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机械波的衍射、干涉
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小故事
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数学家和物理学家的较量
1818年，法国科学院提出了征文竞赛题目：一是利用精确的实验确定光线的衍射效应;二是根据实验，用数学归纳法推求出光通过物体附近时的运动情况。，菲涅耳向科学院提交了应征论文。
他用半波带法定量地计算了圆孔、圆板等形状的障碍物产生的衍射花纹。菲涅耳把自己的理论和对于实验的说明提交给评判委员会。
在委员会的会议上泊松指出，根据菲涅耳的理论，应当能看到一种非常奇怪的现象：如果在光束的传播路径上，放置一块不透明的圆板，由于光在圆板边缘的衍射，在离圆板一定距离的地方，圆板阴影的中央应当出现一个亮斑，在当时来说，这简直是不可思议的，所以泊松宣称，他已驳倒了波动理论。菲涅耳和阿拉果接受了这个挑战，立即用实验检验了这个理论预言，非常精彩地证实了这个理论的结论，影子中心的确出现了一个亮斑。
这一成功，为光的波动说增添了不少光辉。 泊松是光的波动说的反对者，泊松根据菲涅耳的计算结果，得出在一个圆片的阴影中心应当出现一个亮点，这是令人难以相信的，过去也从没看到过，因此泊松认为这个计算结果足够证明光的波动说是荒谬的。但是恰巧，菲涅耳和阿拉果在试验中看到了这个亮斑，这样，泊松的计算反而支持了光的波动说。过了不久，菲涅耳又用复杂的的理论计算表明，当这个圆片的半径很小时，这个亮点才比较明显。经过实验验证，果真如此。菲涅耳荣获了这一届的科学奖，而后人却戏剧性地称这个亮点为泊松亮斑。 菲涅耳开创了光学的新阶段。他发展了惠更斯和托马斯·杨的波动理论，成为“物理光学的缔造者”。
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课堂探究
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【观察与思考】
观察以下图片，它们之间有什么共同特征？
【笔记】 的现象叫波的衍射．
【讨论与交流】
观察以下图片，讨论发生明显衍射的条件。
【笔记】 能发生明显衍射现象的条件是： ．衍射是波特有的现象．
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基础演练
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下列关于波的衍射的说法正确的是( )
A．衍射是一切波特有的现象
B．对同一列波，缝、孔或障碍物越小衍射现象越明显
C．只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象
D．声波容易发生衍射现象是由于声波波长较大
声波能绕过某一建筑物传播而光波却不能绕过该建筑物，这是因为（ ）
A．声波是纵波，光波是横波 B．声波振幅大，光波振幅小
C．声波波长较长，光波波长很短 D．声波波速较小，光波波速很大
如图是观察水面波衍射的实验装置，和是两块挡板，是一个孔，是波源，图中已画出波源所在区域的传播情况，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( )
A．此时能明显观察到波的衍射现象
B．如果将孔扩大，有可能观察不到明显的衍射现象
C．挡板前后波纹间距离相等
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
在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子振动频率为，水波在水槽中的传播速度为，为观察到明显的衍射现象，小孔直径应为( )
A． B． C． D．
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课堂探究
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【观察与思考】
观察以下图片，讨论两列波相遇后讲如何运动
【笔记】 波的叠加 当两列波相遇时，每列波将保持原有的特性，即 不变，继续按原来的方向传播，它们互不干扰．在两列波的重叠区域内，介质中的质点同时参与两种振动，其振动的位移等于这两列波分别引起的位移的矢量和．
的现象叫波的干涉．干涉是波特有现象．
【讨论与交流】
讨论当波干涉时，出现加强和减弱的条件
【笔记】振动加强的条件：某 时，该质点振动加强．
振动减弱的条件： 时，该质点振动减弱．
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基础演练
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下列关于波的叠加的说法中，正确的是( )
A．两列波相遇后，振幅小的波振动减弱，振幅大的波振动得以加强
B．两列波相遇后，两列波的振动情况与相遇前完全相同
C．在两列波相遇区域，任一点的总位移等于两列波分别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，这说明声波相遇时互不干扰
波源在绳的左端发出半个波①，频率，振幅；同时另一波源在绳右端发出半个波②，频率（），振幅，为两个波源的中点，如图所示，下列说法错误的是( )
A．两列波同时到达点
B．两列波相遇时点波峰值可达到
C．两列波相遇再分开后，各自保持原波形传播
D．因频率不同，这两列波相遇不能叠加
关于波的干涉现象,下列说法中正确的是( )
A.两列波在相遇的区域内,一定能发生干涉现象
B.两列波相互干涉是波叠加的结果
C.频率不同的两列波叠加时,不可能发生干涉现象
D.只有频率相同的两列波相遇时,才可能形成干涉图样
振动最弱，质点振动最强，质点振动既不是最强也不是最弱②该时刻质点振动最弱，质点振动都最强 ③质点的振动始终是最弱的，质点的振动始终是最强的 ④再过后的时刻，三个质点都将处于各自的平衡位置，因此振动最弱
A．①② B．③④ C．②③ D．①④
利用发波水槽得到的水面波形如a，b所示，则（ ）
A．图a、b均显示了波的干涉现象
B．图a、b均显示了波的衍射现象
C．图a显示了波的干涉现象，图b显示了波的衍射现象
D．图a显示了波的衍射现象，图b显示了波的干涉现象
如图所示，两列简谐波均沿轴传播，传播速度的大小相等，其中一列沿轴正方向传播(图中实线所示)，一列沿轴负方向传播(图中虚线所示)．这两列波的频率相同，振动方向均沿轴，则图中各点中振幅最大的是_____的点，振幅最小的是_____的点．
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课堂探究
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【观察与思考】
观察以下表格，发现此图所隐含的物理规律
【笔记】多普勒效应 的现象，叫做多普勒效应．
规律：当波源与观察者有相对运动时，如果二者接近，
；如果二者远离，
．
都是波的特有现象．
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基础演练
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如图表示一个机械波的波源S做匀速运动的情况,图中的圆表示机械波的波面,A、B、C、D是四个观察者的位置,由图可以看出( )
A.波源正在向A运动
B.波源正在向C运动
C.B点的观察者接收到的频率最低
D.D点的观察者接收到的频率最高
如图所示产生机械波的波源做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰．
（1）该图表示的是( )
A．干涉现象 B．衍射现象 C．反射现象 D．多普勒效应
（2）波源正在移向( )
A．点 B．点 C．点 D．点
（3）观察到波的频率最低的点是( )
A．点 B．点 C．点 D．点
一个观察者站在铁路附近，听到迎面而来的火车汽笛声的频率为，当火车驶过他身旁后，汽笛声的频率降为．求火车的速度是多少．(空气中的声速)
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知识点
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1．波的衍射
波在传播过程中遇到障碍物时，能够绕过障碍物的现象叫波的衍射．能发生明显衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波长相差不大．衍射是波特有的现象．
2．波的干涉
波的叠加 当两列波相遇时，每列波将保持原有的特性，即频率、振幅、波长、波速及振动方向不变，继续按原来的方向传播，它们互不干扰．在两列波的重叠区域内，介质中的质点同时参与两种振动，其振动的位移等于这两列波分别引起的位移的矢量和．
频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔的现象叫波的干涉．干涉是波特有现象．
振动加强的条件：某质点到两相干波源的距离差时，该质点振动加强．
振动减弱的条件：某质点到两相干波源的距离差时，该质点振动减弱．
3．多普勒效应
由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到波的频率发生变化的现象，叫做多普勒效应．
规律：当波源与观察者有相对运动时，如果二者接近，同一时间内观察者接收到的波的个数比两者相对静止时增多，所以接收的频率增大；如果二者远离，同一时间内观察者接收到的波的个数比两者相对静止时减少，所以接收的频率减小．
衍射、干涉、多普勒效应都是波的特有现象．
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课后练习
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下列关于波的衍射的说法中,正确的是( )
A．只要是波都能发生衍射,衍射是波特有的现象
B．波长与障碍物或孔的宽度差不多或略大些时,能发生明显的衍射
C．波长比障碍物或孔的宽度小得多时,能发生明显的衍射
D．波长比障碍物或孔的宽度大得多时,衍射不明显
关于两列波的稳定干涉现象，下列说法正确的是( )
A．任意两列波都能产生稳定干涉现象
B．发生稳定干涉现象的两列波，它们的频率一定相同
C．在振动减弱的区域，各质点都处于波谷
D．在振动加强的区域，有时质点的位移等于零
当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时,我们听到的汽笛声的音调变高了,这是因为( )
A．声源振动的频率变高了
B．声波传播的速度变大了
C．耳膜振动的频率变大了
D．耳膜振动的频率变小了
如图表示一个机械波的波源S做匀速运动的情况,图中的圆表示机械波的波面,A、B、C、D是四个观察者的位置,由图可以看出( )
A．波源正在向A运动
B．波源正在向C运动
C．B点的观察者接收到的频率最低
D．D点的观察者接收到的频率最高
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物理名人
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托马斯·杨
托马斯·杨（Thomas Young，1773～1829 ）英国医生、物理学家，光的波动说的奠基人之一。他不仅在物理学领域领袖群英、名享世界，而且涉猎甚广，光波学、声波学、流体动力学、造船工程、潮汐理论、毛细作用、用摆测量引力、虹的理论……力学、数学、光学、声学、语言学、动物学、埃及学……他对艺术还颇有兴趣，热爱美术，几乎会演奏当时的所有乐器，并且会制造天文器材，还研究了保险经济问题。而且托马斯·杨擅长骑马，并且会耍杂技走钢丝。
天才儿童
1773年6月13日，托马斯·杨出生于英国萨默塞特郡米尔弗顿一个富裕的贵格会教徒家庭，是10个孩子中的老大，他从小受到良好教育，天才禀赋自幼年起就大张旗鼓地显露开来，是个不折不扣的神童。
杨2岁时学会阅读，对书籍表现出强烈的兴趣；4岁能将英国诗人的佳作和拉丁文诗歌背得滚瓜烂熟；不到6岁已经把圣经从头到尾看过两遍，还学会用拉丁文造句；9岁掌握车工工艺，能自己动手制作一些物理仪器；几年后他学会微积分和制作显微镜与望远镜；14岁之前，他已经掌握10多门语言，包括希腊语、意大利语、法语等等，不仅能够熟练阅读，还能用这些语言做读书笔记；之后，他又把学习扩大到了东方语言——希伯来语、波斯语、阿拉伯语；他不仅阅读了大量的古典书籍，在中学时期，就已经读完了牛顿的《自然哲学的数学原理》、拉瓦锡的《化学纲要》以及其他一些科学著作，才智超群。杨26岁时，著名的罗塞塔石碑被发现。石碑上刻了三种文字：古埃及象形文、古埃及通俗文字和希腊文。首先阐释这些象形文字的人是法国人商博良，但杨却是把碑文的译文发表成书的第一人。
杨长大后，在职业的选择方面受到了叔父的影响(这位当医生的叔父几年后去世，为杨留下了一笔巨大的遗产，包括房屋、书籍、艺术收藏和1万英镑现款，这笔遗产使他后来在经济上完全独立，能够把他所有的才华都发挥在需要的地方)。
奇人杨
19岁时，杨来到伦敦学习医学，和当时所有的欧洲学子一样，他极力打入上流社会，经常拜访政治家伯克、画家雷诺兹以及贵族社会的一些成员。1794年，杨21岁，由于研究了眼睛的调节机理，他成为皇家学会会员。1795年，他来到德国的格丁根大学学习医学，一年后便取得了博士学位。
他对医学的学习一直继续到1797年，当时在剑桥的伊曼纽尔学院，同学们都称他为“奇人杨”，嘲弄之外还是能听出敬畏之音。1799年完成学习的时候，他已经读完了一些著名数学家关于振动弦的著作，并进行了深入钻研，提出了自己的一些理论，不过后来他发现他所提出的理论已经有人提出过。这是杨在理论研究领域初次展露才华。
值得一提的是，尽管父母送他进过不少名校，但杨还是把自学当作最主要的学习手段。
杨热爱物理学，在行医之余，他也花了许多时间研究物理。
牛顿曾在其《光学》的论著中提出光是由微粒组成的，在之后的近百年时间，人们对光学的认识几乎停滞不前，直到托马斯·杨的诞生，他成为开启光学真理的一把钥匙，为后来的研究者指明了方向。
杨爱好乐器，几乎能演奏当时的所有乐器，这种才能与他对声振动的深入研究是分不开的。光会不会也和声音一样，是一种波？杨做了著名的杨氏干涉实验，为光的波动说奠定了基础。
这个著名的实验如今已经进入中学物理课本：让通过一个小针孔S0的一束光，再通过两个小针孔S1和S2，变成两束光。这样的两束光来自同一光源，所以它们是相干的，结果表明，在光屏上果然看见了明暗相间的干涉图样；后来，又以狭缝代替针孔，进行了双缝实验，得到了更明亮的干涉条纹。
然而，这个理论在当时并没有受到应有的重视，还被权威们讥为“荒唐”和“不合逻辑”，这个自牛顿以来在物理光学上最重要的研究成果，就这样被缺乏科学讨论气氛的守旧的舆论压制了近20年。
杨并没有向权威低头，而是为此撰写了一篇论文，不过论文无处发表，只好印成小册子，据说发行后“只印出了一本”。杨在论文中勇敢地反击：“尽管我仰慕牛顿的大名，但是我并不因此而认为他是万无一失的。我遗憾地看到，他也会弄错，而他的权威有时甚至可能阻碍科学的进步。”
玩主
杨在物理光学领域的研究是具有开拓意义的，他第一个测量了7种光的波长，最先建立了三原色原理：指出一切色彩都可以从红、绿、蓝这三种原色中得到。杨对弹性力学也很有研究，后人为了纪念他的贡献，把纵向弹性模量称为杨氏模量。
1814年，41岁的时候，杨对象形文字产生了兴趣。拿破仑远征埃及时，发现了刻有两种文字的著名的罗塞达碑，这块碑后来被运到了伦敦。罗塞达碑据说是公元前2世纪埃及为国王祭祀时所竖，上部有14行象形文字，中部有32行世俗体文字，下部有54行古希腊文字。之前已经有人研究过，但并未取得突破性进展。杨解读了中下部的86行字，破译了王室成员13位中的9个人名，根据碑文中鸟和动物的朝向，发现了象形文字符号的读法。
这大约是在1816年前后的事。当时杨对光学研究失去了信心，甚至有人讥讽他为疯子，以致他十分沮丧。他便利用其丰富的语言学知识，转向考古学研究。由于杨的这一成果，诞生了一门研究古埃及文明的新学科。1829年托马斯·杨去世时，人们在他的墓碑上刻上这样的文字——“他最先破译了数千年来无人能解读的古埃及象形文字”。
晚年的杨已经成为举世闻名的学者，为大英百科全书撰写过40多位科学家传记以及无数条目，包罗万象。同时他还为一家重要的保险公司担任过统计检查官，并被任命为《航海天文历》的主持人，做了不少工作以改进实用天文学和航海援助。
除了科学，他还沉浸于艺术，过着多姿多彩的生活：音乐、美术甚至杂技一直滋养着他的生命。他精力旺盛的一生于1829年结束，终年56岁。就在他去世前还在编写一本埃及字典。
1 / 11中小学教育资源及组卷应用平台
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机械波的衍射、干涉
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小故事
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数学家和物理学家的较量
1818年，法国科学院提出了征文竞赛题目：一是利用精确的实验确定光线的衍射效应;二是根据实验，用数学归纳法推求出光通过物体附近时的运动情况。，菲涅耳向科学院提交了应征论文。
他用半波带法定量地计算了圆孔、圆板等形状的障碍物产生的衍射花纹。菲涅耳把自己的理论和对于实验的说明提交给评判委员会。
在委员会的会议上泊松指出，根据菲涅耳的理论，应当能看到一种非常奇怪的现象：如果在光束的传播路径上，放置一块不透明的圆板，由于光在圆板边缘的衍射，在离圆板一定距离的地方，圆板阴影的中央应当出现一个亮斑，在当时来说，这简直是不可思议的，所以泊松宣称，他已驳倒了波动理论。菲涅耳和阿拉果接受了这个挑战，立即用实验检验了这个理论预言，非常精彩地证实了这个理论的结论，影子中心的确出现了一个亮斑。
这一成功，为光的波动说增添了不少光辉。 泊松是光的波动说的反对者，泊松根据菲涅耳的计算结果，得出在一个圆片的阴影中心应当出现一个亮点，这是令人难以相信的，过去也从没看到过，因此泊松认为这个计算结果足够证明光的波动说是荒谬的。但是恰巧，菲涅耳和阿拉果在试验中看到了这个亮斑，这样，泊松的计算反而支持了光的波动说。过了不久，菲涅耳又用复杂的的理论计算表明，当这个圆片的半径很小时，这个亮点才比较明显。经过实验验证，果真如此。菲涅耳荣获了这一届的科学奖，而后人却戏剧性地称这个亮点为泊松亮斑。 菲涅耳开创了光学的新阶段。他发展了惠更斯和托马斯·杨的波动理论，成为“物理光学的缔造者”。
(
课堂探究
)
【观察与思考】
观察以下图片，它们之间有什么共同特征？
【笔记】波在传播过程中遇到障碍物时，能够绕过障碍物的现象叫波的衍射．
【讨论与交流】
观察以下图片，讨论发生明显衍射的条件。
【笔记】 能发生明显衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波长相差不大．衍射是波特有的现象．
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基础演练
)
下列关于波的衍射的说法正确的是( )
A．衍射是一切波特有的现象
B．对同一列波，缝、孔或障碍物越小衍射现象越明显
C．只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象
D．声波容易发生衍射现象是由于声波波长较大
衍射是一切波特有的现象，所以选项A对C错．发生明显的衍射现象是有条件的，只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象，所以选项B是正确的．声波的波长在到之间，一般常见的障碍物或孔的大小可与之相比，正是由于声波波长较长，声波容易发生衍射现象，所以选项D也是正确的．
ABD．
声波能绕过某一建筑物传播而光波却不能绕过该建筑物，这是因为（ ）
A．声波是纵波，光波是横波 B．声波振幅大，光波振幅小
C．声波波长较长，光波波长很短 D．声波波速较小，光波波速很大
【答案】C
如图是观察水面波衍射的实验装置，和是两块挡板，是一个孔，是波源，图中已画出波源所在区域的传播情况，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( )
A．此时能明显观察到波的衍射现象
B．如果将孔扩大，有可能观察不到明显的衍射现象
C．挡板前后波纹间距离相等
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
从图知水波波长跟小孔尺寸相差不大，此时能明显观察到波的衍射现象，如果孔扩大到比波长大得多，就不能产生明显的衍射现象，所以A，B均正确，波绕过障碍物后，即发生衍射现象时，波的特征并未发生改变，即波的波长，频率和波速不变．故C选项正确，当波的频率增大，波速不变，波长变小，有可能比不变的孔宽小得多，衍射现象就会不明显．故D选项错误．
ABC
在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子振动频率为，水波在水槽中的传播速度为，为观察到明显的衍射现象，小孔直径应为( )
A． B． C． D．
在水槽中激发的水波波长为,要求在小孔后产生明显的衍射现象应取小孔的尺寸小于波长．
D
(
课堂探究
)
【观察与思考】
观察以下图片，讨论两列波相遇后讲如何运动
【笔记】 波的叠加 当两列波相遇时，每列波将保持原有的特性，即频率、振幅、波长、波速及振动方向不变，继续按原来的方向传播，它们互不干扰．在两列波的重叠区域内，介质中的质点同时参与两种振动，其振动的位移等于这两列波分别引起的位移的矢量和．
频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔的现象叫波的干涉．干涉是波特有现象．
【讨论与交流】
讨论当波干涉时，出现加强和减弱的条件
【笔记】振动加强的条件：某质点到两相干波源的距离差时，该质点振动加强．
振动减弱的条件：某质点到两相干波源的距离差时，该质点振动减弱．
(
基础演练
)
下列关于波的叠加的说法中，正确的是( )
A．两列波相遇后，振幅小的波振动减弱，振幅大的波振动得以加强
B．两列波相遇后，两列波的振动情况与相遇前完全相同
C．在两列波相遇区域，任一点的总位移等于两列波分别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，这说明声波相遇时互不干扰
波是一种特殊的运动形式，波的传播具有独立性，不会受外来干扰而改变自己的运动状态．两列波相遇以后，仍像相遇以前一样，各自保持原有的波形，继续向前传播，只有在两列波重叠的区域里，介质中任一点的实际位移等于两列波分别引起位移的矢量和．
BCD
波源在绳的左端发出半个波①，频率，振幅；同时另一波源在绳右端发出半个波②，频率（），振幅，为两个波源的中点，如图所示，下列说法错误的是( )
A．两列波同时到达点
B．两列波相遇时点波峰值可达到
C．两列波相遇再分开后，各自保持原波形传播
D．因频率不同，这两列波相遇不能叠加
在同一绳上的两个半波，传播速度相同，由于为两个波源的中点，则两列波同时到达点，即A选项正确．由于波长不同，两个波峰到点的距离不同，不可能同时到达点，即点的波峰值不可能达到，故B选项错误．只要相遇一定会叠加，所以D选项错误．
BD
关于波的干涉现象,下列说法中正确的是( )
A.两列波在相遇的区域内,一定能发生干涉现象
B.两列波相互干涉是波叠加的结果
C.频率不同的两列波叠加时,不可能发生干涉现象
D.只有频率相同的两列波相遇时,才可能形成干涉图样
【答案】BCD
振动最弱，质点振动最强，质点振动既不是最强也不是最弱②该时刻质点振动最弱，质点振动都最强 ③质点的振动始终是最弱的，质点的振动始终是最强的 ④再过后的时刻，三个质点都将处于各自的平衡位置，因此振动最弱
A．①② B．③④ C．②③ D．①④
该时刻质点振动最弱，质点振动最强，这不难理解．但是既不是波峰和波峰叠加，又不是波谷和波谷叠加，如何判定其振动强弱 由于是两个相干波源且它们振动同步，所以某点到两波源的路程之差是波长的整数倍时，该点振动最强，从图中可以看出，是连线的中垂线上的一点，到的距离相等，所以必然为振动最强点．描述振动强弱的物理量是振幅，而振幅不是位移．每个质点在振动过程中的位移是在不断改变的，但振幅是保持不变的，所以振动最强的点无论处于波峰还是波谷，振动始终是最强的．故②③正确，选C．
C
利用发波水槽得到的水面波形如a，b所示，则（ ）
A．图a、b均显示了波的干涉现象
B．图a、b均显示了波的衍射现象
C．图a显示了波的干涉现象，图b显示了波的衍射现象
D．图a显示了波的衍射现象，图b显示了波的干涉现象
【答案】D
如图所示，两列简谐波均沿轴传播，传播速度的大小相等，其中一列沿轴正方向传播(图中实线所示)，一列沿轴负方向传播(图中虚线所示)．这两列波的频率相同，振动方向均沿轴，则图中各点中振幅最大的是_____的点，振幅最小的是_____的点．
由题可知，这两列波的频率相同，振动方向均沿轴，故为相干波，在同一种均匀的介质中相遇时必产生干涉．设分别为两列波的波源，在图示时刻均沿轴负向向下振动，则l，2，3，4，5，6，7，8到两个相干波源的路程差分别为（设波长为)
点1或点7：,点2或点6：,点3或点5：
点4：,点8：
根据两列相干波干涉时加强和减弱的条件知：点4和点8位置的合振动振幅最大，点2和点6位置的合振动振幅最小．
4，8；2，6
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课堂探究
)
【观察与思考】
观察以下表格，发现此图所隐含的物理规律
【笔记】多普勒效应 由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到波的频率发生变化的现象，叫做多普勒效应．
规律：当波源与观察者有相对运动时，如果二者接近，同一时间内观察者接收到的波的个数比两者相对静止时增多，所以接收的频率增大；如果二者远离，同一时间内观察者接收到的波的个数比两者相对静止时减少，所以接收的频率减小．
衍射、干涉、多普勒效应都是波的特有现象．
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基础演练
)
如图表示一个机械波的波源S做匀速运动的情况,图中的圆表示机械波的波面,A、B、C、D是四个观察者的位置,由图可以看出( )
A.波源正在向A运动
B.波源正在向C运动
C.B点的观察者接收到的频率最低
D.D点的观察者接收到的频率最高
【答案】D
如图所示产生机械波的波源做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰．
（1）该图表示的是( )
A．干涉现象 B．衍射现象 C．反射现象 D．多普勒效应
（2）波源正在移向( )
A．点 B．点 C．点 D．点
（3）观察到波的频率最低的点是( )
A．点 B．点 C．点 D．点
（1）该图表示的是多普勒效应．选项D正确．
（2）从波长变化情况来看，波源正在移向点，所以A正确．
（3）由于波源远离点，所以，观察到波的频率最低的点是点．B正确．
（1）D （2）A （3）B
一个观察者站在铁路附近，听到迎面而来的火车汽笛声的频率为，当火车驶过他身旁后，汽笛声的频率降为．求火车的速度是多少．(空气中的声速)
设汽笛原来的频率为，火车的速度为，当火车驶近观察者时，观察者接收到的频率为；当火车驶离观察者时，观察者接收到的频率为，由上述两式解得
【答案】
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知识点
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1．波的衍射
波在传播过程中遇到障碍物时，能够绕过障碍物的现象叫波的衍射．能发生明显衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波长相差不大．衍射是波特有的现象．
2．波的干涉
波的叠加 当两列波相遇时，每列波将保持原有的特性，即频率、振幅、波长、波速及振动方向不变，继续按原来的方向传播，它们互不干扰．在两列波的重叠区域内，介质中的质点同时参与两种振动，其振动的位移等于这两列波分别引起的位移的矢量和．
频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔的现象叫波的干涉．干涉是波特有现象．
振动加强的条件：某质点到两相干波源的距离差时，该质点振动加强．
振动减弱的条件：某质点到两相干波源的距离差时，该质点振动减弱．
3．多普勒效应
由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到波的频率发生变化的现象，叫做多普勒效应．
规律：当波源与观察者有相对运动时，如果二者接近，同一时间内观察者接收到的波的个数比两者相对静止时增多，所以接收的频率增大；如果二者远离，同一时间内观察者接收到的波的个数比两者相对静止时减少，所以接收的频率减小．
衍射、干涉、多普勒效应都是波的特有现象．
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课后练习
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下列关于波的衍射的说法中,正确的是( )
A．只要是波都能发生衍射,衍射是波特有的现象
B．波长与障碍物或孔的宽度差不多或略大些时,能发生明显的衍射
C．波长比障碍物或孔的宽度小得多时,能发生明显的衍射
D．波长比障碍物或孔的宽度大得多时,衍射不明显
【答案】AB
关于两列波的稳定干涉现象，下列说法正确的是( )
A．任意两列波都能产生稳定干涉现象
B．发生稳定干涉现象的两列波，它们的频率一定相同
C．在振动减弱的区域，各质点都处于波谷
D．在振动加强的区域，有时质点的位移等于零
两列波叠加产生稳定干涉现象是有条件的，不是任意两列波都能产生稳定的干涉现象．两列波叠加产生稳定干涉现象的一个必要条件是两列波的频率相同，A错，B对；在振动减弱的区域里，只是两列波引起质点振动始终是减弱的，质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，如果两列波的振幅相同，质点振动的振幅就等于零，也不可能各质点都处于波谷，所以选项C是错误的．在振动加强的区域里，两列波引起质点振动始终是加强的，质点振动的最剧烈，振动的振幅等于两列波的振幅之和．但这些点始终是振动着的，因而有时质点的位移等于零，所以选项D是正确的．
B、D
当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时,我们听到的汽笛声的音调变高了,这是因为( )
A．声源振动的频率变高了
B．声波传播的速度变大了
C．耳膜振动的频率变大了
D．耳膜振动的频率变小了
【答案】C
如图表示一个机械波的波源S做匀速运动的情况,图中的圆表示机械波的波面,A、B、C、D是四个观察者的位置,由图可以看出( )
A．波源正在向A运动
B．波源正在向C运动
C．B点的观察者接收到的频率最低
D．D点的观察者接收到的频率最高
【答案】D
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物理名人
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托马斯·杨
托马斯·杨（Thomas Young，1773～1829 ）英国医生、物理学家，光的波动说的奠基人之一。他不仅在物理学领域领袖群英、名享世界，而且涉猎甚广，光波学、声波学、流体动力学、造船工程、潮汐理论、毛细作用、用摆测量引力、虹的理论……力学、数学、光学、声学、语言学、动物学、埃及学……他对艺术还颇有兴趣，热爱美术，几乎会演奏当时的所有乐器，并且会制造天文器材，还研究了保险经济问题。而且托马斯·杨擅长骑马，并且会耍杂技走钢丝。
天才儿童
1773年6月13日，托马斯·杨出生于英国萨默塞特郡米尔弗顿一个富裕的贵格会教徒家庭，是10个孩子中的老大，他从小受到良好教育，天才禀赋自幼年起就大张旗鼓地显露开来，是个不折不扣的神童。
杨2岁时学会阅读，对书籍表现出强烈的兴趣；4岁能将英国诗人的佳作和拉丁文诗歌背得滚瓜烂熟；不到6岁已经把圣经从头到尾看过两遍，还学会用拉丁文造句；9岁掌握车工工艺，能自己动手制作一些物理仪器；几年后他学会微积分和制作显微镜与望远镜；14岁之前，他已经掌握10多门语言，包括希腊语、意大利语、法语等等，不仅能够熟练阅读，还能用这些语言做读书笔记；之后，他又把学习扩大到了东方语言——希伯来语、波斯语、阿拉伯语；他不仅阅读了大量的古典书籍，在中学时期，就已经读完了牛顿的《自然哲学的数学原理》、拉瓦锡的《化学纲要》以及其他一些科学著作，才智超群。杨26岁时，著名的罗塞塔石碑被发现。石碑上刻了三种文字：古埃及象形文、古埃及通俗文字和希腊文。首先阐释这些象形文字的人是法国人商博良，但杨却是把碑文的译文发表成书的第一人。
杨长大后，在职业的选择方面受到了叔父的影响(这位当医生的叔父几年后去世，为杨留下了一笔巨大的遗产，包括房屋、书籍、艺术收藏和1万英镑现款，这笔遗产使他后来在经济上完全独立，能够把他所有的才华都发挥在需要的地方)。
奇人杨
19岁时，杨来到伦敦学习医学，和当时所有的欧洲学子一样，他极力打入上流社会，经常拜访政治家伯克、画家雷诺兹以及贵族社会的一些成员。1794年，杨21岁，由于研究了眼睛的调节机理，他成为皇家学会会员。1795年，他来到德国的格丁根大学学习医学，一年后便取得了博士学位。
他对医学的学习一直继续到1797年，当时在剑桥的伊曼纽尔学院，同学们都称他为“奇人杨”，嘲弄之外还是能听出敬畏之音。1799年完成学习的时候，他已经读完了一些著名数学家关于振动弦的著作，并进行了深入钻研，提出了自己的一些理论，不过后来他发现他所提出的理论已经有人提出过。这是杨在理论研究领域初次展露才华。
值得一提的是，尽管父母送他进过不少名校，但杨还是把自学当作最主要的学习手段。
杨热爱物理学，在行医之余，他也花了许多时间研究物理。
牛顿曾在其《光学》的论著中提出光是由微粒组成的，在之后的近百年时间，人们对光学的认识几乎停滞不前，直到托马斯·杨的诞生，他成为开启光学真理的一把钥匙，为后来的研究者指明了方向。
杨爱好乐器，几乎能演奏当时的所有乐器，这种才能与他对声振动的深入研究是分不开的。光会不会也和声音一样，是一种波？杨做了著名的杨氏干涉实验，为光的波动说奠定了基础。
这个著名的实验如今已经进入中学物理课本：让通过一个小针孔S0的一束光，再通过两个小针孔S1和S2，变成两束光。这样的两束光来自同一光源，所以它们是相干的，结果表明，在光屏上果然看见了明暗相间的干涉图样；后来，又以狭缝代替针孔，进行了双缝实验，得到了更明亮的干涉条纹。
然而，这个理论在当时并没有受到应有的重视，还被权威们讥为“荒唐”和“不合逻辑”，这个自牛顿以来在物理光学上最重要的研究成果，就这样被缺乏科学讨论气氛的守旧的舆论压制了近20年。
杨并没有向权威低头，而是为此撰写了一篇论文，不过论文无处发表，只好印成小册子，据说发行后“只印出了一本”。杨在论文中勇敢地反击：“尽管我仰慕牛顿的大名，但是我并不因此而认为他是万无一失的。我遗憾地看到，他也会弄错，而他的权威有时甚至可能阻碍科学的进步。”
玩主
杨在物理光学领域的研究是具有开拓意义的，他第一个测量了7种光的波长，最先建立了三原色原理：指出一切色彩都可以从红、绿、蓝这三种原色中得到。杨对弹性力学也很有研究，后人为了纪念他的贡献，把纵向弹性模量称为杨氏模量。
1814年，41岁的时候，杨对象形文字产生了兴趣。拿破仑远征埃及时，发现了刻有两种文字的著名的罗塞达碑，这块碑后来被运到了伦敦。罗塞达碑据说是公元前2世纪埃及为国王祭祀时所竖，上部有14行象形文字，中部有32行世俗体文字，下部有54行古希腊文字。之前已经有人研究过，但并未取得突破性进展。杨解读了中下部的86行字，破译了王室成员13位中的9个人名，根据碑文中鸟和动物的朝向，发现了象形文字符号的读法。
这大约是在1816年前后的事。当时杨对光学研究失去了信心，甚至有人讥讽他为疯子，以致他十分沮丧。他便利用其丰富的语言学知识，转向考古学研究。由于杨的这一成果，诞生了一门研究古埃及文明的新学科。1829年托马斯·杨去世时，人们在他的墓碑上刻上这样的文字——“他最先破译了数千年来无人能解读的古埃及象形文字”。
晚年的杨已经成为举世闻名的学者，为大英百科全书撰写过40多位科学家传记以及无数条目，包罗万象。同时他还为一家重要的保险公司担任过统计检查官，并被任命为《航海天文历》的主持人，做了不少工作以改进实用天文学和航海援助。
除了科学，他还沉浸于艺术，过着多姿多彩的生活：音乐、美术甚至杂技一直滋养着他的生命。他精力旺盛的一生于1829年结束，终年56岁。就在他去世前还在编写一本埃及字典。
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