波的形成
目标体系构建
明确目标·梳理脉络
【学习目标】
1．知道机械波的产生条件，理解机械波的形成过程。
2．能区分横波和纵波，知道什么是波峰和波谷，密部和疏部。
3．知道机械波传播的是振动的形式、能量和信息。
【思维脉络】
—
课前预习反馈
教材梳理·落实新知
知识点
1 波的形成
以绳波为例：
(1)设想将绳分成许多小段，每一段都可以看成__质点__。
(2)相邻质点间有相互作用，当振源质点振动时，会带动相邻质点__振动__。这一质点又会带动下一质点振动。
(3)后面质点的运动__重复__前面质点的运动。
(4)后面质点运动滞后前面质点的运动，同一时刻，各质点离开平衡位置的__位移__是不同的，从而形成凹凸相间(疏密相间)的波形。
知识点
2 横波和纵波
机械波可分为横波和纵波两类，其波形及描述对比如下：
定义
标识性物理量
实物波形
横波
质点的振动方向与波的传播方向相互__垂直__的波
①波峰：凸起的__最高处__②波谷：凹下的__最低处__
纵波
质点的振动方向与波的传播方向在__同一直线上__的波
①密部：质点分布__最密__的位置②疏部：质点分布__最疏__的位置
知识点
3 机械波
1．介质
(1)定义：绳、弹簧、水、空气等__波__借以传播的物质。
(2)特点：组成介质的质点之间有__相互作用__，一个质点的振动会引起相邻质点的振动。
2．形成
机械振动在__介质__中传播，形成机械波。
3．两个产生条件
(1)要有__振源__。
(2)要有传播振动的__介质__。
4．传递的三个特点
(1)介质中的机械波传播时，介质本身并不随波一起传播，它传播的只有__振动__这种运动形式。
(2)波是传递__能量__的一种方式。
(3)波可以传递__信息__。
思考辨析
『判一判』
(1)在水平方向传播的波为横波。( × )
(2)在机械波中各质点不随波的传播而迁移。( √ )
(3)机械波的形成和传播中，所有质点同时运动，同时停止运动。( × )
(4)机械波在传播过程中，各质点振动的周期、起振方向都相同。( √ )
(5)纵波指的是质点的振动方向和波的传播方向垂直的波。( × )
(6)横波中分密部和疏部，纵波中分波峰和波谷。( × )
『选一选』
一个小石子投向平静的湖面中心，会激起一圈圈波纹向外传播，如果此时水面上有一片树叶(如图)，下列对树叶运动情况的叙述正确的是( C )
A．树叶慢慢向湖心运动
B．树叶慢慢向湖岸漂去
C．在原处上下振动
D．沿着波纹做圆周运动
解析：由于波在传播过程中，只传递振动能量和波源所发出的信息，而各质点不随波迁移，只在各自的位置附近做振动，故选C。
『想一想』
2019年6月17日，四川宜宾市长宁发生了6.0级地震，地震波中既有纵波，又有横波，而且由地壳传播时纵波速度大于横波速度。在地震时，当地居民感受的振动应该是怎样的？
答案：当地居民首先会感到上下颠簸，后来又会感到在水平方向上左右摇动。
解析：由纵波的传播特点：传播方向与质点的振动方向在同一直线上，并且因为纵波传播得快，所以居民首先会感到上下颠簸。由横波的传播特点：波的传播方向与振动方向垂直，且传播的速度较小，所以横波传来得晚，因此后来居民又会感到在水平方向上左右摇动。
课内互动探究
细研深究·破疑解难
探究?
机械波的形成及特点
┃┃情境导入__■
艺术体操也叫韵律体操，是一种艺术性很强的女子竞赛体操项目。19世纪末20世纪初起源于欧洲。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。
(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)没有 (2)不会
解析：(1)波传播的只是振动形式，介质中各质点本身并不会随波迁移。
(2)波传播的是能量，波源停止振动，但能量还会依次向外传播。
┃┃要点提炼__■
1．机械波的形成
2．机械波的特点
(1)机械波传播的是振动形式、能量和信息，介质中各质点本身并不随波传播而迁移，而是在各自的平衡位置附近振动。
(2)由于波的形成实际上是从波源开始依次带动介质中的各个质点参与振动，所以各个质点都在做受迫振动，因此各个质点振动的周期(频率)与波源的周期(频率)相同。
(3)在不考虑能量损失时，各质点振动的振幅相同，各质点的起振方向都与波源开始振动的方向相同。
(4)机械波传播的是波源的信息
我们用语言进行交流，是利用声波传递信息。
(5)机械波是一种“集体运动”
波的形成离不开介质中大量质点的集体振动，个别质点形不成波。
特别提醒
(1)有波源和有介质是形成机械波的必需条件，二者缺一不可。有振动不一定有机械波，有机械波一定有振动。
(2)机械波在介质中传播时，介质中的各点不随波向前迁移，只在各自平衡位置附近做往复振动。
┃┃典例剖析__■
典例1
(多选)关于机械波的形成，下列说法中正确的是( BC )
A．物体做机械振动，一定产生机械波
B．后振动的质点总是跟着先振动的质点重复振动，只是时间落后一步
C．参与振动的质点都有相同的频率
D．机械波是介质随波迁移，也是振动能量的传递
思路引导：(1)知道机械波的产生条件；
(2)明确机械波传播过程中各质点的振动情况。
解析：机械波的形成必须具备的两个条件：振源和介质。只有物体做机械振动，而其周围没有传播这种振动的介质，远处介质的质点不可能振动起来而形成机械波，故A选项错误；任何一个振动的质点都是一个波源，带动它周围的质点振动，将振动传播开来，所以后一质点总是落后，但振动频率相同，故B、C选项正确；形成机械波的各振动质点只在平衡位置附近往复运动，并没有随波迁移，离波源远的质点振动的能量是通过各质点的传递从波源获得，故D选项不正确。
┃┃对点训练__■
1．科学探测表明，月球表面无大气层，也没有水，更没有任何生命存在的痕迹。在月球上，两宇航员面对面讲话也无法听到，这是因为( B )
A．月球太冷，声音传播太慢
B．月球上没有空气，声音无法传播
C．宇航员不适应月球，声音太轻
D．月球上太嘈杂，声音听不清楚
解析：两宇航员面对面讲话却无法听到，说明声波有振源却传播不出去，即缺乏声波传播的另一条件：没有介质，故B选项正确。
探究?
横波与纵波
┃┃情境导入__■
(1)图甲是绳波，其中质点的振动方向与传播方向是什么关系？
(2)图乙是声波，其中质点的振动方向与传播方向是什么关系？
提示：(1)相互垂直 (2)在一条直线上
解析：(1)绳波是横波 (2)声波是纵波。
┃┃要点提炼__■
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、间隔出现密部和疏部
特别提醒
(1)绳波和声波分别是典型的横波和纵波，水波是比较复杂的机械波，不是横波。
(2)在纵波中各质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上，而不是方向相同。
┃┃典例剖析__■
典例2
机械波按质点振动方向与波传播方向的关系可分为横波和纵波。
(1)(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( BC )
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
(2)如图所示，若一列横波在x轴上传播，a点是波传播方向上的某一质点，则质点a的振动方向一定上下振动吗？
思路引导：深刻理解质点振动方向与波的传播方向的关系，在横波中二者“相互垂直”的含义，在纵波中二者“在同一直线上”的含义。
解析：(1)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同一直线上，既可以相同，也可以相反，故C对、D错。
(2)不一定。因为此波为横波，可知质点的振动方向与波的传播方向相互垂直，此波在x轴上传播，可知质点a的振动方向应在过a点且垂直于x轴的平面内，即质点a的振动方向可沿此平面的任意方向，不一定是上下方向的振动。
答案：(2)不一定
┃┃对点训练__■
2．(多选)下列关于横波与纵波的说法中，正确的是( CD )
A．声波一定是纵波
B．水波一定是横波
C．地震波既有横波，也有纵波
D．横波只能在固体中传播，纵波既可以在固体中传播，也可以在液体、气体中传播
解析：声波可以在空气中传播也可以在液体和固体中传播，空气中的声波一定是纵波，而液体、固体中的声波既可能是纵波，也可能是横波，故A错；水波既不是横波，也不是纵波，它的运动形式比较复杂，故B错；地震波既有横波，也有纵波，故发生地震时，地面既有上下振动，也有左右运动。C正确；D正确。
核心素养提升
以题说法·启智培优
振动与波动的比较
名称项目
振动
波动
运动现象
振动是单个物体所表现出的周而复始的运动现象
波动是大量质点受到扰动时，从扰动中心传播开来的周而复始的运动现象
运动成因
物体由于某种原因离开平衡位置，同时受到指向平衡位置的力——回复力作用
介质中质点受到相邻质点的扰动而随着运动，并由近及远的传播开去，且各部分都受到指向原平衡位置的力的作用
运动性质
变加速运动
在均匀介质中匀速向前传播
能量变化
动能与势能相互转化，如果是简谐运动，机械能保持不变
波的传播过程是能量传递过程，当波源停止振动不再向外传递能量时，各个质点的振动也会相继停下来
案例
(多选)(2020·湖北省襄阳市第四中学高二下学期月考)关于振动和波的关系，下列说法中正确的是( AB )
A．振动是波的成因，波是振动的传播
B．振动是单个质点呈现的运动现象，波是许多质点联合起来呈现的运动现象
C．波的传播速度就是质点振动的速度
D．波源停止振动时，波立即停止传播
解析：机械波的产生条件是有波源和介质，由于介质中的质点依次带动由近及远传播而形成波，所以选项A、B正确；波的传播速度是波形由波源向外伸展的速度，在均匀介质中其速度大小不变，而质点振动的速度和方向都随时间周期性地发生变化，选项C错误；波源一旦将振动传播给了介质，振动就在介质中向远处传播，而当波源停止振动时，振动在介质中仍然继续传播，不会随波源停止振动而停止传播，选项D错误。
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7
-波的描述
目标体系构建
明确目标·梳理脉络
【学习目标】
1．理解波的图像的意义。
2．会区别振动图像和波动图像。
3．知道什么是波长、频率和波速。
4．掌握波长、频率和波速的关系。
5．了解决定波长、频率和波速的因素。
【思维脉络】
课前预习反馈
教材梳理·落实新知
知识点
1 波的图像
1．波的图像的画法
―→
↓
―→
↓
―→
↓
―→
2．简谐波
如果波的图像是__正弦曲线__，这样的波叫作正弦波，也叫简谐波。
知识点
2 波长、频率和波速
1．波长(λ)
(1)定义
在波的传播方向上，__振动相位__总是相同的两个__相邻__质点间的距离。
(2)特征
①在横波中，两个__相邻__的波峰(或波谷)间的距离等于波长。在纵波中，两个__相邻__的密部(或疏部)间的距离等于波长。
②经过一个周期，振动在介质中__传播的距离__等于波长。
2．波的周期(T)和频率(f)
(1)波的周期和频率
在波动中，各个质点的振动周期或频率是__相同__的，它们都等于__波源__的振动周期或频率，这个周期或频率也叫作__波__的周期或频率，分别用__T__和__f__表达。
(2)决定因素
波的周期或频率由__波源__的周期或频率决定。
3．波速(v)
(1)定义
波速是指机械波在介质中__传播__的速度。
(2)计算式
v＝__＝λf__。此式不仅适用于机械波，也适用于后面要学习的电磁波。
(3)决定因素
①机械波在介质中的传播速度由__介质__的性质决定，与波长和频率__无关__。
②在不同的介质中，波速不同，波速还与__温度__有关。
思考辨析
『判一判』
(1)通过波的图像可以找出任一质点在任意时刻的位移。( × )
(2)波的图像表示质点在各个不同时刻的位移。( × )
(3)只有横波才能画出波的图像。( × )
(4)由波形图可确定各质点的振幅。( √ )
(5)机械波在一个周期内传播的距离就是振幅的4倍。( × )
(6)波速表示介质中质点振动的快慢。( × )
(7)波的传播速度由波源决定。( × )
(8)横波中相邻两个波峰之间的距离，纵波中密部中央和疏部中央之间的距离都是一个波长。( × )
『选一选』
(多选)三条在同一水平面上相互平行的弹性绳，在左端同一地点同时开始振动，经过一定时间后出现如图所示的情况，MN是距起始点相同距离的一条界线，则( ABD )
A．B波的波长最大
B．A波的振动频率最大
C．A、B、C三列波的传播速度相等
D．C与A、B的材料一定不同
解析：由图可知，B波的波长最大，A、B的传播速度相等，C波的传播速度最小，由于机械波的传播速度由介质决定，所以C与A、B的材料一定不同；在相同时间内，A波的波源做全振动的次数最多，因此A波的振动频率最大。
『想一想』
有人认为：“由公式v＝λf知，波的频率越高，波速越大。”这种说法正确吗？
答案：不正确。
解析：机械波的传播速度只与介质本身的性质和温度有关，与波的频率无关。
课内互动探究
细研深究·破疑解难
探究?
对波的图像的理解
┃┃情境导入__■
一列简谐波在某一时刻的图像如图所示。
(1)波的图像是什么形状的曲线？
(2)由图像可读出什么信息？
提示：(1)波的图像是正弦曲线。
(2)由图像可读出：①该时刻各质点的位移。②各质点振动的振幅。
┃┃要点提炼__■
1．质点运动的“定格”
波的图像是某一时刻介质中各个质点运动情况的“定格”。可以将波的图像比喻为某一时刻对所有质点拍摄的“集体照”。
2．图像形式
简谐波的图像是正(余)弦曲线，是最简单的一种波，各个质点振动的振幅都相等。
3．波的图像的周期性
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。
4．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，也有可能沿x轴负向传播，具有双向性。
5．由波的图像可获得的信息
(1)从波的图像上可直接读出介质质点振动的振幅。
(2)可确定任一质点在该时刻的位移的大小和方向。
(3)根据加速度方向与位移方向的关系，可确定任一质点在该时刻的加速度方向。
(4)若已知波的传播方向，可确定各质点在该时刻的振动方向(速度方向)，速度大小的变化趋势等，反之亦然。
┃┃典例剖析__■
典例1
(多选)如图所示，画出了一列向x轴正方向传播的横波在某个时刻的波形图像，由图像可知( AC )
A．质点b此时位移为零
B．质点b此时向－y方向运动
C．质点d的振幅是2
cm
D．质点a再经过通过的路程是4
cm，偏离平衡位置的位移是4
cm
思路引导：①理解波的图像的物理意义；②掌握已知某一时刻波的图像，确定质点运动方向的方法。
解析：由图像可知质点b此时位于平衡位置，故其位移为零，A正确；根据带动法，在质点b靠近波源一侧的附近，选参考质点b′，由于质点b′在质点b上方，所以此刻质点b向＋y方向运动，B错误；简谐波在介质中传播时，介质中各质点振幅都相同，故C正确；再经过，质点a运动到负向最大位移处，其路程为2A，即4
cm，位移为－2
cm，故D错误。
┃┃对点训练__■
1．(多选)如图所示，下列说法中正确的是( ACD )
A．此列波的振幅是0.1
m
B．x＝15
cm处质点的位移是0.1
m
C．若A的速度沿y轴正方向，则B的速度亦沿y轴正方向
D．A的加速度沿y轴的负方向，而B、C的加速度沿y轴的正方向
解析：从波动图像上可以直接读出振幅是0.1
m，x＝15
cm处质点的位移是－0.1
m，故A正确，B错误；若波沿x正方向传播，此时A、B两质点的速度都沿y轴正方向，选项C正确；根据加速度与位移的关系可判断选项D正确。
探究?
振动图像和波的图像的比较
┃┃情境导入__■
一列波的图像如图甲，其中某一质点的振动图像如图乙。
(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)从横轴来区分两个图像：振动图像的横轴表示时间，波的图像的横轴表示质点的平衡位置。
(2)相同，均为质点振动的振幅。
┃┃要点提炼__■
波的图像与振动图像的比较
振动图像
波的图像
图 象
意 义
质点的位移随时间变化的曲线，表示一个质点不同时刻的位移，横坐标为时间
某一时刻的波形图表示不同质点同一时刻的位移，横坐标表示介质中各质点的平衡位置
图上能表示的量
1．各时刻对应的位移2．各时刻质点的振动方向3．振幅A、周期T、频率f
1．某时刻各质点位移2．根据波传播方向可确定各质点振动方向3．波长λ(波形在一个周期内传播的距离) 振幅A
图随时间变化情况
图线随时间延伸，原有部分图形不变
整个波形沿波的传播方向平移，不同时刻波形一般不同
运动情况
质点做简谐运动属非匀变速运动
波在同一均匀介质中是匀速传播，介质的质点做简谐运动
比 喻
一人独舞的录像
集体舞的剧照
特别提醒
(1)波的图像与振动图像外形上很相似，辨别它们时要看图像的横坐标是时间t还是位移x。
(2)简谐波中的所有质点都做简谐运动，它们的振幅、周期均相同。
┃┃典例剖析__■
典例2
一列横波沿x轴正向传播，a、b、c、d为介质中沿波传播方向上四个质点的平衡位置。某时刻的波形如图(a)所示，此后，若经过周期开始计时，则图(b)描述的是( D )
A．a处质点的振动图像
B．b处质点的振动图像
C．c处质点的振动图像
D．d处质点的振动图像
思路引导：根据(b)图首先判定出此质点在O时刻的位置和振动方向，然后向波形图中寻找符合条件的点。
解析：由(b)图知t＝0时刻，即开始计时的时刻质点位于平衡位置，且速度向下。图中a经过平衡位置向上运动，过周期后到达波峰，与振动图像计时起点的情况不符，故A错误；图中b在波谷，过周期后经过平衡位置向上运动，与振动图像计时起点的振动方向情况不符，故B错误；图中c经过平衡位置向下运动，过周期后到达波谷，与振动图像计时起点的情况不符，故C错误；图中d在波峰，过周期后经过平衡位置向下运动，与振动图像计时起点的情况相符，故D正确。
┃┃对点训练__■
2．(2020·河北省张家口市第四中学高二下学期检测)振源A带动细绳振动，某时刻形成的横波波形如图1所示，在波传播到细绳上一点P时开始计时，则图2中能表示P点振动图像的是( C )
解析：由波的传播特点，前边的质点带动后面的质点，后面的质点重复前面的质点振动，由图1可知振源A初始是从平衡位置向下振动的，所以t＝0时刻，质点P应由平衡位置开始向下运动，选项C正确。
探究?
对波长、波速、频率的理解
┃┃情境导入__■
一个高个子人和一个矮个子人并肩行走(如图)，哪个人的双腿前后交替更为迅速？如果拿这两个人与两列波做类比，波长、频率、波速分别可以比做什么？
提示：波长、频率、波速可类比为：人每一步跨的距离、双腿交替的频率、前进的速度。
┃┃要点提炼__■
1．对波长的理解
(1)关于波长的定义
“相邻的”和“位移总是相等”是波长定义的关键，二者缺一不可。
(2)关于波长与周期
质点完成一次全振动，波向前传播一个波长，即波在一
个周期内向前传播一个波长。
可推知，质点振动周期，波向前传播波长；反之，相隔波长的两质点的振动的时间间隔是个周期。并可依此类推。
(3)波的空间周期性
①相隔距离为一个波长的整数倍的两质点，振动情况完全相同，即离开平衡位置的位移“总是”相等，振动速度大小和方向也“总是”相同，因而波长显示了波的空间周期性。
②相隔距离为半波长的奇数倍的两质点的振动情况完全相反，即在任何时刻它们的位移大小相等、方向相反，速度也是大小相等、方向相反，会同时一个在波峰、一个在波谷或同时从相反方向经过平衡位置。
(4)寻找波长的简易方法
在横波中，两个相邻波峰(或两个相邻波谷)之间的距离等于波长，如图(a)所示；在纵波中，两个相邻密部(或两个相邻疏部)之间的距离等于波长，如图(b)所示。
2．对波速的理解
(1)波速的实质
波的传播速度即波形的平移速度。
(2)波速的物理意义
波速是表示振动在介质中传播快慢的物理量，它等于单位时间内振动向外传播的距离，即v＝。
(3)波长、频率、波速的决定因素
①周期和频率：只取决于波源，波的周期和频率就是指波源的周期和频率，与v、λ无任何关系。
②速度v：决定于介质的物理性质，同一种均匀介质，物理性质相同，波在其中传播的速度恒定。
③波长λ：对于一列波，其波长、波速、周期的关系不会变化，始终是v＝＝λf，既然v、T都由相关因素决定，所以这些因素同时又共同决定了波长λ，即波长λ由波源和介质共同决定。
特别提醒
(1)我们听到的种类繁多的声音有高低和强弱之分，声调的高低由声波的频率决定，即取决于不同发声体的振动频率。声音的强弱由声波的能量决定，体现为介质中质点振动的强弱。各种声音在空气中传播速度约为340
m/s。
(2)波从一种介质进入另外一种介质，波源没变，波的频率不会发生变化；介质的变化导致了波速和波长的改变。
┃┃典例剖析__■
典例3
(2020·吉林省八校高二下学期期中联考)一列简谐横波沿x轴正向传播，传到M点时波形如图所示，再经0.6
s，N点开始振动，则该波的振幅A和频率f为( D )
A．A＝1
m f＝5
Hz
B．A＝0.5
m f＝5
Hz
C．A＝1
m f＝2.5
Hz
D．A＝0.5
m f＝2.5
Hz
思路引导：①由图可直接读取振幅和波长。
②由传播时间0.6
s可求波速。
③由λ＝vT可求周期和频率。
解析：由图像可以直接读出该波的振幅A＝0.5
m；经0.6
s，N点开始振动，说明波在0.6
s内向前传播了6
m，所以
波的传播速度为
v＝＝
m/s＝10
m/s，
由图像知波长为4
m，所以周期为
T＝＝
m/s＝0.4
s，
f＝＝2.5
Hz
故D正确，A、B、C错误。
┃┃对点训练__■
3．(2020·安庆市广圩中学高二下学期检测)位于介质Ⅰ和Ⅱ分界面上的波源S，产生两列分别沿x轴负方向与正方向传播的机械波，如图所示。若在两种介质中波的频率及传播速度分别为f1、f2和v1、v2，则( C )
A．f1＝2f2，v1＝v2
B．f1＝f2，v1＝0.5v2
C．f1＝f2，v1＝2v2
D．f1＝0.5f2，v1＝v2
解析：频率只取决于波源，由于波源相同，则f1＝f2；由公式v＝λf得＝＝＝，所以v1＝2v2。选项C正确。
核心素养提升
以题说法·启智培优
波的传播方向和质点运动方向的判断方法
已知质点的运动方向来判断波的传播方向或已知波的传播方向来判断质点的运动方向时，判断依据的基本规律是横波的形成与传播的特点，常用方法有：
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1所示)。
2．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，并设想在同一点沿水平方向画出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2所示)。
图1
图2
图3
3．微平移法
如图3所示，实线为t时刻的波形图，作出微小时间Δt后的波形如虚线所示。由图可见t时刻的质点由P1(P2)位置经Δt后运动到P′1(P′2)处，这样就可以判断质点的运动方向了。
案例
(多选)一列横波沿绳子传播，某时刻绳子形成如图所示的形状，对此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点( ACD )
A．它们的振幅相同
B．若波向右传播，此时质点B、C、D向下振动，质点A、E、F向上振动
C．若波向左传播，此时质点A、E、F向上振动，质点B、C、D向下振动
D．若波向右传播，从此时算起，质点B比C先回到平衡位置
解析：波中各质点均做受迫振动，不考虑能量损耗，各质点振幅相同，所以选项A正确；利用“上下坡法”可判选项B错误，C正确；由于此时B和C两点都向上运动，C比B后到达最大位移处，C回到平衡位置也比B迟，故选项D正确。
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11
-波的反射、折射和衍射
目标体系构建
明确目标·梳理脉络
【学习目标】
1．知道什么是波的反射和折射。
2．知道波的衍射及发生明显衍射的条件。
3．掌握波的反射规律并能进行简单的应用。
4．理解波的折射定律。
【思维脉络】
课前预习反馈
教材梳理·落实新知
知识点
1 波的反射和折射
1．波的反射
(1)波的反射
波遇到障碍物会__返回来__继续传播的现象，叫作波的反射。
(2)反射定律
入射波线、法线、反射波线在__同一平面__内，且入射角__等于__反射角。如图所示。
2．波的折射
波从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生__改变__的现象，叫作波的折射。如图所示。
知识点
2 波的衍射
1．定义
波可以绕过__障碍物__继续传播的现象。
2．实验及现象
(1)实验装置：在水槽里放两块挡板，中间留一个__狭缝__。
(2)现象：①狭缝宽度比波长大得多时：波的传播如同光沿__直线__传播一样，挡板后面产生“__阴影区__”。②狭缝宽度与波长相差不多或狭缝宽度比波长更小时：水波__绕到__挡板后面继续传播。
3．发生明显衍射现象的条件
只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长__相差不多__，或者比波长__更小__时，才能观察到明显的衍射现象。
思考辨析
『判一判』
(1)水波的反射与初中学过的光的反射遵循同样的规律。( √ )
(2)一切波都会发生折射现象。( √ )
(3)波在发生折射后，其频率和波速都不发生变化。( × )
(4)当缝或孔的尺寸比波长大得多时，就不会发生衍射现象。( × )
(5)不只是水波，声波也发生衍射。( √ )
『选一选』
在室内讲话的声音比在室外空旷处讲话的声音要洪亮，是因为( B )
A．室内空气不流动
B．室内声音多次反射
C．室内声音发生折射
D．室内物体会吸附声音
解析：在室内听到的声音洪亮是因为声波在室内墙壁上经过多次反射而得到加强。
『想一想』
如图所示，日常生活中“闻其声不见其人”的物理现象的原因是什么？
答案：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，很容易发生衍射现象，绕过障碍物传入人耳。而光波由于波长很短，障碍物或孔的尺寸远大于光的波长，不能绕过障碍物发生衍射，所以只能听到声音而看不到说话的人。
课内互动探究
细研深究·破疑解难
探究?
波的反射和折射
┃┃情境导入__■
我们在山中、在大的空房间里大声说话时，都会听到回声，这属于波的什么现象？
提示：波的反射
┃┃要点提炼__■
1．波的反射和折射的比较
波向前传播在两介质的界面上同时发生了反射和折射现象，一些物理量相应发生了变化，比较如下：
波现象比较项
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
2．图形示例
3．说明
(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，即与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。
┃┃典例剖析__■
典例1
关于波的反射、折射现象，下列说法正确的是( A )
A．一切波都能发生反射、折射现象
B．发生折射时，波的传播方向一定会发生改变
C．不是所有的波都能发生反射
D．波发生折射时，波长、频率和波速都会发生变化
解析：当波从一种介质传播到另一种介质时，一切波都能发生反射折射，故A正确，C错误。波传播方向跟两种介质界面垂直时，传播方向不变，故B错误。波从一种介质传播进入另一种介质时，频率不变，波速发生变化，而波长λ＝，随着波速变化而变化，故D错误。
┃┃对点训练__■
1．(多选)图中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则下列说法中正确的是( BD )
A．1与2的波长、频率相等，但波速不等
B．1与2的波速、频率、波长均相等
C．2与3的波速、频率、波长均相等
D．2与3的频率相等，波速、波长均不等
解析：波1、2都在介质a中传播，故1、2的频率、波速、波长均相等，A错，B对；2、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v＝λf得波长不同，故C错，D对。
探究?
对波的衍射现象的理解
┃┃情境导入__■
我们在家中经常听到优美的声乐从窗外飘来(如图)，声音为什么没被障碍物所挡住？
提示：这是声波的衍射现象。声波在传播过程中遇到障碍物时，可以绕过障碍物继续传播。
┃┃要点提炼__■
1．生活中常见的波的衍射现象
(1)声波：声波的波长在1.7
cm～17
m之间，与一般障碍物的尺寸相比差不多，或比其大，故声波的衍射现象极为明显。
(2)水波：水面上传播的波能够越过水面上的芦苇、小石块等障碍物，都是典型的水波的衍射现象。
(3)无线电波：在房间中可以接收到收音机和电视信号，是电磁波的衍射现象。
2．对明显衍射发生条件的理解
(1)波的衍射是波在传播过程中所具有的特征之一，衍射是否明显，通常的衡量就是孔或缝的宽度d与波长λ的比值，比值越小，衍射现象相对越明显。
(2)孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长的关系仅是衍射能否明显发生的条件，波的衍射没有条件。
(3)明显衍射发生时，并不一定能清楚地感受到，如当孔远远小于水波波长时，衍射应当非常明显，但因孔很小，单位时间内通过的能量很小，又分布到很大的区域上，水波非常弱，将看不清楚。
特别提醒
(1)衍射是波所特有的现象，一切波都会产生衍射现象，只有明显和不明显的差异。
(2)凡能发生衍射现象的就是波。
┃┃典例剖析__■
典例2 (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是一个小孔，O是波源，图中已画出波源所在区域的传播情况，每两条相邻的波纹(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( ABC )
A．此时能明显观察到波的衍射现象
B．如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象
C．挡板前后波纹之间距离相等
D．如果孔的大小不变，使波源频率增大，一定能明显观察到衍射现象
思路引导：波能发生明显衍射现象的条件是：缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或者比波长更小。在同种均匀介质中，波速一定，当改变波的频率时，也改变了波长的大小。
解析：由图可看出孔的尺寸跟波长差不多，所以能明显观察到波的衍射现象，A、C对；如将孔扩大到跟波长相差很多，则观察不到明显的衍射现象，B对；若增大波源频率，则波长减小，有可能观察不到明显的衍射现象，D错。
┃┃对点训练__■
2．下列现象或事实属于衍射现象的是( C )
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。
核心素养提升
以题说法·启智培优
波的反射现象的应用
1．回声测距：
(1)当声源不动时，声波遇到了静止障碍物会被反射回来继续传播，由于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。设经过时间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经速度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远离静止的声源时，声源发声时障碍物到声源的距离为s＝(v声－v)
。
2．超声波定位：蝙蝠、海豚能发出超声波。超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来。蝙蝠、海豚就是根据接收到的反射回来的超声波来确定障碍物或食物的位置，从而确定飞行或游动方向。
案例
如图所示，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)
思路引导：利用反射测距是一种常用的方法，此题注意汽车是运动的，应画出运动示意图，帮助分析解题。
解析：若汽车静止问题就简单了，现汽车运动，声音传播，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x1，C点到山崖B距离为x；声波由A到B再反射到C路程为x2，因汽车与声波运动时间同为t，则有x2＝x1＋2x，
即v声t＝v汽t＋2x，所以x＝＝
m＝325
m。
答案：325
m
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7
-波的干涉
目标体系构建
明确目标·梳理脉络
【学习目标】
1．了解波的叠加原理。
2．通过实验，认识波的干涉现象和波的干涉图样。
3．知道波发生明显干涉现象的必要条件。
4．知道干涉现象是波特有的现象。
【思维脉络】
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课前预习反馈
教材梳理·落实新知
知识点
1 波的叠加
1．波的独立传播特性
两列波在彼此相遇并穿过后，每列波仍像相遇前一样，保持各自__原来的波形__，继续向前传播。(如图所示)
2．波的叠加原理
几列波相遇时能够保持各自的运动特征，继续传播，在它们重叠的区域里，介质的质点__同时__参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的__矢量和__。
知识点
2 波的干涉
1．干涉现象
频率相同、相位差恒定、振动方向__相同__的两列波叠加时，某些区域的振动总是__加强__，某些区域的振动总是__减弱__，这种现象叫作波的干涉。形成的这种稳定图样叫作__干涉__图样。
2．两列波产生稳定干涉的条件
①两列波的__频率__必须相同。
②两个波源的__相位差__必须保持不变。
3．波的干涉是波所特有的现象
一切波都能够发生__干涉__现象；反之能够发生__干涉__现象的，一定是波。
思考辨析
『判一判』
(1)敲击音叉使其发声，然后转动音叉，听到声音忽强忽弱是声波的干涉现象。( √ )
(2)只有频率相同的两列波才可以叠加。( × )
(3)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。( × )
(4)产生干涉的一个必要条件是，两列波的频率必须相同。( √ )
(5)在干涉图样中，振动加强区质点的位移总是最大。( × )
『选一选』
蟋蟀是利用了a发出声音，某同学围绕蟋蟀走了一圈，听到忽高忽低的蟋蟀声，这是由于声波的b现象，请选择a、b组合正确的是( B )
A．蟋蟀的嘴 衍射
B．蟋蟀的翅膀 干涉
C．蟋蟀的翅膀 共振
D．蟋蟀的嘴 共振
解析：蟋蟀是依靠一双翅膀的振动发声，两翅膀的振动频率、振幅相同，形成相干波源，在周围出现振动加强与减弱的区域。
『想一想』
波的干涉和叠加是怎样的关系？
解析：(1)波的干涉是两列波在频率相同、相位差恒定的条件下的叠加特例。
(2)波发生干涉时，相遇区域质点的振动完全满足叠加规律：振动方向相同，振动加强；振动方向相反，振动减弱；质点的位移等于两列波单独传播时位移的矢量和。
课内互动探究
细研深究·破疑解难
探究?
波的叠加
┃┃情境导入__■
做绳波叠加实验时，在水平绳两端分别向上、向下抖动一下，你能作出它们在传播过程中的图像吗？两列波相遇时，振动情况怎样？
提示：
┃┃要点提炼__■
1．波的独立传播
几列波相遇时能够保持各自的运动特征，继续传播。即各自的波长、频率等保持不变。
2．波的叠加
波的叠加原理是波具有独立传播性的必然结果，由于总位移是两个位移的矢量和，所以叠加区域的质点的位移可能增大，也可能减小。
两列同相波的叠加，振动加强，振幅增大。
两列反相波的叠加，振动减弱，振幅减小。
┃┃典例剖析__■
典例1
(多选)一个波源在绳的左端发出一个凸起①，频率为f1，振幅为A1；同时另一波源在绳的右端发出一个凸起②，频率为f2，振幅为A2，且f1A．两列波同时到达波源的中点P
B．两列波相遇时，P点的波峰值可达A1＋A2
C．两列波相遇时，绳上波峰值可达A1＋A2的点只有一个，此点在P点左侧
D．两列波相遇后，各自仍保持原来的波形独立传播
思路引导：(1)在同一介质中两列波的波速是相同的。
(2)两列波同时到达P点时，P点位移仍为零，此后开始振动起来，位移增大。
(3)两列波同时传播到P点，两列波的波速相同，波①的波长大，根据v＝得，波①的周期大，故波②的波峰先到P点，它们的波峰相遇在P点左侧。
解析：波的传播具有独立性，两列波同时传到P点，使P点开始振动，但并非波峰同时传播到P点，如图所示两列波的波长不同，所以当两列波同时传播到P点时，两波峰距P点的距离并不相同，波长较小的波的波峰先到达P点，而两波峰同时到达的位置在该时刻两波峰的中间(图中的O点)，故B项错误，A、C、D正确。
┃┃对点训练__■
1．(多选)下列关于两列波相遇时叠加的说法正确的是( BC )
A．相遇之后，振幅小的一列波将减弱，振幅大的一列波将加强
B．相遇之后，两列波的振动情况与相遇前完全相同
C．在相遇区域，任一点的总位移等于两列波分别在该点引起的位移的矢量和
D．相遇之后，振动加强区域内质点的位移始终最大
解析：A错，B对：波在相遇时独立传播，互不影响。C对：根据波的叠加原理，在两列波相遇区域振动位移等于两列波分别引起振动的位移的矢量和。D错：振动加强点只是振幅加大，仍在平衡位置附近振动，位移是变化的。
探究?
波的干涉
┃┃情境导入__■
如图所示，操场中两根电线杆上各有一只扬声器，接在同一个扩音机上，一位同学沿着MN方向走来。他听到的声音会有什么变化？为什么？
提示：声音忽强忽弱，因为声波发生了干涉现象。
┃┃要点提炼__■
1．干涉条件
(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。
(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、振动方向在同一直线上、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，还必须满足两列波振幅差别不大。振幅越是接近，干涉图样越明显。
2．关于加强点(区)和减弱点(区)
(1)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。
(2)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|，若两列水波振幅相同，质点振动的合振幅就等于零，水面保持平静。
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。
(3)加强条件：某点到两个波源的波程差是波长的整数倍，即Δx＝nλ；(n＝0,1,2,3．．．)
减弱条件：某点到两个波源的波程差是半波长的奇数倍，即Δs＝(2n＋1)；(n＝0,1,2,3．．．)
特别提醒
(1)振动加强的点的振动总是加强，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，有的时刻位移也为零。只是振幅为两列波振幅之和，显得振动剧烈。
(2)振动减弱点的振动始终减弱，位移的大小始终等于两列波分别引起位移的大小之差，振幅为两列波振幅之差。如果两列波的振幅相同，则振动减弱点将会总是处于静止。
┃┃典例剖析__■
典例2
(多选)如图表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇。图中实线表示某时刻的波峰，虚线表示的是波谷，下列说法正确的是( AD )
A．a、c两点的振动加强，b、d两点的振动减弱
B．e、f两点的振动介于加强和减弱之间
C．经适当的时间后，加强点和减弱点的位置互换
D．经半个周期后，原来位于波峰的点将位于波谷，原来位于波谷的点将位于波峰
思路引导：(1)波的干涉中波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇的点为加强点，波峰与波谷相遇的点为减弱点。(2)振动加强区上的点都是振动加强点，振动减弱区上的点都是振动减弱点。(3)加强点始终加强，减弱点始终减弱。(4)各质点在平衡位置两侧做周期性振动。
解析：波的干涉示意图所示的仅是某一时刻两列相干波叠加的情况，形成干涉图样的所有质点都在不停地振动着，其位移的大小和方向都在不停地变化着。但要注意，对稳定的干涉，振动加强和减弱的区域的空间位置是不变的。a点是波谷和波谷相遇的点，c点是波峰和波峰相遇的点，都是振动加强点；而b、d两点都是波峰和波谷相遇的点，是振动减弱点，A正确；e点位于加强点的连线上，为加强点。f点位于减弱点的连线上，为减弱点，B错误；相干波源产生的波的干涉是稳定的，加强点与减弱点不会随时间变化，C错误；因形成干涉图样的质点也在不停地做周期性振动，经半个周期原来位于波峰的点将位于波谷，原来位于波谷的点将位于波峰，D正确。
┃┃对点训练__■
2．消除噪声污染是当前环境保护的一个重要课题，内燃机、通风机等在排放各种高速气流的过程中都发出噪声，干涉型消声器可以用来削弱高速气流产生的噪声，干涉型消声器的结构及气流运行如图所示，波长为λ的声波沿水平管道自左向右传播，当声波到达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，即可达到削弱噪声的目的，若Δr＝|r2－r1|，则Δr等于( C )
A．波长λ的整数倍
B．波长λ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，两相干波源的距离差为波长的整数倍时，此点为振动加强点，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，本题为消除噪音，要减弱振动，所以C正确D错误。
核心素养提升
以题说法·启智培优
波的衍射与干涉现象的比较
干涉与衍射的研究对象不同，从形式上看，衍射是波绕过障碍物继续传播的现象，而波的干涉是两列波的叠加；干涉图样与衍射图样不同，干涉图样中有间隔均匀的加强、减弱区，而衍射图样相当于从衍射孔处有一个新的波源。
案例
利用发波水槽得到的水面波形如图a、b所示，则( D )
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
解析：图(a)中可以看出只有一条狭缝是一列波的传播，水波发生明显的衍射；图(b)中有两个振源，是两列波的传播，在重叠区域，有些区域振动加强，有些区域振动减弱，是干涉现象，故选项D正确。
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7
-5．多普勒效应
目标体系构建
明确目标·梳理脉络
【学习目标】
1．通过实验认识多普勒效应。
2．能解释多普勒效应产生的原因。
3．能用多普勒效应解释有关问题。
【思维脉络】
课前预习反馈
教材梳理·落实新知
知识点
1 多普勒效应
1．多普勒效应：波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的波的__频率__都会发生变化的现象。
2．多普勒效应产生的原因：
(1)当波源与观察者相对静止时，1
s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是__一定__的，观察者观察到的频率__等于__波源振动的频率。
(2)当波源与观察者相向运动时，1
s内通过观察者的波峰(或密部)的数目__增加__，观察到的频率__增加__；反之，当波源与观察者互相远离时，观察到的频率__变小__。
知识点
2 多普勒效应的应用
1．测车辆速度：交通警车向行进中的车辆发射频率已知的超声波，同时测量__反射波的频率__，根据__反射波频率__变化的多少就能知道车辆的速度。
2．测星球速度：测量星球上某些元素发出的光波的__频率__。然后与地球上这些元素__静止__时发光的频率对照，可得星球的速度。
3．测血流速度：向人体内发射__频率已知__的超声波，超声波被血管中的血流__反射__后又被仪器接收，测出反射波的__频率变化__，就可得血流速度。
思考辨析
『判一判』
(1)产生多普勒效应时，波源的振动频率并没有发生变化。( √ )
(2)我们在剧场听演唱会时，听到的声音频率与声源的频率是不一致的。( × )
(3)人与波源有相对运动时，接收到的频率一定发生变化。( × )
(4)只有横波才能发生多普勒效应。( × )
(5)波源与观察者相互远离时，观察者感觉到的频率变小。( √ )
『选一选』
(2020·江苏省南通市高二下学期线上测试)(多选)如图所示，男同学站立不动吹口哨，一位女同学坐在秋千上来回摆动，下列关于女同学的感受的说法正确的是( AD )
A．女同学从A向B运动过程中，她感觉哨声音调变高
B．女同学从E向D运动过程中，她感觉哨声音调变高
C．女同学在C点向右运动时，她感觉哨声音调不变
D．女同学在C点向左运动时，她感觉哨声音调变低
解析：女同学荡秋千的过程中，只要她有向右的速度，她都有靠近声源的趋势，根据多普勒效应，她都感到哨声音调变高；反之女同学向左运动时，她感到音调变低。选项A、D正确，B、C错误。
『想一想』
随着科技的发展和作战的需要，现在的战斗机飞得越来越快，有些战斗机的速度超过了声音在空气中的传播速度。假设某爆炸声在空气中的传播速度为340
m/s，一架战斗机正在爆炸点附近远离它飞行，要使飞行员听不到爆炸声，战斗机飞行的速度至少多大？
答案：要使飞行员恰好听不到爆炸声，即飞行员正好一个声波也接收不到，则他随战斗机运动的速度应与波峰前进的速度一样，即战斗机应以340
m/s的速度飞行远离爆炸点。
课内互动探究
细研深究·破疑解难
探究?
对多普勒效应的理解
┃┃情境导入__■
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。
┃┃要点提炼__■
1．波源频率
波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数。
2．观察者接收到的频率
发生多普勒效应时，波源的频率并没有变化，是接收者接收的频率(单位时间内接收到的完整波的个数)发生变化(大于或小于波源频率)。
3．发生多普勒效应的几种情况
相对位置
图示
结论
波源S和观察者A相对静止不动，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，音调变低
观察者A不动，波源S运动，由S→S2，如图所示
f波源特别提醒
(1)无论什么情况，发生多普勒效应时，波源与观察者肯定有相对运动，二者相互靠近时，观察者接收到的频率变高，相互远离时，接收到的频率变低。
(2)多普勒效应的产生不是取决于观察者距波源多远，而是取决于观察者相对于波源的运动速度的大小和方向。
┃┃典例剖析__■
典例1
(多选)下列关于多普勒效应的说法，正确的是( CD )
A．只有声波才能发生多普勒效应
B．当观察者靠近声源时，听到声音的音调升高，说明声源的频率升高了
C．当声源和观察者同时以相同的速度向同一方向运动时，不会发生多普勒效应
D．火车离站时，站台上的旅客听到火车的汽笛音调降低
思路引导：①多普勒效应是波具有的特征，电磁波和光波也会发生多普勒效应。
②观测者向波源靠近时，波源频率不变，但观测者接收到的频率增高，即音调增高；反之，观测者与波源远离时，观测者接收到的频率降低，即音调降低。
解析：多普勒效应是波动过程共有的特征，不仅是机械波，电磁波和光波也会发生多普勒效应，A项错误。
发生多普勒效应时，声源的频率并没有发生变化，而是观察者接收到的频率发生了变化，B项错误。
当波源和观察者以相同的速度同向运动时，两者之间无相对运动，不会发生多普勒效应，C项正确。
火车离站时，站台上的旅客和火车相互远离，听到火车的汽笛音调降低，D项正确。
┃┃对点训练__■
1．(2020·江苏省扬州中学高二下学期期中)如图表示产生机械波的波源O做匀速运动的情况下，某一时刻在介质平面中的情形，图中的圆表示波峰。
(1)该图表示的是( D )
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 )
A．A点
B．B点
C．C点
D．D点
(3)观察到波的频率最低的点是( B )
A．A点
B．B点
C．C点
D．D点
解析：(1)该图表示的是多普勒效应，正确的选项为D。
(2)从波长变化情况来看，波源正在移向A点。
(3)由于波源远离B点，所以，观察到波的频率最低的点是B点。
探究?
多普勒效应及超声波的应用
┃┃情境导入__■
医院有一种先进的检测技术——彩超，向病人体内发射频率已精确掌握的超声波。超声波经血液反射后被专用仪器接收，测出反射波的频率变化，就可以知道血液的流速。这一技术主要体现了哪一种物理现象？
提示：仪器接收到的波的频率发生变化，是因为血液的流动使波源与接收仪器间距离发生变化，从而发生了多普勒效应。
┃┃要点提炼__■
1．多普勒效应的应用
(1)多普勒效应测车速。
(2)医用彩色超声波测定心脏跳动，了解血管血流等情况。
(3)电磁波的多普勒效应为跟踪目标物(如导弹、云层等)提供了一种简单的方法。在军事、航天、气象预报等领域有了广泛的应用。
(4)用多普勒效应测量其他星系向着或远离地球运动的速率。
2．超声波及其应用
(1)定义：频率高于2×104
Hz的声波。
(2)特点：大功率的超声波几乎沿直线传播。
(3)应用：超声波洗涤，超声波碎石，超声波探测仪，医用彩超等。
┃┃典例剖析__■
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电磁波，如果该电磁波被轿车反射回来时，警车接收到的电磁波频率比发出时低。
(1)此现象属于( C )
A．波的衍射
B．波的干涉
C．多普勒效应
D．波的反射
(2)若该路段限速为100
km/h，则轿车是否超速？
(3)若轿车以20
m/s的速度行进，反射回的频率应怎样变化？
思路引导：根据波源与观察者相对距离增大或减小时，观察者接收到的频率发生变化的现象即多普勒效应解答。
解析：(1)巡警车接收到的电波频率比发出时低，此现象为多普勒效应。
(2)因警车接收到的频率低，由多普勒效应知警车与轿车在相互远离，而警车车速恒定又在后面，可判断轿车车速比警车车速大，故该车超速。
(3)若该车以20
m/s的速度行进时，此时警车与轿车在相互靠近，由多普勒效应知反射回的频率应偏高。
答案：(2)超速 (3)偏高
┃┃对点训练__■
2．(多选)下面哪些应用是利用了多普勒效应( ABD )
A．利用地球上接收到遥远天体发出的光波的频率来判断遥远天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，波被运动的汽车反射回来，根据接收到的频率发生的变化，就知道汽车的速度，以便于进行交通管理
C．铁路工人用耳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
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地球远离的速度，A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，B正确；铁路工人是根据振动的强弱而对列车的运动作出判断的，C错误；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，D正确。
核心素养提升
以题说法·启智培优
多普勒效应的判断方法
(1)确定研究对象。(波源与观察者)
(2)确定波源与观察者是否有相对运动。若有相对运动，能发生多普勒效应，否则不发生。
(3)判断：当两者远离时，观察者接收到的波的频率变小，靠近时观察者接收到的波的频率变大，但波源的频率不变。
案例
某人站在地面上某处，一架飞机由远而近从人的头顶上方匀速飞过，则人听到飞机发出声音的频率( A )
A．越来越低
B．越来越高
C．先变高后变低
D．先变低后变高
易错分析：飞机从人头顶匀速飞过，匀速是指飞机相对地面，但相对观察者的速度是先减小后增大，这需要将速度分解。一些同学思维简单，只考虑到起初是飞机(声源)相对观察者靠近，飞机过了人的正头顶后，变成了声源相对观察者远离，因此认为接收的频率先变高后变低，错选了C项。
解析：当飞机飞近人时，将飞机的速度分解，如图甲所示，飞机相对人的速度为v1＝vcosα，α越来越大，则v1越来越小，即人听到飞机声音的频率越来越低，但总是f听>f源。当飞机远离人时，将飞机的速度分解如图乙所示，飞机相对人的速度v3＝vcosα，α越来越小，则v3越来越大，即人听到飞机声音的频率越来越低，且都是f听<
f源，故在飞机飞过头顶的过程中人听到的声音频率一直是越来越低，即A项正确。具体地说：当飞机到达头顶正上方之前，f听>f源；恰好在人头顶正上方时，
f听＝f源；越过头顶正上方之后，
f听<
f源。
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