高中物理教科版选修3-4课件：第二章　5.波的干涉、衍射--6.多普勒效应:20张PPT

课件20张PPT。5.波的干涉、衍射6.多普勒效应1.了解波的叠加原理,通过实验认识波的干涉现象和波的干涉图样.
2.知道什么是波的衍射现象和发生明显衍射现象的条件.
3.知道什么是多普勒效应,定性了解多普勒效应的产生原因及其应用.1.波的叠加原理
在几列波传播的重叠区域里,质点要同时参与由几列波引起的振动,质点的总位移等于各列波单独存在时在该处引起的振动位移的矢量和.我们常说“风声、雨声、读书声,声声入耳”,这反映了波的什么性质呢?
提示:尽管这几种声波在空气中相遇,但它们之间互不影响,依然能识别各自的特性,这是因为波的传播具有独立性.2.波的干涉现象
(1)定义:频率相同的两列波叠加,使介质中某些区域的质点振动始终加强,另一些区域的质点振动始终减弱,并且这两种区域互相间隔、位置保持不变,这种稳定的叠加现象(图样)叫做波的干涉.
(2)条件:两列波的频率相同.在音乐会上,各种乐器发出的声波相互叠加就会产生干涉现象,你认为对吗?
提示:不对.产生干涉的两列波必须具有相同的频率.3.波的衍射现象
(1)定义:波能够绕到障碍物的后面传播的现象,叫做波的衍射.
(2)波发生明显衍射现象的条件:当缝的宽度或障碍物的尺寸大小与波长相差不多或比波长小时,就能看到明显的衍射现象.
(3)特点:一切波都可以发生衍射现象,干涉和衍射都是波所特有的现象.生活中为什么有“闻其声,而不见其人”的现象发生?
提示:这是因为声波在空气中的波长较长,可以跟一般障碍物的尺寸相比拟,能发生明显的衍射现象.4.多普勒效应
(1)概念:当观测者和波源之间有相对运动时,观测者测得的频率与波源频率不同,这一现象被命名为多普勒效应.
(2)规律:
①波源和观察者无相对运动时,观察者接收到的频率等于波源的频率;
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的频率;
③当波源与观察者相互远离时,观察者接收到的频率小于波源的频率.(3)应用:
①医疗上,利用超声波的多普勒效应,可以测量心脏血流速度;
②生活中交警利用超声波的多普勒效应,可以测量车辆的速度;
③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天体相对于地球的运动速度.探究一探究二对波的干涉现象的理解
(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.
(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.
(3)明显的干涉图样和稳定的干涉图样意义是不同的,明显的干涉图样除了满足相干条件外,还必须满足两列波的振幅差别不大.振幅越接近,干涉图样越明显.
(4)振动加强的点和振动减弱的点始终在以振源的频率振动,其振幅不变,但其位移随时间变化(若是振动减弱点,振幅可为零).探究一探究二(5)干涉图样及其特征.
①干涉图样,如图所示.
②特征:
a.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,位置不变);
b.加强区与减弱区互相间隔.探究一探究二(6)“加强点”或“减弱点”的位置判断.
设S1、S2为两同步相干波源,介质中某点P到S1、S2的距离分别为PS1、PS2,波程差Δs=PS1-PS2.
①Δs=nλ(n=0,±1,±2,…),即波程差为波长整数倍时,P点为振动加强点.温馨提醒(1)振动加强点的振动总是加强,但并不是始终处于波峰或波谷,它们都在平衡位置附近振动,有的时刻位移为零.只是振幅为两列波的振幅之和,显得振动剧烈.
(2)应该明确波的干涉条件中所指“振动加强点到两波源的距离等于波长的整数倍”这一结论是有条件的,条件是两波源的振动情况完全相同,即两波源位置固定,振动方向平行,步调完全一致.探究一探究二对波的衍射现象的理解
1.波的衍射现象
衍射是波特有的现象,一切波都会产生衍射现象,当波碰到障碍物时,衍射现象总是存在的,只是有的明显有的不明显而已.平常见到的某些波,用肉眼直接观察,几乎看不到衍射现象,并不是没发生衍射现象,只是太不明显,这是由于障碍物太大的缘故,实验事实表明,对同一列波而言,障碍物或孔的尺寸越小衍射越明显.探究一探究二2.发生明显衍射的条件
障碍物或孔的尺寸比波长小,或跟波长差不多.
(1)障碍物或孔的尺寸大小,并不是决定衍射能否发生的条件,仅是衍射现象是否明显的条件.一般情况下,波长较大的波容易产生显著的衍射现象.
(2)波传到小孔(或障碍物)时,小孔(或障碍物)仿佛一个新的波源,由它发出与原来同频率的波(称为子波)在孔后传播,于是,就出现了偏离直线传播的衍射现象.
(3)当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射现象十分突出,但由于衍射波的能量很弱,衍射现象不容易观察到.【例题1】如图所示表示两列相干水波的叠加情况,图中的实线表示波峰,虚线表示波谷.设两列波的振幅均为5 cm,且图示的范围内振幅不变,波速和波长分别为1 m/s和0.5 m.C点是BE连线的中点,下列说法中正确的是(　　)
A.C、Q两点都保持静止不动
B.图示时刻A、B两点的竖直高度差为10 cm
C.图示时刻C点正处于平衡位置且向上运动
D.从图示的时刻起经0.25 s,B点通过的路程为10 cm解析:C点是振动加强点,Q点是振动减弱点,C点上下振动,选项A错误;A、B两点分别是波峰与波峰和波谷与波谷的相遇点,竖直高度差是振幅的四倍,即为4A=20 cm,选项B错误;C点为BE连线的中点,C点处于平衡位置,C点的振动落后于E点的振动,所以C点的振动答案:C
反思波的干涉现象中,振动加强和减弱是指质点的振幅,不是指质点的位移.【例题2】 如图是不同频率的水波通过相同的水孔所能到达区域的示意图,　　　　情况中水波的频率最大,　　　情况中水波的频率最小.?频率最大.
答案:C　A
反思(1)衍射现象明显是指绕到障碍物后面的范围大.
(2)当波的波长比障碍物的尺寸大,或相差不大时能够发生明显的衍射现象.1 2 3 4 51关于波的干涉和衍射现象,下列说法中正确的是(　　)
A.一切波都能产生干涉和衍射现象
B.波只要遇到障碍物就能够发生明显的衍射现象
C.在干涉现象中在振动加强区域的质点总是处于波峰或总是处于波谷
D.发生干涉现象的两列波频率必然相同
解析:干涉和衍射都是波所特有的现象,只不过发生干涉现象有条件,发生明显的衍射现象也有条件,所以选项A、D正确,选项B错误;干涉现象中振动加强区域的质点做的也是简谐运动,只不过振幅大罢了,所以选项C错误.
答案:AD1 2 3 4 52如图所示,两波源S1、S2在水槽中形成的波形,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干涉
B.在两波相遇的区域中不会产生干涉
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f1>f2,两列水波频率不同,不能产生干涉.
答案:B1 2 3 4 53如图所示是水波遇到小孔或障碍物后的图像,图中每两条实线间的距离表示一个波长,其中正确的图像是(　　)
解析:当波的波长与小孔或障碍物的尺寸相当,或大于小孔和障碍物的尺寸,会发生明显的衍射.A中,波的波长与小孔的尺寸相当,小孔处相当于新的波源,A错误;B中,波的波长远小于小孔的尺寸,图样应和A图相同,B错误;C和D中,波遇到与波长差不多的障碍物后,能“绕过”障碍物继续向前传播,故C错误,D正确.
答案:D1 2 3 4 54下列关于多普勒效应的说法中,正确的是(　　)
A.只要波源在振动,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.只要声源在运动,观察者总是感到声音的频率变高
D.当声源相对于观察者运动时,观察者听到的声音的音调可能变高,也可能变低
解析:只要观察者与波源之间的距离变化,就会观察到多普勒效应,选项A、B错误;距离变小,f波源答案:D1 2 3 4 55如图所示,某空间的同一平面上有A、B、C三个点,它们的距离分别为lAB=5 m,lAC=3 m,lBC=4 m.在A、C两点上放着两个相同的波源,已知波源振动频率为1 360 Hz,波在空间传播速度是340 m/s.问在B、C连线上振动最弱的位置有几处?
解析:本题只能用条件判断方法判断. 由题设条件1 m<Δr<3 m
所以3答案:8处