5波干涉、衍射6多普勒效應第二章機械波1/47[學習目標]1.知道波疊加原理，知道波干涉現象實質上是波一個特殊疊加現象.2.知道波干涉圖樣特點，了解形成穩定干涉圖樣條件.3.知道波衍射現象，了解波發生顯著衍射現象條件.4.了解多普勒效應，能利用多普勒效應解釋一些物理現象.2/47內容索引重點探究啟迪思維探究重點達標檢測檢測評價達標過關自主預習預習新知扎實基礎3/47自主預習4/47一、波疊加原理1.波疊加原理在幾列波傳輸重合區域內，質點要

參加由幾列波引發振動，質點總位移等于各列波單獨存在時在該處引發振動位移

.2.了解(1)假如介質中一些質點處于兩列波波峰與波峰、波谷與波谷相遇處，則振動

(填“加強”或“減弱”)，合振幅將

(填“增大”“不變”或“減小”).(2)假如質點處于波峰與波谷相遇處，則振動

(填“加強”或“減弱”)，合振幅

(填“增大”“不變”或“減小”).同時矢量和加強增大減弱減小5/47二、波干涉現象1.波干涉：

兩列波疊加，使介質中一些區域質點振動一直

，另一些區域質點振動一直

，而且這兩種區域相互間隔、位置

.這種穩定疊加現象(圖樣)叫做波干涉.2.產生干涉一個必要條件是兩列波

必須相同.3.波干涉現象是在特殊條件下波

.

只要滿足一定條件都能發生干涉現象.頻率相同加強減弱保持不變疊加頻率一切波6/47三、波衍射現象1.波衍射波能夠繞到

后面傳輸現象.2.波發生顯著衍射現象條件當縫寬度或障礙物尺寸大小與

相差不多或比

小時，就能看到顯著衍射現象.3.波衍射普遍性一切波都可發生

現象.障礙物波長波長衍射7/47四、多普勒效應及其應用1.定義：當觀察者和波源之間有相對運動時，觀察者測得頻率與波源頻率

.2.成因(1)波源S與觀察者A相對于介質都靜止時，觀察者單位時間內接收到完整波數目與單位時間內波源發出

，所以，觀察者接收到頻率和波源振動頻率

.(2)當觀察者與波源二者相互靠近時，觀察者在單位時間內接收到完整波數目

，接收到頻率將

波源振動頻率.不一樣相同相同增多大于8/47(3)當觀察者與波源二者相互遠離時，觀察者在單位時間內接收到完整波數目

，接收到頻率將

波源振動頻率.3.應用(1)測量心臟血流速度；(2)測定人造衛星位置改變；(3)測定流體流速；(4)檢驗車速；(5)判斷遙遠天體相對于地球運動速度.降低小于9/471.判斷以下說法正誤.(1)只有當障礙物尺寸與波長差不多或比波長小時，才會發生衍射現象.(

)(2)敲擊音叉使其發聲，然后轉動音叉，聽到聲音忽強忽弱是聲波干涉現象.(

)(3)只有頻率相同兩列波才能夠疊加.(

)(4)當波源和觀察者向同一個方向運動時，一定發生多普勒效應.(

)[即學即用]××√×答案10/472.兩個頻率、振動方向、初始相位均相同波源S1、S2，產生波在同一介質中傳輸時，某時刻t形成如圖1所表示干涉圖樣，圖樣中兩波源S1、S2同時為波谷(實線表示波峰，虛線表示波谷)，在圖中標有A、B、C三個點，則振動加強點是________，振動減弱點是_____.答案圖1A、BC解析由題圖可知A點為波峰與波峰相遇，是振動加強點；B點是波谷與波谷相遇，是振動加強點；C點是波峰與波谷相遇，是振動減弱點.解析11/47重點探究12/47一、波疊加[導學探究]

(1)兩個同學分別抓住繩子兩端，各自抖動一下，繩上產生兩列凸起且相向傳輸波，兩列波相遇后是否還保持原來運動狀態繼續傳輸？答案兩列波相遇后依然保持原來各自運動狀態繼續傳輸，并沒有受到另一列波影響.(2)當教室內樂隊合奏時，我們聽到某種樂器聲音與這種樂器獨奏時發出聲音是否相同？這種聲音是否受到了其它樂器影響？答案相同，沒有受到其它樂器影響.答案13/47[知識深化]

對波疊加了解(1)波獨立傳輸特征：幾列波相遇時各自波長、頻率等運動特征，不受其它波影響.(2)波疊加原理：在幾列波重合區域里，介質質點同時參加這幾列波引發振動，質點位移等于這幾列波單獨傳輸時引發位移矢量和.14/47例1

(多項選擇)如圖2所表示，波源S1在繩左端發出頻率為f1、振幅為A1半個波形a，同時另一個波源S2在繩右端發出頻率為f2、振幅為A2半個波形b，且f1<f2，P為兩個波源連線中點.已知機械波在介質中傳輸速度只由介質本身性質決定.以下說法正確是答案解析A.兩列波相比，a波將先抵達P點B.兩列波在P點疊加時，P點位移最大可達A1＋A2C.b波峰抵達P點時，a波峰還沒有抵達P點D.兩列波相遇時，繩上位移可達A1＋A2點只有一

個，此點在P點左側

圖2√√15/47解析因兩列波波速相等，故兩列波能同時抵達P點，A錯誤；因f1<f2，由λ＝

可知，λ1>λ2，故當兩列波同時抵達P點時，a波波峰離P點距離比b波波峰離P點距離大，所以兩波峰不能同時抵達P點，兩波峰應相遇在P點左側，此位置對應位移為A1＋A2，位移最大，總而言之，B錯誤，C、D正確.16/47二、波干涉[導學探究]

如圖3所表示，與振動發生器相連兩個小球，在振動發生器帶動下上下振動，形成兩個振動頻率和振動步調相同波源，在水面上形成兩列步調、頻率相同波，兩列波在水面上相遇時，能觀察到什么現象？假如改變其中一個小球振動快慢，還會形成這種現象嗎？答案在水面上出現一條條從兩個波源中間伸展開相對平靜區域和猛烈振動區域.改變其中一個小球振動快慢，這種現象將消失.答案圖317/47[知識深化]

對波干涉了解(1)發生干涉條件：①兩列波頻率相同；②相位差恒定.(2)產生穩定干涉圖樣兩列波振幅越靠近，干涉圖樣越顯著.(3)干涉圖樣及其特點①干涉圖樣：如圖4所表示.圖418/47②特點a.加強區和減弱區位置固定不變.b.加強區一直加強，減弱區一直減弱(加強區與減弱區不隨時間改變).c.加強區與減弱區相互間隔.(4)振動加強點和振動減弱點①振動加強點：振動振幅等于兩列波振幅之和，A＝A1＋A2.②振動減弱點：振動振幅等于兩列波振幅之差，A＝|A1－A2|.19/47③振動加強點和振動減弱點判斷a.條件判斷法：振動頻率相同、振動情況完全相同兩波疊加時，設點到兩波源旅程差為Δx，當Δx＝|x2－x1|＝kλ(k＝0,1,2，…)時為振動加強點；當Δx＝|x2－x1|＝(2k＋1)(k＝0,1,2，…)時為振動減弱點.若兩波源振動步調相反，則上述結論相反.b.現象判斷法：若某點是波峰與波峰或波谷與波谷相遇，該點為振動加強點，若是波峰與波谷相遇，則為振動減弱點.20/47例2如圖5所表示，S1、S2是兩個步調完全相同相干波源，其中實線表示波峰，虛線表示波谷.若兩列波振幅均保持5cm不變，關于圖中所標a、b、c、d四點，以下說法中正確是A.d點一直保持靜止不動B.圖示時刻質點c位移為零C.b點振動一直加強，c點振動一直減弱D.圖示時刻，b、c兩點豎直高度差為10cmE.a點振動介于加強點和減弱點之間√答案解析圖521/47解析點d是波峰與波谷相遇，振動減弱，振幅為零，故保持靜止，故A正確；b點是波峰與波峰相遇，c點是波谷與波谷相遇，它們均屬于振動加強點，因為振幅是5cm，則b點相對平衡位置高10cm，而c點相對平衡位置低10cm，所以b、c兩點豎直高度差為20cm，故B、C、D錯誤；a點位于加強點連線上，仍為加強點，E錯誤.22/47總結提升振動加強點和振動減弱點了解：不能認為振動加強點位移一直最大，振動減弱點位移一直最小，而應該是振幅增大點為振動加強點，其實這些點也在振動，位移能夠為零；振幅減小點為振動減弱點.23/47例3如圖6甲所表示，在xOy平面內有兩個沿z方向做簡諧振動點波源S1(0,4)和S2(0，－2).兩波源振動圖線分別如圖乙和圖丙所表示.兩列波波速均為1.00m/s.兩列波從波源傳輸到點A(8，－2)旅程差為____m，兩列波引發B(4,1)處質點振動相互______(填“加強”或“減弱”)，C(0,0.5)處質點振動相互______(填“加強”或“減弱”).答案解析圖62減弱加強24/47解析由題圖可知兩波波長都為λ＝vT＝2m.由幾何關系可知兩波源到A點距離為AS1＝10m，AS2＝8m，所以兩波旅程差為2m；同理可得，BS1－BS2＝0，為波長整數倍，由振動圖像知兩振源振動情況相反，故B點振動減弱；兩波源到C點旅程差為Δx＝CS1－CS2＝1m，所以C點振動加強.25/47方法點撥依據條件判斷法來確定振動加強點和振動減弱點時，一定要注意兩波源振動情況是相同還是相反.26/47三、波衍射[導學探究]

如圖7所表示是一個可觀察水波衍射水波發生槽，振源頻率是能夠調整，槽中放置兩塊可移動擋板形成寬度可調整小孔，觀察水波傳輸，也能夠在水槽中放置寬度不一樣擋板，觀察水波傳輸.思索以下問題：(1)水波碰到小孔時，會觀察到什么現象？逐步減小小孔尺寸，觀察到現象有什么改變？答案水波碰到小孔時，水波能穿過小孔，并能抵達擋板后面“陰影區”，小孔尺寸減小時，水波抵達“陰影區”現象愈加顯著.答案圖727/47(2)當水波碰到較大障礙物時，會觀察到什么現象？當障礙物較小時，會觀察到什么現象？答案當水波碰到較大障礙物時，將會返回，當障礙物較小時，波能繼續向前傳輸.答案28/47[知識深化]1.關于衍射條件：應該說衍射是沒有條件，衍射是波特有現象，一切波都能夠發生衍射.衍射只有“顯著”與“不顯著”之分，障礙物或小孔尺寸跟波長差不多，或比波長小是產生顯著衍射條件.2.波衍射實質分析：波傳到小孔(障礙物)時，小孔(障礙物)好像是一個新波源，由它發出與原來同頻率波在小孔(障礙物)后傳輸，就偏離了直線方向.波直線傳輸只是在衍射現象不顯著時近似情況.29/47例4

(多項選擇)如圖8所表示是觀察水面波衍射試驗裝置.AC和BD是兩塊擋板，AB是一個孔，O是波源.圖中已畫出波源所在區域波傳輸情況，每兩條相鄰波紋(圖中曲線)之間距離表示一個波長，則關于波經過孔之后傳輸情況，以下描述中正確是A.此時能觀察到波顯著衍射現象B.擋板前后波紋間距離相等C.假如將孔AB擴大，有可能觀察不到顯著衍射現象D.假如孔大小不變，使波源頻率增大，能觀察到更

顯著衍射現象√√答案解析圖8√30/47解析

由題圖可知孔尺寸與波長差不多，能觀察到波顯著衍射現象，故選項A對；因波傳輸速度不變，頻率不變，故波長不變，即擋板前后波紋間距離應相等，故選項B對；若將孔AB擴大，使孔尺寸大于波長，則可能觀察不到顯著衍射現象，故選項C對；若f增大，由λ＝

知λ變小，衍射現象變得不顯著了，故選項D錯.31/47四、多普勒效應[導學探究]

警車鳴笛從你身邊飛速駛過，對于警車向你靠近和警車遠離過程，你會聽到警笛聲音在改變.思索以下問題：(1)你聽到警笛音調有何不一樣？(2)實際上警笛音調會改變嗎？(3)聽到音調發生改變原因是什么？答案

(1)警車駛來時，音調變高；警車遠離時音調變低.(2)實際上警笛音調不會改變.(3)警車與觀察者假如相互靠近，觀察者接收到頻率增大；假如二者相互遠離，觀察者接收到頻率減小，所以會感覺警笛音調發生改變.答案32/47[知識深化]

對多普勒效應了解(1)多普勒效應是波共有特征，不但機械波，光波和電磁波也都會發生多普勒效應.(2)發生多普勒效應時，波源發出頻率不變，改變是觀察者接收到頻率.(3)多普勒效應產生原因分析①相對位置改變與頻率關系(規律)：

相對位置圖示結論波源S和觀察者A相對靜止，如圖所表示f觀察者＝f波源音調不變33/47波源S不動，觀察者A運動，由A→B或A→C，如圖所表示若靠近波源，由A→B，則f觀察者>f波源，音調變高；若遠離波源，由A→C，則f觀察者<f波源，音調變低觀察者A不動，波源S運動，由S→S′，如圖所表示f觀察者>f波源音調變高②成因歸納：依據以上分析能夠知道，發生多普勒效應時，一定是因為波源與觀察者之間發生了相對運動且他們之間距離發生改變.34/47例5關于多普勒效應，以下說法中正確是A.發生多普勒效應時，波源頻率發生了改變B.要發生多普勒效應，波源和觀察者必須有相對運動且他們之間距離

發生改變C.火車向你駛來時，你聽到汽笛聲音調變低，火車離你遠去時，你聽

到汽笛聲音調變高D.只有聲波才能發生多普勒效應√答案解析35/47解析發生多普勒效應時，波源頻率并沒有發生改變，波源和觀察者必須有相對運動，且他們之間距離發生改變，故A錯誤，B正確；依據多普勒效應可知，當波源和觀察者間距變小，觀察者接收到頻率一定比波源頻率高.當波源和觀察者間距變大，觀察者接收到頻率一定比波源頻率低，故C錯誤；全部波都能發生多普勒效應，故D錯誤.36/47歸納總結多普勒效應判斷方法1.確定研究對象(波源與觀察者).2.確定波源與觀察者二者間距是否發生改變.若有改變，能發生多普勒效應，不然不發生.3.判斷：當二者遠離時，觀察者接收到波頻率變小，當二者靠近時，觀察者接收到波頻率變大，但波源頻率不變.37/47針對訓練(多項選擇)火車上有一個聲源發出頻率一定音樂.當火車靜止，觀察者也靜止時，觀察者聽到并記住了這個音樂音調.以下情況中，觀察者聽到這個音樂音調比原來降低是A.觀察者靜止，火車向他駛來B.火車靜止，觀察者乘汽車向著火車運動C.觀察者靜止，火車離他遠去D.火車靜止，觀察者乘汽車遠離火車運動√√答案解析38/47解析依據多普勒效應可知，當波源和觀察者間距離變小，觀察者接收到頻率一定比波源頻率高.當波源和觀察者間距離變大，觀察者接收到頻率一定比波源頻率低.觀察者聽到這個音樂音調比原來降低，即接收到聲波頻率降低，說明觀察者和火車之間距離在變大.所以A、B錯誤，C、D正確.39/47達標檢測40/4712341.(波疊加)(多項選擇)兩個不等幅脈沖波在均勻介質中均以1.0m/s速率沿同一直線相向傳輸，t＝0時刻波形如圖9所表示，圖中小方格邊長為0.1m.則不一樣時刻波形正確是答案解析圖9√√√41/471234解析脈沖波在介質中傳輸，x＝vt，當t＝0.3s時，兩脈沖波各沿波傳輸方向傳輸0.3m，恰好相遇，故A正確.當t＝0.4s、0.5s、0.6s時，兩脈沖波各沿波傳輸方向傳輸0.4m、0.5m、0.6m，由波疊加原理可知B、D正確，C錯誤.42/4712342.(波干涉)(多項選擇)圖10表示兩個相干波源S1、S2產生波在同一個均勻介質中相遇.圖中實線表示波峰，虛線表示波谷，b、d、f在一條直線上，以下說法正確是A.a、c兩點振動加強，b、d兩點振動減弱B.e、f兩點振動介于加強點和減弱點之間C.經適當時間后，加強點和減弱點位置交換D.經半個周期后，原來位于波峰點將位于波谷，原來位于波谷點將

位于波峰

√√答案解析圖1043/47解析波干涉示意圖表示某一時刻兩列相干波疊加情