(共20张PPT)
习题课二 波传播的两类常见问题
综合提能(一) 振动图像与波动图像的比较
[知识贯通]
特点 振动图像 波动图像
相
同
点 图线形状 正(余)弦曲线 正(余)弦曲线
纵坐标y 不同时刻某一质点的位移 某一时刻介质中所有质点的位移
纵坐标最大值 振幅 振幅
不
同
点 描述对象 某一个振动质点 一群质点(x轴上各个点)
物理意义 振动位移y随时间t的变化关系 x轴上所有质点在某一时刻振动的位移y
横坐标 表示时间t 表示介质中各点的平衡位置离坐标原点的距离x
横轴上相邻两个步调总一致的点之间的距离的含义 表示周期T
表示波长λ
续表
续表
[集训提能]
1．质点A做简谐运动，其振动图像和t＝1.6 s时刻的波动图像如图所示，则下列说法正确的是 ( )
A．质点A向上运动，波向左传播
B．质点A向上运动，波向右传播
C．质点A向下运动，波向左传播
D．质点A向下运动，波向右传播
解析：由振动图像可知t＝1.6 s时，质点A向上振动，根据“上坡下，下坡上”，可确定A点处于波的图像的下坡，则波应沿x轴正方向传播，故B项正确。
答案：B
2．渔船上的声呐利用超声波来探测远方鱼群的方位。某渔船发出的一列超声波在t＝0时的波动图像如图甲所示，图乙为质点P的振动图像，则 ( )
A．该波的波速为1.5 m/s
B．该波沿x轴负方向传播
C．0～1 s时间内，质点P沿x轴运动了1.5 m
D．0～1 s时间内，质点P运动的路程为2 m
3. 一列简谐横波沿x轴负方向传播，波速v＝4 m/s。已知
坐标原点(x＝0)处质点的振动图像如图所示。在下列4
幅图中能够正确表示t＝0.15 s时波形的图是 ( )
解析：由题图可看出，t＝0.15 s时x＝0处质点位移为正，且此时刻该质点正向y轴负方向振动，由此可断定只有A项正确。
答案：A
综合提能(二) 波的多解问题
[知识贯通]
1．造成波动问题多解的主要因素
(1)周期性
时间周期性：相隔周期整数倍时间的两个时刻的波形图完全相同，时间间隔Δt与周期T的关系不明确造成多解。
空间周期性：沿传播方向上，相隔波长整数倍距离的两质点的振动情况完全相同，质点间距离Δx与波长λ的关系不明确造成多解。
(2)双向性
对给定的波形图，波的传播方向不同，质点的振动方向也不同，反之亦然。
传播方向双向性：波的传播方向不确定。
振动方向双向性：质点振动方向不确定。
2．波动问题的几种可能性
(1)质点达到最大位移处，则有正向和负向最大位移两种可能。
(2)质点由平衡位置开始振动，则有起振方向向上、向下(或向左、向右)的两种可能。
(3)只告诉波速不指明波的传播方向，应考虑沿x轴正方向和x轴负方向两个方向传播的可能。
(4)只给出两时刻的波形，则有多次重复出现的可能等。
[特别提醒] 波的多解问题中出现某些条件限制时，系列解可能变成有限个解或单解。
[典例2] 实线和虚线分别是沿x轴传播的一列简谐横波在t1＝0和t2＝0.06 s时刻的波形图。已知在t＝0时刻，x＝1.5 m处的质点沿y轴正方向运动。
(1)判断该波的传播方向；
(2)求该波的最小频率。
[迁移·发散]
上题中，若波的周期满足3T<0.06 s<4T，求该波波速的大小。
[集训提能]
1. 一列简谐横波沿直线由A向B传播，A、B相距0.45 m，如图所示是A处质点的振动图像。当A处质点运动到波峰位置时，B处质点刚好到达平衡位置且向y轴正方向运动，这列波的波速可能是 ( )
A．4.5 m/s B．3.0 m/s
C．1.5 m/s D．0.7 m/s
2．一列横波在x轴上传播，t1＝0和t2＝0.005 s时的波形如图中的实线和虚线所示。
(1)设周期大于(t2－t1)，求波速；
(2)设周期小于(t2－t1)，并且波速为6 000 m/s，求波的传播方向。(共49张PPT)
第三节 机械波的传播现象
一、机械波的衍射与惠更斯原理
1．填一填
(1)波的衍射
①定义：波能绕过 或穿过 继续向前传播的现象。
②实验观察：
在水槽里放两块挡板，中间留个窄缝，让水波通过窄缝，可以发现：
a．狭缝宽度比波长大得多时：波的传播如同光沿 传播一样，在窄缝后面形成一个 的水波区域，挡板后面几乎没有水波。
障碍物
小孔
直线
等宽
b．狭缝宽度与波长相差不多或狭缝宽度比波长更小时：波可以 挡板后面继续传播。
c．当狭缝宽度一定时，改变水波的波长，当波长与狭缝相差不多时，有 ____ 的衍射现象，随着波长的 ，衍射现象变得越来越不明显。
③发生明显衍射的条件
当缝、孔的宽度或者障碍物的尺寸跟波长________或者比波长_____时，能观察到明显的衍射现象。
④一切波都能发生衍射，衍射是波 的现象。
(2)惠更斯原理：介质中波动传到的各点都可以看作是发射子波的波源，在其后的任一时刻，这些子波的包络就形成的波面。
绕到
明显
减小
相差不多
更小
特有
2．判一判
(1)“闻其声而不见其人”，是指声波的衍射现象。 ( )
(2)缝或孔的宽度较大时，不能发生衍射现象。 ( )
(3)一切波都能发生衍射现象。 ( )
(4)利用惠更斯原理可以解释波的衍射现象。 ( )
√
×
√
√
3．选一选
下列现象或事实属于衍射现象的是 ( )
A．风从窗户吹进来
B．雪堆积在背风的屋后
C．水波前进方向上遇到凸出在水面上的小石块，小石块对波的传播没有影响
D．晚上看到水中月亮的倒影
解析：波在传播过程中偏离直线传播绕过障碍物的现象称为波的衍射，C与衍射现象相符。
答案：C
二、机械波的反射和折射
1．填一填
(1)波的反射和折射现象
当机械波从介质1传播到介质2时，有一部分波被 回来，另一部分波继续 ______传播，这就是机械波在两种介质界面上的反射和折射现象。
(2)波的反射和折射现象中频率、波速和波长的变化：
①在波的反射现象中，波的频率、波速和波长都 。
②在波的折射现象中，波的频率 ，波速和波长发生改变。
(3)反射和折射是波的普遍性质。光波和 波也具有这种性质。
反射
向前
不变
不变
电磁
2．判一判
(1)发生波的反射现象时，波又回到了同种介质。 ( )
(2)发生波的折射现象时，波进入了另一种介质。 ( )
(3)发生波的折射现象时。 ( )
3．想一想
人们听不清对方说话时，除了让一只耳朵转向对方，还习
惯性地把同侧的手附在耳旁，这样做是利用声波的什么特
点来提高耳朵的接收能力？
提示：在耳郭原有形状、面积的基础上增加一个手的面积是为了增加波的反射来提高耳朵的接收能力。
√
√
×
三、机械波的干涉
1．填一填
(1)波的独立性原理：两列波在彼此相遇以后，仍像相遇前那样，各自 原有的波形继续前行。
(2)波的叠加原理：两列波在相遇叠加时，每列波都是独立地保持原有的特性，相遇区域中各点的位移，就是这两列波引起的位移的 。
(3)波的干涉：频率相同的两列波，在相遇区域里，会出现稳定的相对 的区域和 的区域，这两个区域的位置是固定的，且互相隔开的现象。
(4)波的干涉图样：波干涉时形成的一种加强和减弱相间的图样。
(5)干涉条件：频率 ，相位差 ，振动方向相同。
(6)干涉是波特有的现象，一切波都能够发生干涉。
保持
合成
平静
剧烈振动
相同
恒定
2．判一判
(1)两列波相遇后各自的振动特点会受到影响。 ( )
(2)在两列波重叠的区域里，任何一个质点的位移都等于原来位移的2倍。 ( )
(3)两列波叠加时，质点的位移一定增大。 ( )
×
×
×
3．选一选 两波源S1、S2在水槽中形成的波形如图所示，其中实线表示波峰，虚线表示波谷，则 ( )
A．在两波相遇的区域中会产生稳定干涉
B．在两波相遇的区域中不会产生稳定干涉
C．a点的振动始终加强
D．a点的振动始终减弱
解析：由题图可知，两列波的波长不相等，由v＝λf，知f不相等，不满足波产生稳定干涉的条件，故B正确。
答案：B
探究(一) 衍射现象的理解与分析
[问题驱动]
如图所示，水波可以通过堤坝的狭窄缺口绕过堤坝，形成半圆形的水波继续向外扩散；雄伟的大桥下，悠悠江面上层层波浪绕过桥墩“若无其事”地向前传播。
(1)什么相当于堤坝内水波的波源？
(2)桥墩阻挡了水波的传播吗？
提示：(1)堤坝的狭窄缺口。 (2)桥墩没有阻挡水波的传播，好像桥墩不存在一样。
[重难释解]
1．衍射的条件
应该说衍射是没有条件的，衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射。衍射只有“明显”与“不明显”之分，障碍物或小孔的尺寸跟波长差不多，或比波长小是产生明显衍射的条件。
2．波的衍射实质分析
波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)仿佛是一个新波源，由它发出的与原来同频率的波在小孔(障碍物)后传播，就偏离了直线方向。波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况。
3．衍射现象与观察的矛盾
当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射十分突出，但由于衍射波的能量很弱，衍射现象不容易观察到。
典例1 (多选)如图是观察水面波的衍射现象的实验装置，AC和BD是两块挡板，AB是—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，下列描述中正确的是 ( )
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
[解析] 根据发生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多。从题图中可看出孔AB的尺寸与波长相差不多，所以此时能明显地观察到波的衍射现象，A正确；因为穿过挡板间的小孔后波速不变，频率相同，所以波长也相同，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，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，也有可能观察不到明显的衍射现象，D错误。
[答案] ABC
[素养训练]
1．如图所示各图分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔(①、②图)或障碍物(③、④图)，其中能发生明显衍射现象的有 ( )
A．②④ B．①④
C．②③ D．①③
解析：发生明显衍射现象的条件是障碍物或小孔的尺寸比波长小，或与波长相差不大，由题图可知，②、④图能发生明显衍射现象，而①、③图不能，A正确。
答案：A
2. 如图所示，在空旷的广场上有一堵较高大的墙MN，在墙的一侧有一个正在播放男女合唱歌曲的声源O，某人从A点走到墙后的B点，在此过程中，如从衍射的角度来考虑，他会听到 ( )
A．声音变响，男声比女声更响
B．声音变响，女声比男声更响
C．声音变弱，男声比女声更弱
D．声音变弱，女声比男声更弱
解析：由题意可知，某人从图中A点走到墙后的B点，能听到声音，是由于声波的衍射现象，但强度变弱。由于男声的频率低于女声，在同一介质中，传播速度相同，则其波长大于女声的波长，更容易发生衍射，故D正确，A、B、C错误。
答案：D
3．音箱装饰布网既美观又能阻止灰尘进入音箱内部，但是它又有不利的一面，对于音箱发出的声音来说，布网就成了障碍物，它阻碍了声音的传播，造成了声音失真，有的生产厂家就把装饰布网安装了子母扣，这样听音乐时就可以把布网卸下来，从而获得高保真的听觉效果。听同样的音乐不卸下布网和卸下布网相比较，你认为声音损失掉的主要是 ( )
A．高频部分 B．低频部分
C．中频部分 D．不能确定
解析：由v＝λf知，波速一定时，频率越高、波长越小。波长越小，越不易发生衍射现象，故不卸布网损失掉的主要是高频部分，所以选项A正确。
答案：A
探究(二) 波的反射与折射
[问题驱动]
蝙蝠的视觉很不发达，而它却可以在夜间准确而敏捷地捕捉飞虫和躲避障碍物，能做圆形转弯、急刹车和快速变换飞行速度等多种“特技飞行”。请问：
(1)蝙蝠在夜间飞行是靠什么器官来导航的？
(2)蝙蝠利用了声波的什么现象？
提示：(1)不是靠眼睛看的，而是靠耳朵和发音器官来进行导航的。(2)反射现象。
[重难释解]
1．波的反射
(1)入射角与反射角
入射角：入射线与法线的夹角，如图中的α。
反射角：反射线与法线的夹角，如图中的β。
(2)反射规律：
①波又回到原介质中；
②β＝α；
③反射线、法线与入射线三线共面，且反射线与入射线分居法线两侧。
3．波的反射与折射的比较
波现象
比较项目 波的反射 波的折射
传播方向 改变(θ反＝θ入) 改变(θ折≠θ入)
频率f 不变 不变
波速v 不变 改变
波长λ 不变 改变
(1)频率f由波源决定，故无论是反射波还是折射波都与入射波的频率，即波源的振动频率相同。
(2)波速v由介质决定，因反射波与入射波在同一介质中传播，故波速不变；而折射波与入射波在不同介质中传播，所以波速变化。
(3)据v＝λf知，波长λ与v及f有关，即与介质及波源有关，反射波与入射波在同一介质中传播，频率相同，故波长相同。折射波与入射波在不同介质中传播，f相同，v不同，故λ不同。
[素养训练]
1. 如图中1、2、3分别代表入射线、反射线、折射线，则 ( )
A．2与1的波长、频率相等，波速不等
B．2与1的波速、频率相等，波长不等
C．3与1的波速、频率、波长均相等
D．3与1的频率相等，波速、波长均不等
解析：由于波的频率由波源决定，因此波在不同介质中传播时，频率保持不变。波在不同介质中传播时，波速发生变化，由v＝λf可知波长也发生变化。由此可知只有D选项正确。
答案：D
2．(多选)以下关于波的认识，哪些是正确的 ( )
A．潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的反射原理
B．隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质，是为了减少波的反射，从而达到隐形的目的
C．雷达的工作原理是利用波的折射
D．水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的折射现象
解析：A、B、C选项中应用了波的反射现象；A、B正确，C错误；D选项应用了波的折射现象，深水区域和浅水区域视为不同介质，故波的传播方向发生改变，故D正确。
答案：ABD
3. 随着我国经济的快速增长，旅游业迅速发展，其中回归大自然的滨海游、生态游等休闲度假游，备受人们的喜爱。如图所示，一艘汽船以4 m/s的速度在无风河面上航行，船上发出一声鸣笛，旅客在3 s后听到前方悬崖反射回来的声音，则悬崖离汽船原来位置的距离为(已知声速为340 m/s) ( )
A．258 m B．340 m
C．516 m D．680 m
探究(三) 波的干涉现象的理解与分析
[问题驱动]
如图所示，操场中两根竖直杆上各有一个扬声器，接在同一扩音机上，一位同学沿着AB方向走来。
(1)他听到的声音会有什么变化？
(2)这属于什么物理现象？
提示：(1)他听到的声音时而变大，时而变小。
(2)属于波的干涉现象。
[重难释解]
1．关于干涉的条件
(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。但稳定干涉图样的产生是有条件的，必须是两列同类的波，并且波的频率相同、振动方向在同一直线上、相位差恒定。
(2)如果两列波的频率不相等，在同一种介质中传播时其波长就不相等，这样不能形成稳定的振动加强点和减弱点。因此我们就看不到稳定的干涉图样，只能是一般的振动叠加现象。
2．关于加强点(区)和减弱点(区)的理解
加强点 在某些点两列波引起的振动始终加强，质点的振动最剧烈，振动的振幅等于两列波的振幅之和，A＝A1＋A2
减弱点 在某些点两列波引起的振动始终相互削弱，质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，A＝|A1－A2|，若两列波振幅相同，质点振动的合振幅就等于零
3．干涉图样及其特征
(1)干涉图样：如图所示。
(2)特征
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。
[解析] 在波峰和波峰或波谷和波谷相遇的地方，振动加强；波峰和波谷相遇的地方振动减弱，则M、Q点均为振动加强点，N点为振动减弱点。MQ连线为振动加强区，所以P点也是振动加强点，振动加强点的振幅等于两列波的振幅之和。振动减弱点的振幅等于两列波的振幅之差的绝对值。由于两列波的振幅相同，故N点振幅为零，即N点静止不动，A、B正确；在波的传播过程中，质点不随波迁移，C错误；M点振动始终加强，D错误。
[答案] AB
[素养训练]
1．(多选)水槽中，与水面接触的两根相同细杆固定在同一个振动片上。振动片做简谐振动时，两根细杆周期性触动水面形成两个波源。两波源发出的波在水面上相遇，在重叠区域发生干涉并形成了干涉图样。关于两列波重叠区域内水面上振动的质点，下列说法正确的是 ( )
A．不同质点的振幅都相同
B．不同质点振动的频率都相同
C．不同质点振动的相位都相同
D．不同质点振动的周期都与振动片的周期相同
解析：在波的干涉实验中，质点在振动加强区的振幅是两列波振幅之和，质点在振动减弱区的振幅是两列波振幅之差，A项错误；沿波的传播方向上，波不停地向外传播，故各质点的相位不都相同，C项错误；两波源振动频率相同，其他各质点均做受迫振动，故频率均与振动片频率相同，周期均与振动片的周期相同，B、D项正确。
答案：BD
2 如图所示为两列相干水波在t＝0时刻的叠加情况，其中实线表示波峰，虚线表示波谷。若两列波的振幅均保持5 cm不变，波速和波长分别为1 m/s和0.5 m，C点是BD连线的中点。则下列说法正确的是 ( )
A．A、D点振动始终加强，B点振动始终减弱
B．C点始终保持静止不动
C．t＝0时刻，A、B两点的竖直高度差为10 cm
D．在t＝0至t＝0.25 s的时间内，B点通过的路程为20 cm
3．将一端固定在墙上的轻质绳在中点位置分叉成相同的两股细绳，它们处于同一水平面上。在离分叉点相同长度处用左、右手在身体两侧分别握住细绳的一端，同时用相同频率和振幅上下持续振动，产生的横波以相同的速率沿细绳传播。因开始振动时的情况不同，分别得到了如图甲和图乙所示的波形。下列说法正确的是 ( )
A．甲图中两手开始振动时的方向并不相同
B．甲图中绳子的分叉点是振动减弱的位置
C．乙图中绳子分叉点右侧始终见不到明显的波形
D．乙图只表示细绳上两列波刚传到分叉点时的波形
解析：题图甲中两手开始振动时的方向相同，则题图甲中分叉点是振动加强的位置，所以A、B错误；题图乙中两手开始振动时的方向恰好相反，则题图乙中分叉点是振动减弱的位置，则在分叉点的右侧始终见不到明显的波形，所以C正确，D错误。
答案：C
一、培养创新意识和创新思维
(选自鲁科版新教材课后练习)消除噪声污染是当前环境保护的一个重要课题。干涉型消声器可用来消弱高速气流产生的噪声。它的结构及气流运行情况如图所示，产生的波长为λ的声波沿水平管道自左向右传播。在声波到达a处时，分成两束相干波，它们分别通过r1和r2的路程，再在b处相遇。要达到消弱噪声的目的，路程差Δr＝r2－r1应为 ( )
A．波长的整数倍 B．波长的奇数倍
C．半波长的奇数倍 D．半波长的偶数倍
解析：根据干涉特点知，某点到两相干涉波源的距离差为波长的整数倍时，此点为振动增强点，而消除噪声不能加强，故A、B错误；距离差为半波长的奇数倍时，此点为振动减弱点，本题为消除噪声，要减弱声音，所以C正确，D错误。
答案：C
二、注重学以致用和思维建模
1．(2023·浙江1月选考) 主动降噪耳机能收集周围环境中的噪声信号，并产生相应的抵消声波。某一噪声信号传到耳膜的振动图像如图所示，取得最好降噪效果的抵消声波(声音在空气中的传播速度为340 m/s) ( )
A．振幅为2A
B．频率为100 Hz
C．波长应为1.7 m的奇数倍
D．在耳膜中产生的振动与图中所示的振动同相
2．如图所示，为声波干涉演示仪的原理图。两个U形管A和B套在一起，A管两侧各有一小孔，声波从左侧小孔传入管内，被分成两列频率________的波。当声波分别通过A、B传播到右侧小孔时，若两列波传播的路程相差半个波长，则此处声波的振幅____________；若传播的路程相差一个波长，则此处声波的振幅________________。
解析：声波从左侧小孔传入管内向上、向下分别形成两列频率相同的波，传播到右侧小孔时，若两列波传播的路程相差半个波长，则振动相消，所以此处振幅为零；若传播的路程相差一个波长，振动加强，则此处声波的振幅等于原振幅的2倍。
答案：相同 等于零 等于原振幅的2倍
3. 医用B超仪发出的超声波频率为7.25×104 Hz，这种超声波在人体内传播的波长为2 cm，在给某患者的肝脏病变部分进行检测时，从探头发出的同一超声脉冲波经病变部分反射回到探头有两个信号，相隔时间为Δt＝32 μs，试计算患者病变部分的大小。(共29张PPT)
第三章 机械波
第一节 机械波的产生和传播
一、认识机械波 机械波的传播
1．填一填
(1)机械波： 在媒介中的传播。
(2)波源：产生机械波的振动源。
(3)介质： 机械振动的媒介。
(4)机械波形成条件：机械振动的波源和传播振动的介质。
(5)机械波的形成：波源 相邻质点做受迫振动，该质点振动后会同样____
其相邻质点做受迫振动，即绳上每个振动的质点又如新的波源带动下一个质点的运动，直至机械波传播到能传播的地方。
机械振动
传播
带动
带动
(6)机械波的传播特点
①机械波传播 的运动形式。
②机械波是传递 的一种方式。
③在波传播的过程中，每个质点只是在平衡位置附近做上下振动，并未形成沿机械波传播方向的宏观移动。
2．判一判
(1)在绳波的形成和传播中，所有质点同时运动，同时停止运动。 ( )
(2)介质中有机械波传播时，介质本身也随波一起传播。 ( )
(3)机械波传播的是振动这种运动形式。 ( )
×
×
√
振动
能量
3．想一想
艺术体操也叫韵律体操，是一种艺术性较强的女子竞技性体操项目。
艺术体操表演项目有很多，丝带舞表演就是其中之一，如图所示是
一幅丝带舞的表演图。
思考：
(1)丝带上的各点有没有随波迁移？
(2)运动员的手停止抖动后，丝带上的波会立即停止吗？
提示：(1)丝带上各点不会随波迁移。
(2)手停止抖动，波不会立即停止。
二、横波与纵波
1．填一填
(1)横波：介质质点的振动方向与波的传播方向 的机械波。
(2)纵波：传播方向和质点的振动方向在 的机械波。
2．判一判
(1)对于横波和纵波中质点的振动方向和波的传播方向有时相同，有时相反。( )
(2)对于纵波中质点的振动方向与波的传播方向一定相同。 ( )
(3)形成纵波的质点，随波一起迁移。 ( )
垂直
同一直线上
×
×
×
3．选一选
(多选)关于介质中质点的振动方向和波的传播方向，下列说法正确的是( )
A．在横波中二者方向有时相同
B．在横波中二者方向一定不同
C．在纵波中二者方向有时相同
D．在纵波中二者方向一定不同
解析：在横波中质点振动方向和波的传播方向相互垂直，所以二者方向一定不同，故A错、B对；在纵波中二者方向在一直线上，既可以相同，也可以相反，故C对、D错。
答案：BC
探究(一) 机械波的形成和传播
[问题驱动]
在平静的湖面上，漂浮着一片树叶，如果你往树叶附近扔下一块小石子，湖面立即兴起水波，水波一圈一圈往外扩展出去，于是树叶运动起来。请问树叶会随水波往外移动吗？
提示：树叶只是上下振动，不会随波往外移动。
[重难释解]
1．机械波的形成
2．波的特点
(1)振幅：像绳波这种一维(只在某个方向上传播)机械波，若不计能量损失，各质点的振幅相同。
(2)周期：各质点振动的周期均与波源的振动周期相同。
(3)步调：离波源越远，质点振动越滞后。
(4)运动：各质点只在各自的平衡位置附近做往复振动，并不随波迁移。
(5)实质：机械波向前传播的是振动这种运动形式，同时也传递能量和信息。
3．振动和波动的区别与联系
振动 波动
区 别 研究对象 单个质点在平衡位置附近的往复运动，研究的是单个质点的“个体行为” 振动在介质中的传播，研究的是大量质点将波源振动传播的“群体行为”
力的来源 可以由作用在物体上的各种性质力提供 联系介质中各质点的弹力
运动性质 质点做变加速运动 在均匀介质中是匀速直线运动
联系 (1)振动是波动的原因，波动是振动的结果；有波动必然有振动，但有振动不一定有波动
(2)波动的性质、频率和振幅都与振源相同
波动过程中介质中各质点的运动特点
波动过程中介质中各质点的振动周期都与波源的振动周期相同，其运动特点可用三句话来描述：
(1)先振动的质点带动后振动的质点；
(2)后振动的质点重复前面质点的振动；
(3)后振动质点的振动状态落后于先振动的质点。
概括起来就是“带动、重复、落后”。
2．(多选)一列横波沿绳子向右传播，传播过程无能量损失，某时刻绳子形成如图所示的凹凸形状，对此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点，下列说法正确的是 ( )
A．它们的振幅相同
B．质点D和F的速度方向相同
C．质点A和C的速度方向相同
D．从此时算起，质点B比C先回到平衡位置
解析：波源振动时，绳上各质点通过相互间的弹力作用跟着做受迫振动，不考虑传播中的能量损耗时，各质点的振幅均相同，选项A正确；波传播时，离波源远的质点的振动落后于离波源近的质点的振动，并跟随着离波源近的质点振动。由题图可知，波源在左端，因此，质点D跟随离波源近的质点C正向上运动，质点F跟随离波源近的质点E正向下运动，两者速度方向相反，选项B错误；同理，此时质点A正向下运动，质点C正向上运动，两者速度方向也相反，选项C错误；由于此时B、C两质点都向上运动，B比C先到最大位移处，故B比C先回到平衡位置，选项D正确。
答案：AD
探究(二) 横波和纵波的传播特点
[问题驱动]
如图所示，有一组学生做游戏来模拟波的传播。该游戏模拟的是横波还是纵波？
提示：横波。
[重难释解]
1．横波与纵波的比较
名称
项目 横 波 纵 波
概念 在波动中，质点的振动方向和波的传播方向相互垂直 在波动中，质点的振动方向和波的传播方向在一条直线上
介质 只能在固体介质中传播 在固体、液体和气体介质中均能传播
特征 在波动中交替、间隔出现波峰和波谷 在波动中交替、间隔出现最密部和最疏部
2．对波的认识的两点提醒
(1)水波的认识方面：水波既不是横波也不是纵波，它属于比较复杂的机械波。
(2)纵波的认识方面：在纵波中各质点的振动方向与波的传播方向在同—直线上，而不是方向相同。
典例2(多选)某地发生7.1级强地震，若恰好在震源(位于地下)正上方地区的一个观测站记录的纵波和横波的到达时刻相差5 s，已知在这一地区地震波的纵波和横波的传播速率分别为9 km/s和4 km/s，若近似认为波的速度恒定，则下列判断正确的是 ( )
A．地震时，震源正上方地区的建筑物先左右振动、后上下振动
B．地震时，震源正上方地区的建筑物先上下振动、后左右振动
C．震源距该观测站的距离为25 km
D．震源距该观测站的距离为36 km
[素养训练]
1．下列关于横波与纵波的说法中，正确的是 ( )
A．振源上下振动形成的波是横波
B．振源左右振动形成的波是纵波
C．振源振动方向与波的传播方向相互垂直，形成的波是横波
D．在固体中传播的波一定是横波
解析：区分横波和纵波的依据是波的传播方向和质点振动方向的关系，而横波和纵波都能在固体中传播。
答案：C
2．一列横波正沿水平方向由西向东传播，则下列说法中正确的是 ( )
A．波中各个质点都在由西向东运动
B．波中的各个质点一定沿水平方向振动
C．波中的各个质点一定沿竖直方向振动
D．以上说法都错误
解析：横波中各质点的振动方向与波的传播方向垂直，波在水平方向由西向东传播，质点振动方向与其垂直，不一定沿水平方向，也不一定沿竖直方向，故A、B、C都错。
答案：D
一、培养创新意识和创新思维
(选自鲁科版新教材“迷你实验室”)如图所示，将一支燃烧的蜡烛放在音响喇叭的纸盆前，让音响播放音乐，开大音量，蜡烛的火焰会随着音乐来回摆动，就像在跳舞一样。请思考蜡烛火焰的摆动与纵波有什么联系。
提示：声波是纵波，音响喇叭的纸盆振动，带动空气分子左右振动，从而引起蜡烛的火焰随着音乐左右摆动，音量越大，空气分子左右振动的幅度越大，火焰摆动的幅度也越大。
二、注重学以致用和思维建模
1．图中展示了一张骨牌倒下时引起的相邻骨牌依次倒下的照片，以及一阵风吹过麦地形成的麦浪滚滚的景象。关于骨牌和麦浪的运动，下列说法正确的是
( )
A．骨牌的运动形成了波，麦子的运动形成的不是波
B．麦子的运动形成了波，骨牌的运动形成的不是波
C．麦浪和骨牌的运动都形成了波
D．麦浪和骨牌的运动都没有形成波
解析：推倒一张骨牌时，其余各骨牌由于骨牌间的相互作用也会相继倒下，骨牌本身没有相应位置的移动，所以骨牌的运动形成了波，麦子的运动是由于风力，形成的不是波。所以A正确，B、C、D错误。
答案：A
2．已知地震波分三种：横波(S波)，波速vS＝4.5 km/s；纵波(P波)，波速vP＝9.9 m/s；面波(L波)，vL(1)位于震源上方的某中学地震测报组有单摆A与竖直弹簧振子B(如图甲所示)，地震发生时最先明显振动的是________(选填“A”或“B”)。
(2)地震观测台记录到的地震曲线如图乙所示，由图可知三种波形各对应的地震波类型：a为__________波，b为________波，c为________波。(均选填“S”“P”或“L”)
(3)若在地震曲线图上测得P波与S波的时间差为7.6 s，则地震台距震源约为________km。(共35张PPT)
第二节 机械波的描述
一、机械波的图像
1．填一填
(1)简谐波：波源做简谐运动时，介质的各个质点随之做 运动所形成的波。
(2)波的图像的画法
简谐
(3)波峰和波谷
①波峰：在波的传播方向上达到 最大位移的质点所在处。
②波谷：在波的传播方向上达到 最大位移的质点所在处。
(4)振动图像和机械波的图像
①振动图像表示介质中的某一质点在 的位移。
②机械波的图像表示 各个质点的位移。
2．判一判
(1)波的图像表示质点在各个不同时刻的位移。 ( )
(2)只有横波才能画出波的图像。 ( )
(3)波的图像表示波中各质点在某一时刻的位移。 ( )
正向
反向
各个时刻
某一时刻
×
×
√
3．想一想
如图甲为波的图像，图乙为振动图像，波的图像外形上与振动图像相似，如何辨别它们？
提示：可根据图像的横坐标的意义进行区别，若横坐标为时间t，表示振动图像，若横坐标为位置x，表示波的图像。
相邻
波峰
最密部
最疏部
波谷
介质
性质
×
√
×
3．选一选
如图所示，为一列沿x轴传播的横波，周期为2 s，则该波 ( )
A．波长为2 m B．振幅为10 cm
C．频率为2 Hz D．波速为2 m/s
探究(一) 波的图像的理解和应用
[问题驱动]
一列波的图像如图甲所示，其中某一点的振动图像如图乙所示。
(1)如何区分波的图像与振动图像。
(2)两种图像纵坐标的最大值相同吗？
提示：(1)最简单的方法是看横坐标，振动图
像是时间t，波的图像是传播距离x。
(2)相同，都等于振幅。
[重难释解]
1．由波的图像获得的三点信息
(1)可以直接看出在该时刻沿传播方向上各个质点的位移。
(2)可以直接看出在波的传播过程中各质点的振幅A。
(3)若已知该波的传播方向，可以确定各质点的振动方向；或已知某质点的振动方向，可以确定该波的传播方向。
2．波的图像的周期性
在波的传播过程中，各质点都在各自的平衡位置附近振动，不同时刻质点的位移不同，则不同时刻波的图像不同。质点的振动位移做周期性变化，则波的图像也做周期性变化。经过一个周期，波的图像复原一次。
3．波的传播方向的双向性
如果只知道波沿x轴传播，则有可能沿x轴正向传播，也可能沿x轴负向传播，具有双向性。
典例1 如图所示，实线为简谐波在时刻t的图像，虚线为简谐波经Δt时间后的图像。则下列说法中正确的是 ( )
A．这列简谐波一定沿x轴正向传播
B．这列简谐波一定沿x轴负向传播
C．实线上的质点a经Δt时间后位于虚线上a1位置
D．实线上的质点a经Δt时间后位于虚线上a2位置
[解析] 经Δt时间后的波形可能是t时刻的波形向右平移(向右传播)得到的，也可能是向左平移(向左传播)得到的，根据题意无法判断，A、B错误；波上质点在平衡位置上下振动，并不随波迁移，故C错误，D正确。
[答案] D
[迁移·发散]
上题中，若已知波向右传播，则t时刻质点a的振动方向是怎样的？t＋Δt时刻质点a1的振动方向是怎样的？
提示：若波向右传播，t时刻质点a的振动方向向下，t＋Δt时刻质点a1的振动方向向上。
判断质点振动方向与波的传播方向的四种常用方法
1．上下坡法
沿波的传播方向看，“上坡”的点向下运动，“下坡”的点向上运动，简称“上坡下，下坡上”。如图甲所示。
2．微平移法
原理：波向前传播，波形也向前平移。
方法：作出经微小时间Δt后的波形，就知道了各质点经过Δt时间到达的位置，此刻质点振动方向也就知道了。如图乙所示。
甲
乙
3．同侧法
在波的图像上的某一点，沿竖直方向画出一个箭头表
示质点运动方向，并在同一点沿水平方向画一个箭头表示
波的传播方向，那么这两个箭头总是在曲线的同侧，如图
丙所示。若波向右传播，则P向下运动。
4．带动法
原理：先振动的质点带动邻近的后振动的质点。
方法：在质点P与波源之间的图像上靠近P点另找一点P′，
若P′在P上方，则P向上运动，若P′在P下方，则P向下运动。
如图丁所示。
丙
丁
[素养训练]
3.(多选)如图所示为一弹性绳t＝3 s时的波形，有关这列波的说法正确的是( )
A．若波向右传播，则t＝3 s时质点P的振动方向向下
B．若波向左传播，则t＝3 s时质点P的振动方向向下
C．若波向右传播，则质点Q的起振方向向下
D．若波向左传播，则质点Q的起振方向向上
解析：若波向右传播，根据“上下坡法”，P点在t＝3 s时处于下坡段，故向上振动，A错误；若波向左传播，P点处于上坡段，要向下振动，B项正确；质点的起振方向跟波的最前沿质点的振动方向相同，当波向右传播时，P点是最前沿，故Q点的起振方向向上，C项错误；若波向左传播，M点是最前沿，故Q点的起振方向向上，D项正确。
答案：BD
探究(二) 波长、频率和波速的关系及应用
[问题驱动]
地震时，震源的振动会以横波和纵波两种形式向外传播，两种波在地壳中的传播速度并不一样，首先到达地面的是纵波，接着横波传来，所以在震中的人们会先感到上下颠簸，然后又会感到左右摇摆。
(1)地震时，在地壳中纵波的速度与横波的速度谁大？
(2)同一种波的传播速度取决于什么？
提示：(1)纵波的速度大。
(2)波的传播速度取决于介质。
[重难释解]
1．关于波长的定义
“相邻质点”和“振动相位总是相同”是波长定义的关键，二者缺一不可。
2．波速的决定因素
(1)机械波的波速只与传播介质的性质有关。同一列波在不同介质中传播速度不同；不同频率的同种机械波在同一介质中传播速度相等。
(2)波在同一均匀介质中是匀速传播的。它向外传播的是振动的形式，而不是将质点向外迁移，质点的振动是一种变加速运动，因此质点的振动速度时刻在变。
3．波速公式的理解
典例2 如图所示，一列简谐横波沿x轴正方向传播，在x轴上有P、M、Q三点，从波传到x＝5 m的M点时开始计时，已知t1＝0.7 s时M点第二次出现波峰，求：
(1)这列波传播的速度；
(2)从t＝0时刻起到t2＝1 s止，质点Q(x＝9 m)通过的路程。
[素养训练]
1.一根粗细均匀的绳子，右端固定，一人拿着左端的S点上下振动，产生一列向右传播的机械波，某时刻波形如图所示，则该波的 ( )
A．波速增大 B．波速减小
C．频率增大 D．频率减小
解析：波速是由介质的性质决定的，与波长无关，故该波的波速保持不变，故A、B错误；由题图看出，该波的波长减小，而波速一定，由波速v＝λf分析得知频率增大，故C正确，D错误。
答案：C
2．如图是一列简谐横波在某时刻的波形图，已知图中b位置的质点起振时间比a位置的质点晚0.5 s，b和c之间的距离是5 m，则此列波的波长和频率分别为( )
A．5 m,1 Hz B．10 m,2 Hz
C．5 m,2 Hz D．10 m,1 Hz
3．如图，一列简谐横波平行于x轴传播，图中的实线和虚线分别为t＝0和t＝0.1 s时的波形图。已知平衡位置在x＝6 m处的质点，在0到0.1 s时间内运动方向不变。这列简谐波的周期为________s，波速为________m/s，传播方向沿x轴________(填“正方向”或“负方向”)。
一、培养创新意识和创新思维
(选自鲁科版新教材“物理聊吧”)下图中，有同学认为点M和点N是位移相同的两个质点，它们之间的距离就等于该波的波长；另有同学认为，位移总是相同的点M和点P之间的距离才等于波长。这两位同学的观点对吗？请说出理由。
提示：点M与点P是位移总是相同的相邻两点，其间距等于一个波长，而点M与点N的位移只是在图示时刻相同，而不是总相同，故其间距不等于一个波长。
二、注重学以致用和思维建模
1．(多选)宇航员在太空中做实验，如图所示，左边为理想弹簧振动系统，振子连接一根很长的软绳，沿绳方向设为x轴。某时刻振子从平衡位置O点以某一初速度向上开始做等幅振动(记为第0次)，当振子第5次经过O点时，机械波刚好传播到x＝25 cm处。已知振动频率为f＝10 Hz，振幅为5 cm，则下列说法正确的是 ( )
A．绳上产生的机械波波长为5 cm
B．绳上产生的机械波传播速度为100 cm/s
C．当振子运动的速度最大时，x＝5 cm处的质点运动速度也最大
D．改变振子振动频率，则波在绳子中传播的速度也随之改变
解析：振子第5次经过O点，经过了2.5个周期，传播了2.5个波长，x＝2.5λ，解得机械波波长λ＝10 cm，故A错误。根据波长、频率和波速的关系可知，v＝λf＝100 cm/s，故B正确。x＝5 cm处的质点，与波源相距半个波长，两者振动情况完全相反，当振子运动的速度最大时，x＝5 cm处的质点运动速度也最大，故C正确。波速由介质决定，与振动频率无关，故D错误。
答案：BC
2．机械波的波长与波源的频率及波速有关。一般情况下，机械波在介质中的波速仅由介质决定。
敲击频率为256 Hz的音叉产生的声波，在空气中传播时波长为1.32 m。若换成频率为2 048 Hz的音叉，波长变为多少？
3．停在水面上的两艘船相距24 m。一列水波在湖面上传播开来，使船每分钟上下振动20次。当甲船位于波峰时，乙船位于波谷，这时两船之间还有另一个波峰，如图所示。若将水波视为横波，求这列水波的波长和波速。(共24张PPT)
第三章 机械波
一、主干知识成体系
二、 迁移交汇辨析清
(一)波的干涉和衍射的综合
干涉与衍射的区别：
(1)发生波的干涉和明显衍射的条件。
(2)干涉和衍射的图样区别。
[典例1]利用发波水槽得到的水面波形如图甲、乙所示，则 ( )
A．图甲、图乙均显示了波的干涉现象
B．图甲、图乙均显示了波的衍射现象
C．图甲显示了波的干涉现象，图乙显示了波的衍射现象
D．图甲显示了波的衍射现象，图乙显示了波的干涉现象
[解析] 由波的干涉和衍射概念知，题图甲是一列波的传播，显示了波的衍射现象，题图乙是两列波的传播，显示了波的干涉现象。
[答案] D
[针对训练]
1．(多选)关于波的干涉和衍射现象，下列说法正确的是 ( )
A．两列波在介质中叠加，一定产生干涉现象
B．因衍射是波特有的现象，所以波遇到障碍物时一定能发生明显衍射现象
C．叠加规律适用于一切波
D．只有频率相同的两列波叠加才能产生稳定的干涉现象
解析：频率相同是干涉的必要条件，A错，D对；一切波在任何条件下都能发生衍射现象，但只有障碍物的尺寸与波长相差不多，或比波长小时，衍射现象才明显，B错；波的叠加没有条件，C对。
答案：CD
2．(多选)如图表示两列同频率相干水波在t＝0时刻的叠加情况，图中实线表示波峰，虚线表示波谷，已知两列波的振幅均为2 cm(且在图中所示范围内振幅不变)，波速为2 m/s，波长为0.4 m，E点为BD连线和AC连线的交点。下列叙述正确的是 ( )
A．A、C两点都是振动减弱点
B．振动加强的点只有B、E、D
C．直线BD上的所有点都是振动加强点
D．B、D两点在该时刻的竖直高度差为4 cm
解析：A、C两点都是振动减弱点，A正确；直线BD上的所有点都是振动加强点，B错误，C正确；B点是波谷与波谷相遇，D点是波峰与波峰相遇，所以B、D两点该时刻竖直高度相差为8 cm，D错误。
答案：AC
(二)波的多解问题
机械波多解的原因
(1)传播方向的不确定性。
(2)某过程时间间隔对应周期个数的不确定性。
(3)沿传播方向某两点间距对应波长个数的不确定性。
[典例2] 一列简谐横波图像如图所示，t1时刻的波形如图中实线所示，t2时刻的波形如图中虚线所示，已知Δt＝t2－t1＝0.5 s，问：
(1)这列波的可能的波速表达式；
(2)若波向左传播，且3T＜Δt＜4T，波速为多大？
(3)若波速v＝68 m/s，则波向哪个方向传播？
解决波的多解问题的一般思路
(1)首先考虑双向性，若题目未告知波的传播方向或没有其他条件暗示，应首先按波传播方向的可能性进行讨论。
(2)对设定的传播方向，确定Δt和T的关系，一般先确定最简单的情况，即一个周期内的情况，然后在此基础上加nT。
(3)应注意题目是否有限制条件，如有的题目限制波的传播方向，或限制时间Δt大于或小于一个周期等，所以解题时应综合考虑，加强多解意识。
(4)空间的周期性与时间的周期性是一致的，实质上是波形平移规律的应用，所以应用时可以针对不同题目选择相应方法求解。
2．如图所示，实线是某时刻的波形图线，虚线是0.2 s后的波形图线。
(1)若波向左传播，求它传播的距离及最小距离；
(2)若波向右传播，求它的周期及最大周期；
(3)若波速为35 m/s，求波的传播方向。
(三)波动图像与振动图像的综合
1．波动图像和振动图像的区别和联系
(1)波动图像表示某一时刻各个质点相对平衡位置的位移情况，从波的图像上可直接读出振幅和波长。随着时间的推移，波的图像将沿波速方向匀速移动。
(2)振动图像表示单个质点振动的位移随时间的变化规律，由振动图像上可直接读出振幅、周期和任意时刻的振动方向，随着时间的推移，振动图像继续延伸，原有图像保持不变。
2．由波动图像画振动图像或由振动图像画波动图像
(1)给出波动图像，已知波的传播方向时，可粗略画出任一点的振动图像(周期T未知)。如果能再给出波速便可准确画出任一质点的振动图像。
(2)给出振动图像和波的传播方向，便可画出任一时刻的波形图；或是给出两个质点的振动图像，加上两质点平衡位置的间距和波源方位，便可画出多种情况下的波形图。
[针对训练]
1．一列简谐波沿x轴传播，t＝0时刻的波形如图甲所示，此时质点P正沿y轴负方向运动，其振动图像如图乙所示，则该波的传播方向和波速分别是 ( )
A．沿x轴负方向，60 m/s B．沿x轴正方向，60 m/s
C．沿x轴负方向，30 m/s D．沿x轴正方向，30 m/s(共19张PPT)
第四节 多普勒效应
一、认识多普勒效应
1．填一填
(1)定义：如果波源或观察者或者都相对于传播介质运动，观察者接收到的频率与波源发出的频率 的现象。
(2)产生的原因
①波源与观察者相对静止时，单位时间内通过观察者的完全波的个数是_____ 的，观察者观测到的频率 波源振动的频率。
②波源与观察者相互靠近时，单位时间内通过观察者的完全波的个数 ，观察者观测到的频率 波源的频率，即观察到的频率增大。
③波源与观察者相互远离时，观察到的频率 。
不相同
一定
等于
增多
大于
减小
2．判一判
(1)发生多普勒效应时，波源的频率没有发生变化。 ( )
(2)当波源和观察者向同一个方向运动时，一定发生多普勒效应。 ( )
(3)只有横波才能发生多普勒效应。 ( )
3．想一想
炮弹由远处飞来从头顶呼啸而过的整个过程中，我们所听到的音调会发生怎样的变化？为什么？
提示：波源与观察者距离的变化会引起接收频率的变化，频率的变化会引起音调的变化，由于炮弹离我们先变近后变远，所以音调先变高后变低。
√
×
×
二、多普勒效应的应用
填一填
(1)修理铁路的工人可以从火车的汽笛声判断火车运行的 和快慢。
(2)交警可以利用多普勒测速雷达测出汽车的 。
(3)根据光的多普勒效应，由地球上接收到遥远天体发出的光波的频率，可判断遥远天体相对地球的 。
(4)现代医学应用多普勒超声对人体体内器官进行观察。
方向
速度
运动速度
探究(一) 多普勒效应产生的原因分析
[问题驱动]
有经验的铁路工人可以通过分辨火车的汽笛声来判断火车的运行方向和快慢。
(1)火车的运动方向和快慢对铁路工人接收到的声音频率有影响吗？
(2)铁路工人是怎样通过分辨火车的汽笛声来判断火车的运行方向和快慢的？
提示：(1)有影响，火车的运动方向和快慢对铁路工人在单位时间里接收到声波的完整波的个数有影响，从而影响接收到声音的频率。
(2)铁路工人是通过分辨所感受到汽笛的音调高低来判断火车的运行方向和快慢的：若火车靠近工人，工人感觉到汽笛的音调变高，速度越大，音调越高，反之速度越小，音调越低。
[重难释解]
1．相对位置变化与频率的关系
相对位置 图示 结论
波源S和观察者A相对介质不动 f波源＝f观察者，音调不变
波源S不动，观察者A运动，由A→B或A→C 若靠近波源，由A→B，则f波源＜f观察者，音调变高；若远离波源，由A→C，则f波源＞f观察者，音调变低
观察者A不动，波源S运动，由S→S2
f波源＜f观察者，音调变高
2．成因归纳
根据以上分析可知，发生多普勒效应时，一定是由于波源与观察者之间发生了相对运动。
典例1 汽车无人驾驶技术已逐渐成熟，最常用的是ACC自适应巡航控制，它可以控制无人车在前车减速时自动减速、前车加速时自动跟上去。其使用的传感器主要有毫米波雷达，该雷达会发射和接收调制过的无线电波，再通过因波的时间差和多普勒效应造成的频率变化来测量目标的相对距离和相对速度。若该雷达发射的无线电波的频率为f，接收到的回波的频率为f′，则 ( )
A．当f＝f′时，表明前车与无人车速度相同
B．当f＝f′时，表明前车一定处于静止状态
C．当f′>f时，表明前车在加速行驶
D．当f′[解析] 当声源和观察者之间的距离不变化时，观察者接收到的频率和声源发出的频率相等，故当f＝f′时，说明二者之间的距离不变，表明前车与无人车速度相同，但不一定静止，故A正确，B错误；当f′>f时，说明接收到的频率增大，说明两车距离减小，表明前车在减速行驶，故C错误；当f′[答案] A
发生多普勒效应的条件
(1)发生多普勒效应是由于波源与观察者发生了相对运动，当波源和观察者都运动但无相对运动时则不会发生多普勒效应。
(2)多普勒效应的产生不是取决于波源距离观察者有多远，而是取决于波源相对于观察者运动速度的大小和方向。
[素养训练]
1．有经验的铁路养护人员可以从火车鸣笛的声音判断火车的行驶方向。他所利用的是声波的 ( )
A．干涉现象 B．衍射现象
C．多普勒效应 D．反射现象
解析：据多普勒效应现象，当火车运动方向靠近养护人员时，他听到的声音音调较高，火车远离养护人员时，他听到的声音音调较低。
答案：C
2．(多选)一渔船向鱼群发出超声波，若鱼群正向渔船靠近，则被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比 ( )
A．波速变大 B．波速不变
C．频率变高 D．频率不变
解析：渔船与鱼群发生相对运动，被鱼群反射回来的超声波的速度大小不变；由多普勒效应知，反射回来的超声波的频率变高，故选项B、C正确。
答案：BC
探究(二) 多普勒效应的理解和应用
[问题驱动]
美国霍普金斯大学利用多普勒效应对苏联第一颗人造卫星进行了跟踪试验。科学家发现，当卫星向近地点运动时返回的信号频率增加，卫星向远地点运动时返回的信号频率降低。
(1)波源的频率由谁决定？
(2)观察者接收到的频率与哪些因素有关？
提示：(1)由波源本身决定。
(2)观察者接收到的频率与波源的频率、波源与观察者的相对运动有关。
典例2 公路巡警开车在高速公路上以100 km/h的恒定速度巡查，在同一车道上巡警车向前方的一辆轿车发出一个已知频率的超声波，如果该超声波被那辆轿车反射回来时：
(1)若巡警车接收到的超声波频率比发出的低，轿车的速度为多少；
(2)若巡警车接收到的超声波频率比发出的高，轿车的速度为多少。
[解析] (1)如果巡警车接收到的超声波频率比发出时低，由多普勒效应可知，巡警车与轿车在相互远离。又由于巡警车在后且车速恒定，所以轿车的速度大于100 km/h。
(2)如果巡警车接收到的超声波频率比发出时高，由多普勒效应可知，巡警车与轿车在相互靠近，同理可知，轿车的速度小于100 km/h。
[答案] (1)轿车的速度大于100 km/h
(2)轿车的速度小于100 km/h
观察者接收到的频率的判断
(1)声音的音调取决于频率，频率高则音调高，频率低则音调低。
(2)当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率大于波源频率，音调变高；反之，观察者接收到的频率小于波源频率，音调变低。
[素养训练]
1．(多选)下列选项与多普勒效应有关的是 ( )
A．科学家用激光测量月球与地球间的距离
B．医生利用超声波探测病人血管中血液的流速
C．技术人员用超声波探测金属、陶瓷、混凝土中是否有气泡
D．交通警察向车辆发射超声波并通过测量反射波的频率确定车辆行进的速度
解析：A选项科学家用激光测量月球与地球间的距离是利用了波的反射原理，故选项A错误；选项B、D利用了超声波的多普勒效应，故B、D正确；选项C利用了超声波波长短，穿透能力强的特点，故C错误。
答案：BD
2．轮船在进港途中的x- t图像如图所示，则在港口所测
到轮船上汽笛发出声音的频率是图中的哪一个( )
