选择性必修 第一册4 波的干涉导学案

这是一份选择性必修 第一册4 波的干涉导学案，共11页。
1．知道波的叠加原理。
2．知道波的干涉现象、干涉条件及干涉图样，知道波的干涉也是波的特有现象。
3．知道多普勒效应及产生原因，了解多普勒效应的一些应用。
知识点一 波的干涉
[情境导学]
两列水波的干涉图样如图所示，观察其有什么规律？
提示：振动加强点和减弱点互相间隔且稳定不变。
[知识梳理]
1．波的叠加
(1)波的独立传播：两列波在彼此相遇并穿过后，仍然保持各自的运动特征，继续传播。
(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，介质中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。
2．波的干涉
(1)定义
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的现象。
(2)稳定干涉条件
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)一切波都能够发生干涉，干涉是波特有的现象。
[初试小题]
1．判断正误。
(1)只要频率相同的两列波才可以叠加。(×)
(2)两列波叠加时，质点的位移一定增大。(×)
(3)转动敲击后正在发声的音叉，听到声音忽强忽弱是声波的干涉现象。(√)
(4)两个人一起说话，不会发生干涉现象。(√)
2．两波源S1、S2在水槽中形成的波形如图所示，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稳定干涉
B．在两波相遇的区域中不会产生稳定干涉
C．a点的振动始终加强
D．a点的振动始终减弱
解析：选B 由题图可知，两列波的波长不相等，由v＝λf知f不相等。不满足波产生稳定干涉的条件，故B正确。
知识点二 多普勒效应
[情境导学]
我国已经进入高铁时代，普通列车的时代已成过去。如图所示，列车匀速驶过，对于站在路旁的护路工人师傅，列车由远而近鸣喇叭时他会听到喇叭声的音调比较高，远去的列车鸣喇叭时他会听到喇叭声的音调比较低。请思考这是什么现象？
提示：是多普勒效应。
[知识梳理]
1．定义：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．产生原因
(1)波源与观察者相对静止时，单位时间内通过观察者的波峰(或密部)的数目是一定的，观察者观测到的频率等于波源振动的频率。
(2)波源与观察者相互靠近时，单位时间内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加，观察者观测到的频率大于波源的频率，即观察到的频率变大。
(3)波源与观察者相互远离时，单位时间内通过观察者的波峰(或密部)的数目减少，观察者观测到的频率小于波源的频率，观察到的频率变小。
3．应用
(1)测车辆速度：交警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)测血流速度：向人体内发射已知频率的超声波，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。
(3)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。
[初试小题]
1．判断正误。
(1)发生多普勒效应是因为波源的频率发生了变化。(×)
(2)当波源和观察者向同一个方向运动时，一定发生多普勒效应。(×)
(3)只有横波才能发生多普勒效应。(×)
2．下面哪些应用不是利用多普勒效应( )
A．利用地球上接收到遥远星体发出的光波的频率来判断遥远星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，电磁波被运动的汽车反射回来，根据接收到的电磁波的频率发生的变化，就知道汽车的速度，以便于进行交通管理
C．铁路工人把耳朵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：选C 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于地球运动的速度；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；铁路工人把耳朵贴在铁轨上可判断火车的运行情况，是利用声音在固体中传播得快的特点，与多普勒效应无关；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，故选C。
[要点归纳]
1．波的叠加原理
(1)几列波相遇前后能够保持各自的运动状态，继续传播。
(2)在它们相遇时重叠的区域里，介质中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。图a表示了分别向右、向左传播的两列波1和2在相遇区域内的叠加过程。
2．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。
(1)两列同相波的叠加，振动加强，振幅增大。(如图a所示)
(2)两列反相波的叠加，振动减弱，振幅减小。(如图b所示)
[例题1] 波源甲、乙分别在一根水平放置的绳的左右两端，两波源发出的波在绳中的传播速度均是1 m/s。在t＝0时刻绳上的波形如图所示。则根据波的叠加原理，以下叙述正确的是( )
A．当t＝2 s时，波形如图①所示；当t＝4 s时，波形如图②所示
B．当t＝2 s时，波形如图①所示；当t＝4 s时，波形如图③所示
C．当t＝2 s时，波形如图②所示；当t＝4 s时，波形如图①所示
D．当t＝2 s时，波形如图②所示；当t＝4 s时，波形如图③所示
[解析] 当t＝2 s时，根据传播速度可知，它们相互重叠，由于振动方向相反，则振动减弱，波形如图②所示；当t＝4 s 时，各自传播了4 m，由于互不干扰，所以波形如图③所示，故选项D正确。
[答案] D
[针对训练]
1．如图甲，两列振幅和波长相同而传播方向相反的波，在相遇的某一时刻(如图乙)，两列波“消失”，此时介质中M、N两质点的运动方向是( )
A．M、N都静止 B．M、N都向上
C．M向下，N向上D．M向上，N向下
解析：选C 由题图可知，两列波的波峰与波谷叠加，振动减弱，两波的振幅相等，所以题图乙所示的时刻两列波“消失”。根据波形平移法判断可知，向右传播的波单独引起M的运动方向向下，N的运动方向向上，向左传播的波单独引起M的运动方向向下，N的运动方向向上，根据叠加原理可知，此时M质点的运动方向向下，N质点的运动方向向上，故C正确，A、B、D错误。
2.波源S1在绳的左端发出频率为f1、振幅为A1的半个波形a，同时另一个波源S2在绳的右端发出频率为f2、振幅为A2的半个波形b(f1λ2，某时刻它们形成的波峰和波谷分别由实线和虚线表示。下列说法正确的是( )
A．两列波在相遇区域会发生稳定干涉
B．B点此时位移为2A
C．C点此刻的振动减弱
D．两列波的振动频率相等
解析：选C 两列机械波在同一介质中传播，波速相同，但两列波的波长不等，说明两列波的频率不等，不会在相遇区域发生稳定干涉，故A、D错误；由题图可知，此时B点是两列波的波峰相遇，此时B点位移为xB＝2A＋A＝3A，此时C点是两列波的波峰与波谷相遇，所以C点此刻的振动减弱，故B错误，C正确。
3．关于多普勒效应，以下说法正确的有( )
A．只有机械波才能产生多普勒效应
B．电磁波、光波等不能产生多普勒效应
C．产生多普勒效应的原因是波源的频率发生了变化
D．产生多普勒效应的原因是观察者接收到的频率发生了变化
解析：选D 多普勒效应不仅仅适用于机械波，它也适用于所有类型的波，包括电磁波，故A、B错误；产生多普勒效应的原因是观察者与波源的相对运动导致观察者接收的频率发生了变化，故C错误，D正确。
4．汽车无人驾驶技术已逐渐成熟，最常用的是ACC自适应巡航控制系统，它可以控制无人车在前车减速时自动减速、前车加速时自动跟上去。其使用的传感器主要是毫米波雷达，该雷达会发射和接收调制过的无线电波，再通过两波的时间差和多普勒效应造成的频率变化来测量目标的相对距离和相对速度。若该雷达发射的无线电波的频率为f，接收到的回波的频率为f′，则( )
A．当f＝f′时，表明前车与无人车速度相同
B．当f＝f′时，表明前车一定处于静止状态
C．当f′>f时，表明前车在加速行驶
D．当f′f时，说明接收到的频率增大，说明两车距离减小，表明前车相对于后车在减速行驶，故C错误；当f′