教科版高中物理选择性必修第一册第三章机械波第5节波的衍射第6节多普勒效应课件（41页PPT）

(共41张PPT)
[学习目标]
1.了解波的衍射现象和衍射图样，理解波发生明显衍射现象的条件，知道衍射是波特有的现象。
2.通过实验认识多普勒效应，知道多普勒效应产生的原因，能用多普勒效应解释有关问题。
1.波的衍射现象：波能够_____障碍物的后面传播的现象。
2.发生明显衍射的条件：当缝的______或障碍物的_________与______相差不多，或________时，就能看到明显的衍射现象。
3.水波衍射的两种情境
(1)障碍物情境：当障碍物较小时发现波绕过障碍物继续前进，如同障碍物不存在一样。如图甲所示，衍射现象明显。
绕到
宽度
尺寸大小
波长
比波长小
(2)小孔情境：当孔较小时发现孔后的整个区域里传播着以孔为中心的圆形波。如图乙所示，衍射现象明显。
[易错辨析]
(1)孔的尺寸比波长大得多时就不会发生衍射现象。( )
(2)当缝或孔的尺寸比波长大得多时，就不会发生衍射现象。( )
(3)不只是水波，声波也发生衍射。( )
×
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√
[例1]　(多选)一列波在传播过程中通过一个障碍物，发生了一定程度的衍射，以下哪种情况可以使衍射现象更明显(　　)
A.增大障碍物的尺寸 B.减小波的频率
C.缩小障碍物的尺寸 D.增大波的频率
解析　波在介质中传播时波速是由介质决定的，与波的频率无关，所以改变波的频率不会改变波速，但由v＝λf可知，当波速一定时，减小频率则波长增大。而发生明显衍射的条件是障碍物或孔、缝的尺寸比波长小或相差不多，要使衍射现象变得明显，可以通过缩小障碍物的尺寸，同时增大波长即减小波的频率来实现，B、C正确。
BC
[例2]　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，布网就成了声波衍射的障碍物，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
A
[总结提升]
衍射现象的两点提醒
(1)障碍物的尺寸的大小不是发生衍射的条件，而是发生明显衍射的条件，波长越大越易发生明显衍射现象。
(2)当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但衍射波的能量很弱，也很难观察到波的衍射。
1.多普勒效应：当观测者和波源之间有__________时，观测者测得的频率与波源频率不同。后来这一现象就被命名为___________。
2.多普勒效应的成因
(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______。
相对运动
多普勒效应
相同
(2)波源相对于介质静止不动，观测者相对波源运动。当观测者朝着波源运动时，它在单位时间内接收到的完整波数目______，表明测得的频率______波源振动的频率；当观测者远离波源运动时，它在单位时间内接收到的完整波数目______，表明测得的频率______波源振动的频率。
(3)观测者相对介质静止，波源相对观测者运动。当观测者与波源两者相互接近时，接收到的频率将_____波源的频率；当二者远离时，接收到的频率将_____波源的频率。
增多
大于
减少
小于
大于
小于
3.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相对静止，如图所示 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，如图所示 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，如图所示 f波源＜f观察者，音调变高
4.多普勒效应的应用
(1)机械波、电磁波都会产生多普勒效应。根据____的变化，我们可以测出波源相对于介质的速度。
(2)医疗上，利用超声波的多普勒效应，可以测量心脏血流______，为诊断提供重要依据。
(3)多普勒效应在测定人造卫星____的变化，测定流体的流速，检查车速等方面都有广泛的应用。
(4)在天文学上，由地球上接收到遥远天体发出的光波的频率可以判断遥远的天体相对于地球的运动_____。
频率
速度
位置
速度
[易错辨析]
(1)当波源和观察者向同一个方向运动时，一定会发生多普勒效应。( )
(2)火车的音调越来越高，说明火车正从远处靠近观察者。( )
(3)只有声波才能发生多普勒效应。( )
(4)发生多普勒效应时，波源的频率发生了变化。( )
(5)当观察者远离波源运动时，观察者接收到的波的频率变大。( )
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√
[例3]　(多选)下列说法正确的是(　　)
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，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，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，选项D正确。
BCD
[例4]　(多选)警车向路上的车辆发射频率已知的超声波，同时探测反射波的频率。下列说法正确的是(　　)
A.车辆匀速驶向停在路边的警车，警车探测到的反射波频率增高
B.车辆匀速驶离停在路边的警车，警车探测到的反射波频率降低
C.警车匀速驶向停在路边的汽车，探测到的反射波频率降低
D.警车匀速驶离停在路边的汽车，探测到的反射波频率不变
解析　车辆(警车)匀速驶向停在路边的警车(车辆)，两者间距变小，产生多普勒效应，警车探测到的反射波频率增高，选项A正确，C错误；车辆(警车)匀速驶离停在路边的警车(车辆)，两者间距变大，产生多普勒效应，警车探测到的反射波频率降低，选项B正确，D错误。
AB
1.(波的衍射)下列现象属于波的衍射现象的是(　　)
A.面对障碍物大喊一声，过一会儿听见自己的声音
B.将一个音叉敲响，人围它走一周，将听到忽强忽弱的声音
C.在障碍物的后面可以听到前面人说话的声音
D.一人敲一下长管的一端，另一人用耳朵贴紧钢管的另一端，先后听到两次声音
解析　面对障碍物大喊一声，过一会听见自己的声音，这是声音的反射，故A错误；将一个音叉敲响，人围它走一周，将听到忽强忽弱的声音，这是声波干涉现象，故B错误；在障碍物的后面可以听到前面人说话的声音，这是波绕过障碍物，传播到障碍物后面的衍射现象，故C正确；一人敲一下长钢管的一端，另一人用耳朵贴紧钢管的另一端，先后听到两次声音，这是声音在不同介质中传播速度不同造成的，故D错误。
C
2.(波的衍射)(多选)如图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.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
ABC
3.(多普勒效应)下列关于多普勒效应的说法正确的是(　　)
A.只要波源在运动，就一定能观察到多普勒效应
B.如果声源静止，就观察不到多普勒效应
C.当声源朝着观察者运动时，声源的频率变高
D.当声源相对于观察者运动时，观察者听到的声音的频率可能变高，也可能变低
解析　波源运动时，波源与观察者间的距离不一定变化，不一定发生多普勒效应，A错误；声源静止时，若观察者相对声源运动，可能发生多普勒效应，B错误；声源朝着观察者运动时，声源频率不变，观察者接收到的频率变高，C错误；声源相对观察者运动时，二者距离可能增大，也可能减小，故观察者接收到的频率可能变低，也可能变高，D正确。
D
4.(多普勒效应)(多选)下面哪些应用是利用了多普勒效应(　　)
A.利用地球上接收到遥远星体发出的光波的频率来判断遥远星体相对于地球的运动速度
B.交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波，电磁波被运动的汽车反射回来，根据接收到的电磁波的频率发生的变化，就知道汽车的速度，以便于进行交通管理
C.铁路工人把耳朵贴在铁轨上可判断火车的运动情况
D.有经验的战士从炮弹飞行的尖叫声判断飞行炮弹是接近还是远去
ABD
解析　凡是波都具有多普勒效应，因此利用光波的多普勒效应便可以测定遥远星体相对于地球运动的速度，故A选项正确；被反射的电磁波，相当于一个运动的物体发出的电磁波，其频率发生变化，由多普勒效应的计算公式可以求出运动物体的速度，故B选项正确；铁路工人把耳朵贴在铁轨上可判断火车的运行情况，是利用声音在固体中传播得快的特点，与多普勒效应无关，故C选项不符合题意；炮弹飞行，与空气摩擦产生声波，人耳接收到的频率与炮弹的相对运动方向有关，故D选项正确。
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[基础巩固练]
1.下列现象不属于波的明显衍射现象的是(　　)
A.“隔墙有耳”
B.“空山不见人，但闻人语响”
C.河中芦苇后面没有留下无波的区域
D.池中假山前有水波，假山后无水波
解析　假山前有波，假山后无波，说明波没有绕过障碍物，因此不属于明显衍射现象，故D正确。
D
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2.关于波的干涉与衍射，下列说法正确的是(　　)
A.频率不同的两列波在相遇的区域内叠加时能发生干涉现象
B.几个人在同一间房间说话，相互间听得清楚，这说明声波在相遇时互不干涉
C.衍射和干涉都是只有横波才有的现象
D.波长比障碍物或孔的宽度大得多时，衍射现象不明显
解析　两列波发生干涉的条件是两列波的频率相同，A错误；几个人在同一间房间说话，声带振动发出的声波在空间中相互叠加后，不改变每列波的振幅、频率，所以声波传到人的耳朵后，仍能分辨出不同的人所说的话，B正确；衍射和干涉都是波特有的现象，C错误；当波长比障碍物或孔的宽度大得多时，将发生明显的衍射现象，D错误。
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3.停在海面的驱逐舰向驶近的潜艇发射某频率的超声波，并接收该潜艇反射回的超声波。若不考虑海水流动对超声波的影响，则与发射的超声波相比(　　)
A.潜艇接收到的超声波频率变小，波速不变
B.潜艇接收到的超声波频率变大，波速变大
C.驱逐舰接收到的超声波频率变大，波速不变
D.驱逐舰接收到的超声波频率变小，波速变小
解析　停在海面的驱逐舰向驶近的潜艇发射某频率的超声波，根据多普勒效应可知，与发射的超声波相比潜艇接收到的超声波频率变大；由于机械波的波速只由介质决定，所以波速不变，故C正确。
C
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4.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(uA.f增大，v增大 B.f增大，v不变
C.f不变，v增大 D.f减小，v不变
解析　由于声波的速度只由介质决定，故v不变，根据多普勒效应可知，当声源靠近接收器时，接收器接收到的频率f增大，故B项正确。
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A.乒乓球会随水波的传播向远处运动
B.若仅将右侧挡板向左平移一小段距离，乒乓球的振动会变得比原来明显
C.若仅增大水波波源的振动频率，乒乓球的振动会变得比原来明显
D.此实验研究的是水波的干涉
解析　乒乓球会在平衡位置附近振动，但不会向远处传播，A错误；将右侧挡板向左平移一小段距离，缝的宽度减小，衍射现象更加明显，所以乒乓球的振动会变得比原来更明显，B正确；增大波源的振动频率，则波长会变小，衍射现象较之前比变得不明显，乒乓球的振动没有原来明显，C错误；此实验研究的是水波的衍射，D错误。
B
5.在水槽里放两块挡板，中间留一个狭缝，水波通过狭缝的传播情况如图所示。若在挡板后的M点放置一乒乓球，以下说法正确的是(　　)
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6.(多选)一波源O做匀速直线运动时在均匀介质中产生球面波的情况如图所示，则(　　)
A.该波源正在移向A点
B.该波源正在移向B点
C.在A处观察到波的频率变低
D.在B处观察到波的频率变低
解析　波源在某一位置产生一列球面波后，以一定的速度向外传播，由题图可知，波源由右向左移动，即移向A点，故A正确，B错误；由于观察者不动，在A处观察时，波面间距比波源不动时小，因而经过观察者的时间间隔短，频率大，同理在B处观察时波的时间间隔长，频率小，故C错误，D正确。
AD
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7.声波是一种机械波，在空气中传播速度约为340 m/s，人能听到的声波频率在20 Hz到20 000 Hz之间，对于波长为34 m的声波，下列说法正确的是(　　)
A.在水中它比波长为20 m的声波传播得更快一些
B.不能产生衍射现象
C.它不能被人听到
D.不能产生反射现象
C
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[能力提升练]
8.(2023·广东卷)渔船常用回声探测器发射的声波探测水下鱼群与障碍物。声波在水中传播速度为1 500 m/s，若探测器发出频率为1.5×106 Hz的声波，下列说法正确的是(　　)
A.两列声波相遇时一定会发生干涉
B.声波由水中传播到空气中，波长会改变
C.该声波遇到尺寸约为1 m的被探测物时会发生明显衍射
D.探测器接收到的回声频率与被探测物相对探测器运动的速度无关
B
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9.(多选)蟾蜍在水塘边平静的水面上鸣叫，形成如图所示的水波。已知水波的传播速度与水的深度正相关，蟾蜍的鸣叫频率为1 451 Hz。下列说法正确的是(　　)

A.水波从浅水区传入深水区，频率变大
B.在深水区，水波更容易发生衍射现象
C.水面上飘落的树叶会被水波推向岸边
D.测得图中蟾蜍左上位置水波两个相邻波峰间距离为0.5 cm，则此处水波的波速约为7.3 m/s
BD
解析　蟾蜍声带的振动产生了在空气中传播的声波和池塘中传播的水波，无论是声波还是水波，它们都是由声带振动产生的，所以其频率都应该等于声带的振动频率，故A错误；由已知水波的传播速度与水的深度正相关，可知水波的波长与水深有关，深水区的波长大，所以更容易发生衍射现象，故B正确；水面上飘落的树叶只会上下振动，不会随波向前运动，故C错误；蟾蜍的鸣叫频率f＝1 451 Hz，且水波波长λ＝0.5 cm＝0.005 m，则波速v＝λf＝7.3 m/s，故D正确。
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10.海浪从远海传向海岸。已知海浪的传播速度与海水的深度有关，海水越深，速度越大。一艘大船停泊在离岸较远处，振动的周期为8 s，则(　　)
A.海浪拍打海岸的周期大于8 s
B.海浪从远海传向海岸，相邻波峰之间的距离变大
C.悬挂在船上摆长为1 m的单摆的振动周期为8 s
D.让船停泊在离海岸更近处，海浪通过船体的衍射现象更明显
C
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11.科学家经过反复研究，终于揭开了蝙蝠能在夜间飞行的秘密。它一边飞，一边从嘴里发出一种超声波，人的耳朵听不见，蝙蝠的耳朵却能听见，超声波像波浪一样向前推进，遇到障碍物蝙蝠就马上“收到信息”，立刻改变飞行的方向。下列说法正确的是(　　)
A.蝙蝠能躲避障碍物主要是利用了声波的折射
B.蝙蝠发出的声波频率应该大于2×104 Hz
C.若蝙蝠发出的是次声波，也能躲避障碍物
D.该超声波经静止障碍物反射后，波长变长
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解析　蝙蝠能躲避障碍物主要是利用了声波的反射，A错误；人耳能听见的声音的频率范围在20 Hz～2×104 Hz，蝙蝠发出的是超声波，频率应大于2×104 Hz，B正确；次声波频率低于20 Hz，波长较长，在传播过程中很容易绕过障碍物发生衍射现象，使次声波难以反射回来，因此不能准确定位，C错误；超声波经静止障碍物反射后波速不变，频率也不变，由v＝λf可知，波长不变，D错误。
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[拓展培优练]
12.(多选)在高速公路上用超声波测汽车的速度，在某次测量中，该测速装置连接的计算机屏幕上显示如图所示的波形，图P1、P2是测速仪发出的超声波信号，n1、n2分别是P1、P2由汽车反射回来的信号，下列说法正确的是(　　)
AC
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