第十二章第4-7节波的反射和折射;波的衍射;波的干涉;多普勒效应

第1页版权所有不得复制年级高二学科物理版本人教新课标版课程标题第十二章第4-7节波的反射和折射；波的衍射；波的干涉；多普勒效应编稿老师张子厚一校黄楠二校林卉审核薛海燕一、学习目标：1.知道什么是波的叠加，理解波的干涉图样和干涉条件。2.知道衍射现象，及发生明显衍射现象的条件。3.知道多普勒效应，了解多普勒效应的应用。二、重点、难点：重点：波的干涉与衍射现象的理解。难点：波的干涉与衍射现象的条件的理解。三、考点分析：内容和要求考点细目出题方式波的反射与折射波面和波线的定义选择、填空题惠更斯原理波的折射的定义折射定律的内容及表达波的干涉波的独立传播原理选择、填空题波的叠加原理波的干涉现象的定义振动加强点与减弱点的判断波的衍射波的衍射的定义选择、填空题发生明显的波的衍射的条件多普勒效应多普勒效应的概念选择、填空题几种多普勒效应的解释多普勒效应的应用第2页版权所有不得复制波的干涉与衍射问题综合波的反射与折射波面和波线的定义处理波的反射应注意的问题波的干涉波的独立传播原理和叠加原理干涉现象的定义两列波产生稳定干涉的必要条件波的衍射的定义多普勒效应的概念与解释波的衍射波的折射的定义波的折射定律的内容波的叠加原理振动加强点和减弱点的判断方法波的衍射的条件多普勒效应多普勒效应的应用波在叠加时的特点波的独立传播原理知识点1：波的反射问题：例1.有一辆汽车以15m/s的速度匀速行驶，在其正前方有一陡峭山崖，汽车鸣笛2s后司机听到回声，此时汽车距山崖的距离有多远？（v声=340m/s）解析：若汽车静止，问题就简单了，现在汽车是运动的，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的路程为s1，C点到山崖B的距离为s；声波由A到B再反射到C的路程为s2，因汽车与声波的运动时间同为t，又sss212，则v声t=v汽t+2s.所以mmvvs32522153402t汽声.答案：325m。变式：如图所示，图a是高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图，测速仪发出并接收超声波脉冲信号，根据发出和接收的信号间的时间差，测出被测物体的速度。图b中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。设测速仪匀速扫第3页版权所有不得复制描P1、P2之间的时间间隔st0.1，超声波在空气中的传播速度是v=340m/s，若汽车是匀速行驶的，则根据图b可知，汽车在接收到P1、P2两个信号之间的时间内前进的距离是多少米？汽车的速度是多少米/秒？解析：设汽车在接收到P1、P2两个信号时距测速仪的距离分别为s1、s2，则有'2221tvss，其中sst1.05.05.37.14.45.05.3'，汽车在接收到P1、P2两个信号的时间间隔内前进的距离为mmtvss1721.03402'21。已知测速仪匀速扫描，由图b记录数据可求出汽车前进)(21ss这段距离所用时间为ssttt95.021.00.12'''，汽车运动的速度smsmtssv/9.17/95.017''21。答案：1717.9知识点2：波的叠加与波的干涉问题：例2.一波源在绳的左端发出半个波①，频率为1f，振幅为1A；当此波源刚起振时绳右端的另一波源也恰好起振，发出半个波②，频率为122fff，振幅为2A，P为绳的中点，如图所示。下列说法错误的是（）A.两列波同时到达P点B.两列波相遇时P点波峰值可达到21AAC.两列波相遇再分开后，各自保持原波形传播D.因频率不同，这两列波相遇不能叠加答案：BD变式1：如下图所示，在双曲线191622yx的两个焦点F1和F2上放置两个频率相同的波源，它们激起的波的波长为4cm，根据图中A、B、C、D四个质点的振动情况判断，下列说法中正确的是（）第4页版权所有不得复制A.若A、B振动加强，则C、D振动一定减弱B.若A、B振动加强，则C、D振动一定加强C.A、B、C、D振动一定加强D.A、B、C、D振动一定减弱答案：B变式2：如图所示，在直线PQ的垂线OM上有A、B两个声源，A、B分别距O点6m和1m，两个声源同时不断向外发出波长都为2m的完全相同的声波，在直线PQ上从到的范围内听不到声音的小区域共有多少个？解析：该题考查减弱点的判断。若某时刻两列相干波的波峰与波峰或波谷与波谷相遇为加强点，经数学归纳可知，若某点到两波源的路程差为波长的整数倍，即2,1,0nns，则该点为振动加强点；若某点到两波源的路程差为半波长的奇数倍，即)2,1,0)(12(2nns，则该点为振动减弱点。在直线PQ上的O点距两波源A、B的波程差最大，即255)16(mmBOAO，故O点为减弱点。由O向向或由O，直线PQ上各点到两波源A、B的波程差逐渐减小，其中23s的点有两个，21s的点有两个，所以在直线PQ上从到的范围内听不到声音的小区域共有5个。答案：5个。知识点3：波的衍射及多普勒效应：例3.如图所示为观察水面波衍射的实验装置，CD是一块挡板，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）之间的距离表示一个波长，则对于波经过孔后的传播情况，下列描述中正确的是（）第5页版权所有不得复制A.能明显地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，波源频率增大，能更明显地观察到衍射现象答案：ABC变式1：如图所示，S为波源，M、N为两块挡板，其中M板固定，N板可上下移动，两板中间有一狭缝，此时测得A点没有振动，为了使A点能发生振动，可采用的方法是（）A.增大波源的频率B.减小波源的频率C.将N板向上移动一些D.将N板向下移动一些答案：BC变式2：如图所示，为一波源O做匀速直线运动时在均匀介质中产生球面波的情况，则（）A.该波源正在移向a点B.该波源正在移向b点C.在a处观察波的频率变低D.在b处观察波的频率变低答案：AD第6页版权所有不得复制波的干涉及衍射是波特有的现象，任何波都有干涉和衍射现象，反之，能够发生干涉和衍射现象的，一定是波。对于波的干涉与衍射的理解，前提是要理解好波的叠加的概念，注意在两列波重叠的区域中，任何一个质点都同时参与两个振动，其振动位移等于这两列波分别引起的位移的矢量和。对于波的干涉问题，要注意加强点与减弱点的判断，加强点与减弱点的位移会随波的传播和所用时间的不同发生变化。对于波的衍射，要注重对发生的明显衍射条件的理解。一、预习新知光的折射与干涉二、预习点拨探究任务一：光的反射定律和折射定律：【反思】（1）光的反射定律与折射定律的内容是什么？（2）什么是折射率？探究任务二：光的干涉：【反思】（1）光的干涉条件与干涉图样的特点是什么？（2）在双缝干涉中出现明条纹和暗条纹的条件是什么？（答题时间：45分钟）1.关于波的叠加和干涉，下列说法中正确的是（）A.两列频率不相同的波相遇时，因为没有稳定的干涉图样，所以波没有叠加B.两列频率相同的波相遇时，振动加强质点只是波峰与波峰相遇的点C.两列频率相同的波相遇时，介质中振动加强的质点在某时刻的位移可能是零D.两列频率相同的波相遇时，振动加强的质点的位移总是比振动减弱的质点的位移大2.频率相同的两列波发生干涉时（）A.某一点如果是两列波的波峰和波峰相遇，经过半个周期，在这一点则是第一列波的波峰与第二列波的波谷相遇B.某一点如果是两列波的波谷和波谷相遇，经过半个周期，在这一点则是第一列波的波谷与第二列波的波峰相遇C.某一点如果是第一列波的波谷与第二列波的波峰相遇，经过半个周期，在这一点则是两列波的波谷相遇D.某一点如果是第一列波的波谷与第二列波的波峰相遇，经过半个周期，在这一点则是第一列波的波峰与第二列波的波谷相遇3.在同一介质中两列频率相同，振动步调一致的横波互相叠加，则（）A.波峰与波谷叠加的点振动一定是减弱的B.振动最强的点经过T41后恰好回到平衡位置，因而该点的振动是先加强，后减弱C.振动加强区和减弱区相间分布，且加强区和减弱区不随时间变化D.加强区的质点某时刻的位移可能是零第7页版权所有不得复制4.两列平面简谐横波在空中叠加，如图，其中简谐横波a（图中虚线所示）沿x轴正方向传播，简谐横波b（图中实线所示）沿x轴负方向传播，波速都是20m/s.t=0时，这两列波的波动图象如图所示，那么位于x=45m处的质点P第一次到达波峰的时间和第一次处于平衡位置的时间分别是（）A.1.50s，0.25sB.0.25s，0.75sC.0.50s，0.75sD.0.75s，0.25s5.M、N为介质中相距2L的两个质点，从某时刻开始，两质点做同振幅和同频率的振动，并且开始时刻两质点的振动方向均向上，已知两质点的振动在介质中产生的横波的波长均为L，且传播方向相反。则自开始时刻起，经过1.5个周期，M、N之间的波的波形图象是下图中的（）6.如图所示，实线和虚线分别表示振幅、频率均相同的两列波的波峰和波谷。此刻，M是波峰与波峰相遇点，下列说法中正确的是（）A.该时刻质点O正处在平衡位置B.P、N两质点始终处在平衡位置C.随着时间的推移，质点M向O点处移动D.从该时刻起，经过四分之一周期，质点M到达平衡位置7.在空气中的同一区域内，两列声波波源的振动情况如图所示，结合图线中的有关数据，可以作出的正确判断是（）第8页版权所有不得复制A.a波源的频率为b波源频率的2倍B.a波的波长为b波波长的2倍C.遇到同一个障碍物，a波的衍射效果一定比b波明显D.通过同一个狭缝，a波的衍射效果一定比b波明显8.下图是（a）、（b）、（c）是窄缝宽度不变，改变水波的波长，观察波的衍射现象实验时拍下的三张照片，窄缝宽度为l，三种波的波长分别为lllCBA107105103、、。（1）请你指出哪张照片表示的是CBA、、？（2）由实验可得出什么结论。9.在下图中，A、B是同一介质中两相干波源，其振幅均为A=5cm，频率均为Hzf100，当A点为波峰时，B点恰好为波谷，波速v=10m/s，判断P点为振动加强点还是振动减弱点？第9页版权所有不得复制1.C解析：根据波的叠加和干涉的概念可知，只要两列波相遇就会叠加，但如果两列波的频率不同，在叠加区域就没有稳定的干涉图样，所示选项A错。发生干涉时振动加强的点还包括波谷和波谷相遇的点，所以选项B错。因为某质点振动加强仅是振幅加大，但只要仍在振动就一定有位移为零的时刻，所以选项C正确，选项D错误。2.D解析：波在半个周期内，传播的距离是半个波长，因此只有D正确。3.A、C、D解析：当频率相同，振动步调一致的两列波叠加时，若波峰与波谷叠加必为减弱点，A正确；振动加强点并不是指其位移始终就最大，有时可能为零。所以B错，C、D正确。4.B解析：从图上可知两波波长均为m40，故svT2，波峰a或b第一次传到P点，均需要sst25.0205，而由平衡位置状态传到P点需要sst75.02015'。5.A解析：分别画出两列波在传播1.5个周期时的波形图，根据叠加原理可判断出A正确。6.B、D解析：由题图可知，图中O、M为振动加强点，此时刻O处于波谷，M处于波峰，因此A错误。N、P为减弱点，且两列波振幅相同，因此，N、P两点振幅为零，即两质点始终处于平衡位置，B正确。质点不会随波向前推移，C不正确。从该时刻经41周期，两列波在M点分别引起的振动都位于平衡位置，故M点位于平衡位置，D正确。7.B、D解析：从图线上可以看出，a波的周期是b波的两倍，由于它们都在空气中传播，波速是相同的，因此a波波长是b波的2倍。对于同一个障碍物来说，因其尺寸没有明显给出，故不能确定是否发生明显的衍射现象，但对于同一个狭缝来说，它的尺寸已经很小，当然波长较长的a波的衍射现象更明显一些。8.（1）图（a）表示波长lA103，图（b）表示波长lB105，图（c）表示波长lC107。（2）实验说明，