【新步步高】2015-2016学年高二物理教科版选修3-4课件第二章第5讲~第6讲波的干涉衍射多普勒

第二章——第5讲波的干涉、衍射第6讲多普勒效应目标定位1.知道波的叠加原理，知道波的干涉现象实质上是波的一种特殊的叠加现象.2.知道波的干涉图样的特点，理解形成稳定干涉图样的条件，掌握振动加强点、减弱点的振动情况.3.知道什么是波的衍射现象，知道波发生明显衍射现象的条件.4.了解多普勒效应，能运用多普勒效应解释一些物理现象.1预习导学梳理·识记·点拨2课堂讲义理解·深化·探究3对点练习巩固·应用·反馈预习导学梳理·识记·点拨一、波的叠加原理在几列波传播的重叠区域内，质点要同时参与由几列波引起的振动，质点的等于各列波单独存在时在该处引起的振动位移的.总位移矢量和5第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应二、波的干涉现象1.定义：的两列波叠加，使介质中某些区域的质点振动始终，另一些区域的质点振动始终，并且这两种区域互相间隔、位置.这种稳定的叠加现象(图样)叫做波的干涉.2.产生干涉的一个必要条件是两列波的必须相同.3.波的干涉现象是在特殊条件下波的.只要满足一定条件，都能发生干涉现象.频率相同加强减弱保持不变频率叠加一切波6第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应想一想在波的干涉中，振动加强的点和振动减弱的点的振动情况是怎样的？是不是振动减弱的点始终位于平衡位置不动？答案在波的干涉中，振动加强的点是指两列波在该点的振动方向始终相同，因而使该点以两列波的振幅之和作为新的振幅做简谐运动；而振动减弱的点是指两列波在该点的振动方向始终相反，因而使该点以两列波的振幅之差作为新的振幅做简谐运动.只有当两列波的振幅相等时，所形成的干涉中的振动减弱的点的振幅才为零，此时该点表现为始终处于平衡位置不动.7第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应三、波的衍射现象1.定义：波能够绕到的后面传播的现象.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相差不多或比小时，就能看到明显的衍射现象.3.都可发生衍射现象.障碍物波长波长一切波8第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应想一想在日常生活中我们常遇到“闻其声而不见其人”的现象，你能用学过的知识解释一下吗？答案声波的波长比较长，容易衍射，而光波波长短，不容易衍射，所以会有“闻其声而不见其人”的现象.9第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应四、多普勒效应1.定义：当观测者与波源之间有相对运动时，观测者测得的频率与波源频率.2.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，所以，观测者接收到的频率和波源的振动频率.不同相同相同10第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应(2)当观测者与波源两者相互接近时，它在单位时间内接收到的完整波的数目，接收到的频率将波源振动的频率.(3)当观测者与波源两者远离时，它在单位时间内接收到的完整波数目，接收到的频率将波源振动的频率.增多大于减少小于11第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应3.应用(1)测心脏血流速度；(2)测人造卫星位置的变化；(3)测定流体流速；(4)检查车速；(5)判断遥远的天体相对于地球的运动速度.12第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应想一想当汽车远离观察者时，听到的汽车的声音越来越小，这种现象就是多普勒效应吗？答案不是.多普勒效应指的是接收到的频率的变化情况，即音调的变化情况，而声音大小指的是响度.课堂讲义理解·深化·探究一、对干涉现象的理解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，必须是两列波的频率相同、步调一致(相差恒定).14第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应3.干涉图样及其特点(1)干涉图样：如图1所示图115第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应(2)特点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.16第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应4.振动加强点和减弱点(1)振动加强点：振动的振幅等于两列波振幅之和，A＝A1＋A2.(2)振动减弱点：振动的振幅等于两列波振幅之差，A＝|A1－A2|.(3)振动加强点和振动减弱点的判断.若某点总是波峰与波峰或波谷与波谷相遇，该点为振动加强点；若总是波峰与波谷相遇，则为振动减弱点.17第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应例1两列振动方向相同、振幅分别为A1和A2的相干简谐横波相遇.下列说法正确的是()A.波峰与波谷相遇处质点的振幅为|A1－A2|B.波峰与波峰相遇处质点离开平衡位置的位移始终为A1＋A2C.波峰与波谷相遇处质点的位移总是小于波峰与波峰相遇处质点的位移D.波峰与波峰相遇处质点的振幅一定大于波峰与波谷相遇处质点的振幅18第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应解析两列振动方向相同的相干波相遇叠加，在相遇区域内各质点仍做简谐运动，其振动位移在0到最大值之间，B、C项错误；在波峰与波谷相遇处质点振幅为两波振幅之差，在波峰与波峰相遇处质点振幅为两波振幅之和，故A、D项正确.答案AD19第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应借题发挥不管是振动加强点，还是振动减弱点，还是一般位置的质点在振动时，其位移都在随时间做周期性变化，位移均可为0.20第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应针对训练两列频率、振动方向、初始相位均相同的波S1、S2，在同一介质中传播时，某时刻t形成如图2所示的干涉图样，图样中两波源S1、S2同时为波谷(实线表示波峰，虚线表示波谷)，在图中标有A、B、C三个点，则振动加强点是______，振动减弱点是________.21第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应解析由图可知A点为波峰与波峰相遇，是振动加强点；B点是波谷与波谷相遇，是振动加强点；C点是波峰与波谷相遇，是振动减弱点.答案A、BC22第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应二、对衍射现象的理解1.衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射.2.波的衍射总是存在的，只有“明显”与“不明显”的差异，“障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多”只是发生明显衍射的条件.3.波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)仿佛一个新波源，由它发出与原来同频率的波在孔(障碍物)后传播，就偏离了直线方向.因此，波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况.23第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应例2如图3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，则关于波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是()图3A.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24第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应解析从图中可以看出，孔的大小与波长相差不多，故能够发生明显的衍射现象，A选项正确；由于在同一均匀介质中，波的传播速度不变，波的频率不变，又根据λ＝可得波长λ不变，所以B选项正确；当孔扩大后，发生明显衍射的条件将被破坏，故C选项正确；如果孔的大小不变，使波源频率增大，则波长减小，孔的尺寸将比波长大，失去发生明显的衍射现象的条件，因此D选项不正确.答案ABCvf25第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应三、对多普勒效应的理解1.多普勒效应是波共有的特征，不仅机械波，光波和电磁波也都会发生多普勒效应.2.发生多普勒效应时，波源发出的频率不变，变化的是观察者接收到的频率.26第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应3.当波源与观察者相互接近时，f观察者变大，音调变高.如图4甲中波源S不动，观察者A向B运动和图乙中观察者A不动，波源由S1向S2运动；当波源与观察者相互远离时，f观察者变小，音调变低.如图甲中波源S不动，观察者A向C运动.图427第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应例3下面说法中正确的是()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.多普勒效应是在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28第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应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，故选项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，故选项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，故选项D正确．答案BCD29第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应借题发挥判断观察者接收的频率是怎么样变化的，就是看波源与观察者间的相对运动情况.对点练习巩固·应用·反馈1234波的衍射1.在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子的振动频率是5Hz，水波在水槽中的传播速度为0.05m/s，为观察到明显的衍射现象，小孔直径d应为()A.10cmB.5cmC.d≥1cmD.d＜1cm31第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应1234解析在水槽中激发的水波波长为λ＝vf＝0.055m＝0.01m＝1cm.若要在小孔后产生明显的衍射现象，应取小孔的尺寸小于波长或与波长相差不多.答案D32第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应1234波的叠加2.两列简谐横波，波速大小均为20m/s，如图5所示为某时刻两列波各自传播的波动图像.一列波沿着x轴向右传播(实线所示)，另一列沿着x轴向左传播(虚线所示).下列说法不正确的是()图533第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应1234A.两列波的频率均为2.5HzB.此时刻b、d处的质点速度为零，a、c处质点速度最大C.两列波在b、d点处引起的振动加强，在a、c点处引起的振动减弱D.经过0.1s，a处质点在波峰，c处质点在波谷34第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应1234解析由图可知波长λ＝8m，则频率f＝vλ＝208Hz＝2.5Hz，选项A正确；两列波在b、d点处引起的振动减弱，在a、c点处引起的振动加强，选项C错误；由图可知此时刻b、d处的质点在最大位移处，所以速度为零，a、c处质点在平衡位置，速度最大，选项B正确；35第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应1234由图可知a质点向上振动，经0.1s即T4到达波峰，同理c在波谷，选项D正确.答案C36第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应1234波的干涉3.图6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，虚线表示某时刻的波谷，下列说法正确的是()图637第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应1234A.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点和减弱点之间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38第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应1234解析波的干涉示意图表示某一时刻两列相干波叠加的情况，形成干涉图样的所有介质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，都是振动加强的点；39第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应1234而b、d两点都是波峰和波谷相遇的点，是振动减弱的点，A正确；e点位于加强点的连线上，也为加强点，f点位于减弱点的连线上，也为减弱点，B错误；相干波源叠加产生的干涉是稳定的，不会随时间变化，C错误；因形成干涉图样的介质质点也在不停地做周期性振动，故经半个周期步调相反，D正确.答案AD40第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应1234多普勒效应4.如图7所示产生机械波的波源O做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰.(1)该图表示的是()A.干涉现象B.衍射现象C.反射现象D.多普勒效应图741第5讲波的干涉、衍射~第6讲多普勒效应1234(2)波源正在向哪处移动()A.AB.BC.CD.D(3)观察到波的频率最低的位置是()A.AB.BC.C