【学霸笔记：同步精讲】16 第三章 第三节 机械波的传播现象 课件--高中粤教版物理选择性必修第一册

(共72张PPT)
现代文阅读Ⅰ
把握共性之“新”　打通应考之“脉”
第三章　机械波
第三节　机械波的传播现象
[学习目标]　1．知道机械波的衍射和干涉．2．了解惠更斯原理．3．了解机械波的反射和折射特点．
必备知识·自主预习储备
知识点一　机械波的衍射与惠更斯原理
1．波的衍射
水波在遇到小障碍物或者小孔时，能____障碍物或____小孔继续向前传播的现象．______都能发生衍射，衍射是波____的现象．
绕过
穿过
一切波
特有
2．惠更斯原理
介质中波动传到的各点都可以看作是发射____的波源，在其后的任一时刻，这些子波的包络就形成新的____．这就是惠更斯原理，该原理对任何波动过程都是____的．
子波
波面
适用
知识点二　机械波的反射和折射
在波的反射中，波的频率、波速和波长都____．在波的折射中，____不变，波速和波长发生改变．
不变
频率
知识点三　机械波的干涉
1．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自己原有的____，如同在各自的传播路径中并没有遇到其他波一样．相遇区域中各点的位移，就是这两列波引起的位移的____，这一规律称为波的叠加原理．
特性
合成
2．波的干涉
(1)条件：两列波产生干涉的必要条件是____相同，______恒定，振动方向相同．
(2)波的干涉：对于频率相同的两列波，在相遇的区域水面上，会出现____的相对平静的区域和剧烈振动的区域．这两个区域在水面上的位置是____的，且互相____．这种现象为波的干涉．
频率
相位差
稳定
固定
隔开
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)．
(1)任何波的波线与波面都相互垂直． (　　)
(2)反射波的频率、波速与入射波相同． (　　)
(3)折射波的频率、波速与入射波相同． (　　)
(4)当障碍物或狭缝的尺寸跟波长相差不大时，有明显的衍射现象． (　　)
√
√
×
√
2．(多选)下列叙述属于波的反射现象的是(　　)
A．在空房间里讲话，会感到声音比在野外响
B．水波从深水区入射到浅水区方向变化
C．讲话者又听到自己的回声
D．声波从空气中进入水中速度变大
AC　[A、C都属于波的反射现象，B、D属于波的折射现象．]
√
√
3．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．听到墙外人的说话声
D．晚上看到水中月亮的倒影
C　[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，A、B、D不属于衍射现象．]
√
关键能力·情境探究达成
水波通过两座小山之间狭窄的水面时，形成半圆形的水波向外扩散，绕过小山，这是什么缘故？如果两座小山之
间的水面更宽或更窄，这种现象还会存在吗？
提示：波绕到小山后面的现象就是波的衍射.存在，
障碍物或孔、缝的尺寸大小只影响衍射现象的明显
程度．
考点1　机械波的衍射与惠更斯原理
1．关于衍射的条件
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，或比波长小是发生明显衍射的条件．
2．波的衍射实质分析
由惠更斯原理可知，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．衍射图样

(1)图甲为水波遇到较宽的缝．
(2)图乙为水波遇到较窄的缝．
【典例1】　如图所示，O是水面上一波源，实线和虚线分别表示某时刻的波峰和波谷，A是挡板，B是小孔．若不考虑波的反射因素，则经过足够长的时间后，水面上的波将分布于(　　)
A．整个区域
B．阴影Ⅰ以外区域
C．阴影Ⅱ以外区域
D．阴影Ⅱ和Ⅲ以外的区域
√
B　[从题图中可以看出A挡板宽度比波长大，所以不能发生明显的衍射现象，而B小孔宽度比波长小，能发生明显的衍射现象，所以经过足够长的时间后，水面上的波将分布于阴影Ⅰ以外区域，故B正确．]
规律方法　衍射是波所特有的现象
(1)衍射是波所特有的现象，一切波都会发生衍射现象．
(2)衍射现象总是存在的，只有明显和不明显的差异．
(3)一般情况下，波长越大的波越容易发生明显的衍射现象．
[跟进训练]
1．某同学观察到波长相同的水波通过两个宽度不同的狭缝时的现象，如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．水波通过狭缝后波长变短
B．这是水波的衍射现象，有些波
不能发生衍射现象
C．此现象可以说明，波长一定，缝越窄衍射现象越明显
D．此现象可以说明，缝宽一定，波长越长衍射现象越明显
√
C　[波衍射后不影响波的特性，即波长和频率不变，A错误；波的衍射是波特有的性质，故所有波都会发生衍射现象，B错误；从题图中可知第1幅图衍射现象比较明显，所以波长一定，缝越窄衍射现象越明显，由于题中给出的是波长一定的情况，无法得出缝宽一定时的衍射情况，故C正确，D错误．]
考点2　波的反射和波的折射
1．对波的反射的理解
(1)波发生反射时波的传播方向发生了变化．
(2)反射波和入射波在同一介质中传播，介质决定波速，因此波速不变，波的频率是由波源决定的，因此波的频率也不改变，根据公式λ＝，可知波长也不改变．
2．波的反射、折射现象中各量的变化
(1)波向前传播，在两种介质的界面上会同时发生反射现象和折射现象，一些相关物理量变化如下：
波现象 波的反射 波的折射
传播方向 改变，i＝i′ 改变，r≠i
频率f 不变 不变
波速v 不变 改变
波长λ 不变 改变
(2)说明
①频率f 由波源决定，故无论是反射波的频率还是折射波的频率都等于入射波的频率．
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；折射波与入射波在不同介质中传播，波速变化．
③根据v＝λf，波长λ与v及f有关，即与介质和波源有关，反射波与入射波在同一介质中，波速相同、频率相同，故波长相同．折射波与入射波在不同介质中传播，v不同，f相同，故λ不同．
3．波的反射现象的应用
(1)回声测距
①当声源不动时，声波遇到了障碍物会返回来继续传播，反射波与入射波在同一介质中传播速度相同，因此，入射波和反射波在传播距离一样的情况下，用的时间相等，设经时间t听到回声，则声源距障碍物的距离为s＝v声 ．
②当声源以速度v向静止的障碍物运动或障碍物以速度v向静止的声源运动时，声源发声时障碍物到声源的距离为s＝(v声＋v)．
③当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离声源时，声源发声时障碍物到声源的距离s＝(v声－v)．
(2)超声波定位
蝙蝠能发出超声波，超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来，蝙蝠就根据接收到的反射回来的超声波来确定障碍物或食物位置，从而确定飞行方向．另外海豚、雷达也是利用波的反射来定位或测速的．
【典例2】　有一辆汽车以15 m/s的速度匀速行驶，在其正前方有一陡峭山崖，汽车鸣笛2 s 后司机听到回声，此时汽车距山崖的距离多远？(v声＝340 m/s)
[解析]　如图所示为汽车与声波的运动过程示意图．
设汽车由A到C路程为s1，C点到山崖B距离为s；声波由A到B再反射到C路程为s2，因汽车与声波运动时间同为t
则有s2＝s1＋2s
即v声t＝v汽t＋2s
所以s＝＝ m＝325 m．
[答案]　325 m
[跟进训练]
2．人耳只能区分相差0.1 s以上的两个声音，人要听到自己讲话的回声，人离障碍物的距离至少要大于多少米？(已知声音在空气中的传播速度为 340 m/s)
[解析]　从人讲话到声音传到人耳的时间取0.1 s时，人与障碍物间的距离最小.单程考虑，声音从人传到障碍物或从障碍物传到人耳时t＝ s＝0.05 s，故人离障碍物的最小距离x＝vt＝340×0.05 m＝
17 m．
[答案]　17 m
考点3　波的叠加与波的干涉
1．波的干涉与波的叠加
(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，但干涉必须是满足一定条件的两列波叠加后形成的现象．
(2)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、振动方向相同、相位差恒定．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．干涉图样及其特征
(1)干涉图样
(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．
【典例3】　(多选)如图所示，S1、S2是振幅均为A的两个水波波源，某时刻它们形成的波峰和波谷分别由实线和虚线表示．则下列说法中正确的是(　　)
A．两列波在相遇区域发生干涉
B．两列波在相遇区域内发生叠加
C．此时各点的位移是：xA＝0，
xB＝－2A，xC＝2A
D．A处振动始终减弱，B、C处振动始终加强
√
√
[思路点拨]　(1)从图中可以看出，两列水波波长不同，频率不同，不能发生干涉现象．
(2)两列波叠加，任何一个质点的总位移等于两列波在该点上的位移的矢量和．
BC　[两列波发生干涉的条件是：频率相同，相位差恒定，振动方向相同，从题图上可知λ1≈2λ2，则2f1≈f2，这两列波不是相干波，故不能发生干涉现象，A错误；两列机械波在相遇区域发生叠加，这是波的基本现象之一，其结果是：任何一个质点的总位移，都等于这两列波引起的位移的矢量和，所以B、C正确；由于频率不同，叠加情况会发生变化，如C处此时两波峰相遇，但经，S2在C处是波谷，S1则不是，故C处振动不能始终加强，D错误．]
规律方法　确定振动加强点和减弱点的技巧
(1)波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇的点为振动加强点，波峰与波谷相遇的点为振动减弱点．
(2)在波的传播方向上，加强点的连线为加强区，减弱点的连线为减弱区．
(3)不管波如何叠加，介质中的各质点均在各自的平衡位置附近振动．
[跟进训练]
3．如图所示是水波干涉示意图，S1、S2是两波源，A、D、B三点在一条直线上，两波源频率相同，振幅相等，则下列说法正确的是(　　)
A．A处质点一会儿在波峰，一会儿在波谷
B．B处质点一直在波谷
C．C处质点一会儿在波峰，一会儿在波谷
D．D处质点一直在平衡位置
√
A　[A、B、D三点都在振动加强区，三处质点均做简谐运动，质点一会儿在波峰，一会儿在波谷，选项A正确，B、D错误；点C是振动减弱点，又因两波振幅相等，故C处质点一直在平衡位置不动，选项C错误．]
学习效果·随堂评估自测
1．(多选)以下关于波的认识，正确的是(　　)
A．潜水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吸波材料，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直线传播
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
√
√
√
ABD　[声呐、雷达都是利用接收反射波来进行定位，A正确，C错误；D选项中水波的传播方向发生改变属于波的折射现象，D正确；隐形飞机是通过减少波的反射达到隐形的目的，B正确．]
2．战绳训练是当下流行的一种健身方式，健身者通过晃动战绳的一端使其上下振动从而让手臂和肩部的肌肉得到良好的锻炼，其简化图如图所示，不妨假设健身者左右手抓住的绳子是完全相同的，两手的振动能持续保持相同的频率和振幅，下列说法正确的是(　　)
A．健身者左右手开始抖动时的方向是相同的
B．当左右两列绳波传到P点时振动将得到加强
C．右手绳子上的a、b两点振动情况始终相同
D．如果只增加左右手上下振动的幅度，绳波的波长变短
√
C　[根据波形平移法可知，健身者左右手开始抖动时的方向是相反的，A错误；当左右两列绳波传到P点时，P点为振动减弱点，B错误；题图中右手绳子上的a、b两点都处于波谷，由于振动周期相同，a、b两点将同时到达波峰，C正确；如果只增加左右手上下振动的幅度，由于频率不变，波速不变，可知绳波的波长保持不变，D错误．]
3．(多选)(源自粤教版教材改编)如图所示，水平面内两个沿竖直方向振动的相干波源S1、S2发出的简谐横波在同一均匀介质中相遇，波长均为5 cm，波源S1的振幅为2 cm，S2的振幅为4 cm．图中实线表示某时刻的波峰，虚线表示该时刻的波谷，a、c、e三点均位于S1、S2连线的中垂线上，其中e点是a、c连线的中点，b、d、f三点为圆弧的交点．下列说法正确的是(　　)
A．图示时刻a、c两点连线上的任意一点(不含a、c)均向下振动
B．b点的振幅为2 cm
C．图中b、d、f三点位于同一条双曲线上
D．图中e点的振幅为0，但是它是振动加强点
√
√
√
ABC　[由题意知，两相干波源能形成稳定干涉图样，其连线中垂线上的点均为振动加强点，由题图可知，a点是波谷与波谷相遇的点，c点是波峰与波峰相遇的点，题图所示时刻ac连线上的点(不含a、c)都是向下方运动的，故A正确；由题图可知，b点是波峰与波谷相遇的点，设波源S1产生的波的振幅为A1，波源S2产生的波的振幅为A2，则b点的振幅A＝A2－A1＝2 cm，故B正确；由题图可知b、d、f三点到两个波源的距离之差均为半波长，根据几何知识可得，b、d、f三点在同一条双曲线上，故C正确；图示时刻e点的位移为0，但e点为振动加强点，振幅为6 cm，故D错误。]
4．甲、乙两人平行站在一堵又高又宽的墙前面，二人相距2a，距墙均为，当甲开了一枪后，乙在t时间后听到第一声枪响，则乙听到第二声枪响的时间为(　　)
A．甲开枪t后 B．甲开枪2t后
C．甲开枪3t后 D．甲开枪4t后
√
B　[设声速为v，乙听到第一声枪响必然是甲开枪的声音直接传到乙的耳朵中，故t＝ ①
甲、乙两人与墙的位置如图所示，乙听到的第二声枪响必然是墙反射的枪声，由声波的反射定律和几何关系得
AC＝BC＝AB＝2a
故乙听到第二声枪响的时间为
t′＝＝ ②
由①②得t′＝2t，故B正确．]
回顾本节内容，自主完成以下问题：
1．波反射时频率与波速如何变化？
提示：反射波与入射波在同一介质，频率与波速都不变化．
2．是不是只有在小孔或障碍物尺寸与波长差不多或比波长小才有衍射现象？
提示：衍射现象什么时候都有，只是在小孔或障碍物尺寸与波长差不多或比波长小才有明显的衍射现象．
3．波的叠加与波的干涉的区别？
提示：波的叠加是无条件的，干涉的产生是有条件的：两列同类的波，频率相同，相位差恒定，振动方向相同．
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
?考点一　波的衍射
1．在水槽里放两块挡板，中间留一个狭缝，观察水波通过狭缝后的传播情况，图(一)是保持水波的波长不变，改变狭缝的宽度，观察水波的传播情况变化；图(二)是实验时拍摄波长不同的水波通过宽度一定的狭缝的照片，在甲、乙、丙三幅照片中，波长分别是狭缝宽度的、、，对比这三张照片观察衍射现象与波长、狭缝宽度的关系．该实验现象表明(　　)
课时分层作业(十)　机械波的传播现象
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
A．只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸比波长大，才能观察到明显的衍射现象
B．只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小，才能观察到明显的衍射现象
C．图(二)丙图可以得出，波长比狭缝小太多就不会发生衍射现象
D．图(一)甲图可以看出，狭缝宽度再增加就不会发生衍射现象
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
B　[由题图(一)可知，波长一定时，狭缝越窄衍射现象越明显；由题图(二)可知，狭缝宽度一定，波长越长衍射现象越明显；只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小，才能观察到明显的衍射现象，故A错误，B正确；由题图(二)丙图可以得出，波长比狭缝小太多同样会发生衍射现象，只是衍射现象不明显，故C错误；由题图(一)甲图可以看出，狭缝宽度再增加也会发生衍射现象，只是衍射现象不明显，故D错误．]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
2．生活中手机小孔位置内安装了降噪麦克风，其原理是通过其降噪系统产生与外界噪音相位相反的声波叠加从而实现降噪的效果．图乙表示的是理想情况下的降噪过程，实线表示环境噪声，虚线表示降噪系统产生的等幅反相声波，则(　　)
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
A．降噪过程应用的是声波的干涉原理，P点振动加强
B．降噪过程应用了声波的衍射原理，使噪声无法从外面进入耳麦
C．降噪声波与环境噪声声波的传播速度大小相等
D．质点P经过一个周期向外迁移的距离为一个波长
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
C　[由于传播介质相同，所以降噪声波与环境噪声声波的传播速度大小相等，故C正确；由题图乙可知，降噪声波与环境声波波长相等，则频率相同，叠加时产生稳定干涉，又由于两列声波等幅反相，所以能使振幅减为零，从而起到降噪作用，两列声波在P点的振动方向相反，所以P点为振动减弱点，故A、B错误；P点并不随波迁移，故D错误．]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
3．在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子振动频率是 5 Hz，水波在水槽中的传播速度为0.05 m/s，为观察到显著的衍射现象，小孔直径d应满足(　　)
A．d＝10 cm　　 B．d＝5 cm
C．d＞1 cm D．d＜1 cm
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
D　[在水槽中激发的水波波长为λ＝＝ m＝0.01 m＝1 cm，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，故D正确．]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
?考点二　波的反射和波的折射
4．图中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，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
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
D　[波线1、2都在介质a中传播，故1、2的频率、波速、波长均相等，故A、B错误；波线1、3是在两种不同介质中传播，波速不同，但波源没变，因而频率相等，由λ＝，得波长不同，故C错误，D正确．]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
5．(源自粤教版教材改编)将一根粗绳A和一根细绳B连接起来，再将其放在光滑的水平玻璃面上，在粗绳左端抖动一下产生如图甲所示的入射波，图乙是绳波经过交界点之后的某一时刻首次出现的波形．返回粗绳的为反射波，在细绳上传播的为透射波．可以判断(　　)
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
A．入射波和反射波的速度大小不等
B．入射波和透射波的速度大小相等
C．反射波和透射波的速度大小不等
D．入射波和透射波的频率不等
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
C　[波的传播速度只与介质有关，入射波和反射波是在同一介质中传播的，故波速大小相等，A错误；同理，入射波和透射波、反射波和透射波均不是在同一介质中传播的，波速大小均不相等，B错误，C正确；波的频率仅由波源决定，与介质无关，所以入射波和透射波的频率相等，D错误．]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
?考点三　波的叠加与干涉
6．当两列水波发生干涉时，如果两列波的波峰在P点相遇，下列说法正确的是(　　)
A．质点P的振动有时是减弱的
B．质点P的振幅最大
C．质点P的位移始终最大
D．质点P的位移一定不为零
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
B　[P点是两列波的波峰的相遇点，故其振动始终是加强的，A错误；质点P处于振动加强区，振幅最大，B正确；对于某一个振动的质点，位移是会随时间变化的，C错误；质点振动到平衡位置时，位移为零，D错误．]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
7．(多选)如图所示，沿一条直线相向传播的两列波的振幅和波长均相等，当它们相遇时可能出现的波形是图中的(　　)
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
√
√
BC　[当这两列波的前半个波(或后半个波)相遇时，根据波的叠加原理，在前半个波(或后半个波)重叠的区域内所有的质点振动的合位移为零，而两列波的后半个波(或前半个波)的波形保持不变，所以B正确；当两列波完全相遇时(即重叠在一起)，由波的叠加原理可知，所有质点振动的位移均等于每列波单独传播时引起的位移的矢量和，使得所有的质点振动的位移加倍，所以C正确．]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
8．如图所示，S1、S2为水波槽中的两个波源，它们分别激起两列水波，图中实线表示波峰，虚线表示波谷．已知两列波的波长分别为λ1和λ2且λ1＜λ2，该时刻在P点两列波的波峰与波峰相遇，则以下叙述正确的是(　　)
A．P点有时在波峰，有时在波谷，
振动始终加强
B．P点始终在波峰
C．P点的振动不遵循波的叠加原理，也不始终加强
D．P点的振动遵循波的叠加原理，但并不始终加强
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
D　[任何波的叠加都遵循波的叠加原理，但只有两列波发生干涉时，才能形成稳定的干涉图样，即S1、S2两列波只有频率相同、相位差恒定时，才可在P点始终加强.故D正确．]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
谢 谢！