生了变化，当二者靠近时，听到的音调变高，故A错，B、C对当发生波的干涉时，是声音的强弱发生变化，而不是频率发生变化，故D错本节内容结束