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高中物理鲁科版（2019）选择性必修一 课件 3.3~3.4 波的干涉和衍射 多普勒效应及其应用
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3.3 波的干涉和衍射3.4 多普勒效应及其应用1.知道波的叠加原理.2.知道什么是波的衍射现以及发生明显衍射现象的条件.3.知道什么是波的干涉和波的干涉图样.4.知道波源频率与观察者接收到的频率的区别.5.知道什么是多普勒效应，知道它是波源与观察者之间有相对运动时产生的现象.学习目标一、波的叠加原理1.波的独立传播：两列波在彼此相遇以后，仍像相遇前那样，各自保持原有的波形继续前行；两列波在相遇叠加时，每列波都是独立地保持自己原有的特性，如同在各自的传播路径中并没有遇到其他波一样.2.波的叠加：相遇区域中各点的位移，就是这两列波引起的位移的合成.知识梳理二、波的干涉1.定义：对于频率相同的两列波，在相遇的区域水面上，会出现稳定的相对平静的区域和剧烈振动的区域.这两个区域在水面上的位置是固定的，且互相隔开.这种现象称为波的干涉.2.波的干涉图样：在频率相同的波相遇的区域，某些地方的振动始终加强，某些地方的振动始终减弱，波产生干涉会形成一种加强和减弱相间的图样，这样的图样叫作波的干涉图样.3.干涉条件：两列波的频率相同，相位差恒定，振动方向相同.三、波的衍射1.波的衍射：水波在遇到小障碍物或者小孔时，能绕过障碍物或穿过小孔继续向前传播，我们把这种现象叫作波的衍射.2.发生明显衍射的条件：当缝、孔的宽度或者障碍物的尺寸跟波长相近或者比波长更小时，能观察到明显的衍射现象.思考：只有当障碍物或狭缝的尺寸跟波长相差不多时，才能发生波的衍射现象吗?提示 ：障碍物或狭缝的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是能否发生明显衍射的条件.衍射是波特有的现象，一切波都能发生衍射现象.四、认识多普勒效应1.定义：如果波源或观察者或两者都相对于传播介质运动，那么观察者接收到的频率与波源发出的频率就不相同了，这样的现象叫作多普勒效应.2.解释：如果人站在行驶中的消防车前方，人接收到的声波的波长变短，音调就提高了；如果人站在行驶中的消防车后方，人接收到的声波的波长变长，音调就降低了.思考：多普勒效应能否产生与波源和观察者间的距离有关系吗?是不是距离越近，越容易发生多普勒效应?提示：能否发生多普勒效应取决于波源和观察者间的距离是否变化而不是距离的大小.五、多普勒效应的应用1.测量汽车速度：交警向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波，波被汽车反射回来时，接收到的频率发生变化，由此可以测出汽车的速度.2.判断遥远天体相对地球的运动速度：根据光的多普勒效应，由地球上接收到遥远天体发出的光波的频率，可判断遥远天体相对地球的运动速度.3.跟踪人造地球卫星：一旦有卫星经过跟踪站的上空，地面接收到的信号频率就会先增大后减小.4.彩超(1)频移：当声源与接收体之间有相对运动时，回声的频率有所改变，这种频率的变化被称为频移.(2)彩超：经自相关技术进行多普勒信号处理，把频移与血流信号对应起来，因而可以通过处理频移信号建立彩色多普勒超声(简称彩超)血流图像.思考：火车进站和出站时，坐在火车上的乘客，能感受到汽笛的音调发生变化吗?提示：不能.坐在火车上的乘客感到汽笛声未变，是因为声源相对听者是静止的，路旁的人感到汽笛音调发生变化，是因为声源相对听者是运动的.基础演练1.正误判断.(1)孔的尺寸比波长大得多时就不会发生衍射现象.( )(2)孔的尺寸比波长小时能观察到明显的衍射现象.( )(3)两列波相叠加就能形成稳定的干涉图样.( )(4)产生多普勒效应时，波源的振动频率并没有发生变化.( )(5)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.( )(6)只有声波才能发生多普勒效应.( )×√×××√2.(多选)一列波在传播过程中通过一个障碍物，发生了一定程度的衍射，以下哪种情况可以使衍射现象更明显( )A.增大障碍物的尺寸B.减小波的频率C.缩小障碍物的尺寸D.增大波的频率解析 ：波在介质中传播时波速是由介质决定的，与波的频率无关，所以改变波的频率不会改变波速，由v=λf可知，当波速一定时，减小频率则波长增大.发生明显衍射现象的条件是障碍物或孔、缝的尺寸比波长小或相差不多，要使衍射现象变得明显，可以通过缩小障碍物的尺寸，增大波长即减小波的频率来实现，B、C选项正确，A、D选项错误.答案： BC3.(多选)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，因为没有形成稳定的干涉图样，所以波没有叠加B.任何两列波相遇都会叠加C.两列频率相同的波相遇时，振动加强的点只是波峰与波峰相遇的点D.两列频率相同的波相遇时，介质中的某质点振动是加强的，某时刻该质点的位移可能是零解析：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，所以A错误，B正确；发生干涉时振动加强的点还有波谷与波谷相遇的点，所以C错误；某质点振动加强仅是振幅加大，只要仍在振动就一定有位移为零的时刻，所以D正确.答案：BD4.(多选)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.多普勒效应是波源与观察者之间有相对运动时产生的D.只要观察者运动就会产生多普勒效应解析：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，B正确；当波源与观察者之间有相对运动时才会发生多普勒效应，选项C正确，D错误.答案：BC思考：两个运动的小球相遇后会发生碰撞而各自改变运动状态，那么在空间传播的两列波相遇后是否也会像两个小球那样各自改变原来的运动状态呢?提示 ：两列波相遇后不会像两个小球碰撞那样改变原来的运动状态，它们都保持各自的运动状态，彼此都没有受到影响.一、波的叠加1.波叠加时的特点(1)位移是几列波分别产生的位移的矢量和.(2)各列波独立传播.2.波的叠加原理理解波的叠加原理是波具有独立传播性的必然结果，由于总位移是几列波位移的矢量和，所以叠加区域的质点的位移可能增大，也可能减小，如图所示.例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(a)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，故振动减弱，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思考：如图所示，操场中两根竖直杆上各有一个扬声器，接在同一扩音机上，一位同学沿着AB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. 二、波的干涉1.对波的干涉现象的理解(1)波的叠加是无需条件的，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、相位差恒定，如果两列波的频率不相等，在相遇的区域里不同时刻各质点叠加的结果都不相同，得不到稳定的干涉图样.(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.(4)振动加强的点和振动减弱的点始终以振源的频率振动，其振幅不变(若是振动减弱点，振幅可为0)，但其位移随时间发生变化.(5)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，有的时刻位移为零.(6)振动减弱的点的振动始终减弱，位移的大小始终等于两列波分别引起位移的大小之差，振幅为两列波的振幅之差.如果两列波的振幅相同，则振动减弱点总是处于静止状态，并不振动.2.干涉图样及其特征特征：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.例2.波源S1和S2的振动方向相同，频率均为4 Hz，分别置于均匀介质中x轴上的O、A两点处，OA=2 m，如图所示.两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播，波速为4 m/s.已知两波源振动的初始相位相同.求：(1)简谐横波的波长；(2)O、A间合振动振幅最小的点的位置. 思考：向平静的水面投一块小石子，水面会形成一圈圈美丽的波纹.这些波纹遇到露出水面的较小的石块会产生怎样的现象呢?提示 ：水波会绕过石块继续向前传播.三、波的衍射1.发生明显衍射现象的条件(1)水波遇到障碍物的情况当障碍物较小时发现波绕过障碍物继续前进，如同障碍物不存在一样.如图甲所示.(2)水波遇到小孔的情况当孔较小时发现孔后的整个区域里传播着以孔为中心的圆形波.如图乙所示.(3)产生明显衍射的条件产生明显衍射现象，必须具备一定的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波长相差不多.2.波的衍射现象分析波传到小孔时，小孔仿佛是一个新的波源，由它发出与原来同频率的波(称为子波)在孔后传播，于是就出现了偏离直线传播的衍射现象.波的直线传播是衍射现象不明显时的近似情形.例3.小河中有一个实心桥墩P，A为靠近桥墩浮在水面上的一片树叶，俯视如图所示，小河水面平静.现在S处以某一频率拍打水面，树叶A未发生明显振动.要使树叶A发生明显振动，可以采用的方法是( )A.提高拍打水面的频率B.降低拍打水面的频率C.提高拍打水面的力度D.无论怎样拍打，A都不会振动起来 技能点拨：衍射现象的两点提醒(1)障碍物的尺寸的大小不是发生衍射的条件，而是发生明显衍射的条件，波长越大越易发生明显衍射现象.(2)当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但衍射波的能量很弱，也很难观察到波的衍射.思考：观察者静止不动，数经过的队伍中的人数，每分钟有30个人经过. (1)当观察者逆着队伍行走时，数经过的队伍中的人数，每分钟有大于30个人经过还是小于30个人经过?四、多普勒效应的理解(2)当观察者与队伍同向行走且速度比队伍的小时，数经过的队伍中的人数，每分钟有大于30个人经过还是小于30个人经过? 提示： (1)大于 (2)小于 1.多普勒效应的成因发生多普勒效应是由于波源与观察者之间发生了相对运动.2.相对位置变化与频率的关系 例4.如图所示为产生机械波的波源O做匀速运动的情况，图中的实线表示波峰.(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(2)波源正在移向 . A.A点 B.B点 C.C点 D.D点解析：(1)题图所示波源左方的波面密集，右方的波面稀疏，可知该图表示的是多普勒效应中波源运动的情况，即D选项正确.(2)波源左方的波长被压缩，右方的波长被拉长，可知波源正在移向A点，即A选项正确.答案： (1)D (2)A技能点拨：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变大，音调增高；反之，观测者与波源远离时，观测者接收到的频率变小，音调降低.思考：把频率固定的音频声信号录制在收录机中，让收录机快速移动起来.收录机的音调怎样变化?提示 ：收录机的音调不变，但收录机向观察者运动时，观察者听到的音调变高，远离时音调变低.五、多普勒效应的应用1.超声波测速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.医用“彩超”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，就可算出血流的速度.3.判断火车的运动方向火车驶来时，由于多普勒效应，听到的鸣笛音调比较高，感觉到尖锐刺耳；火车远离时，听到的鸣笛音调较低，听起来较为低沉.4.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，可算出星球的速度.例5(多选)警车向路上的车辆发射频率已知的超声波，同时探测反射波的频率.下列说法正确的是( )A.车辆匀速驶向停在路边的警车，警车探测到的反射波频率增高B.车辆匀速驶离停在路边的警车，警车探测到的反射波频率降低C.警车匀速驶向停在路边的汽车，探测到的反射波频率降低D.警车匀速驶离停在路边的汽车，探测到的反射波频率不变解析：车辆(警车)匀速驶向停在路边的警车(车辆)，两者间距变小，产生多普勒效应，警车探测到的反射波频率增高，选项A正确，C错误；车辆(警车)匀速驶离停在路边的警车(车辆)，两者间距变大，产生多普勒效应，警车探测到的反射波频率降低，选项B正确，D错误.答案： AB技能点拨：对多普勒效应的理解(1)在多普勒效应中，波源的频率是不改变的，只是由于波源和观察者之间有相对运动，观察者接收到的频率才发生了变化.(2)多普勒效应是波特有的现象，各种波都会发生多普勒效应.1.两列简谐波沿x轴相向而行，波速均为v=0.4 m/s，两波源分别位于A、B处，t=0时的波形如图所示.当t=2.5 s时，M点的位移为 cm，N点的位移为 cm. 随堂检测答案：2.0 0 解析：在t=2.5 s时两列波传播的距离均为Δx=vΔt=1 m，如图所示.对A波而言，M点的位移为0，对B波而言，M点的位移为2.0 cm，根据波的叠加原理可知，此时M点位移为2.0 cm.分别对A、B波而言，N点的位移均为0，故叠加后N点的位移为0.2.(多选)如图所示为两个相干波源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( )A.a、e两点的振动加强，b、d两点的振动减弱B.a点始终在波谷，e点始终在波峰C.介质中加强点和减弱点的位置可以互换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解析：a点是谷谷相遇，振动加强；e点是峰峰相遇，振动加强；b、d两点都是峰谷相遇，振动减弱，选项A正确.a点只是此时刻在波谷，经过半个周期会到达波峰；同理e点此时刻在波峰，经过半个周期会到达波谷，选项B错误.介质中加强点和减弱点的位置是固定不变的，不可以互换，选项C错误.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，选项D正确.答案： AD3.如图所示是水波遇到小孔后的图像，图中每两条实线间的距离表示一个波长，其中正确的图像是( )解析：根据发生明显衍射的条件，当波长与小孔的尺寸相当或大于小孔的尺寸时会发生明显的衍射现象，波遇到小孔发生明显的衍射现象时，小孔相当于新的波源，故选D.答案 ：D4.下列关于多普勒效应的说法正确的是( )A.只要波源在运动，就一定能观察到多普勒效应B.如果声源静止，就观察不到多普勒效应C.当声源朝着观察者运动时，声源的频率变高D.当声源相对于观察者运动时，观察者听到的声音的频率可能变高，也可能变低解析：波源运动时，波源与观察者距离不一定变化，不一定发生多普勒效应，故选项A错；声源静止时，若观察者相对声源运动，可能发生多普勒效应，故选项B错；声源朝着观察者运动时，声源频率不变，观察者接收到的频率变高，故选项C错；声源相对观察者运动时，二者距离可能增大，也可能减小，故观察者接收到的频率可能变低，也可能变高，故选项D对.答案：D5.(多选)下列选项与多普勒效应有关的是( )A.科学家用激光测量月球与地球间的距离B.医生利用超声波探测病人血管中血液的流速C.技术人员用超声波探测金属、陶瓷、混凝土中是否有气泡D.交通警察向车辆发射超声波并通过测量反射波的频率确定车辆行进的速度解析：当观察者与测量对象无相对运动时，不发生多普勒效应，故A、C错误；当观察者与测量对象相对运动时，发生多普勒效应，我们可以根据接收频率的变化来测速，故B、D正确.答案：BD
3.3 波的干涉和衍射3.4 多普勒效应及其应用1.知道波的叠加原理.2.知道什么是波的衍射现以及发生明显衍射现象的条件.3.知道什么是波的干涉和波的干涉图样.4.知道波源频率与观察者接收到的频率的区别.5.知道什么是多普勒效应，知道它是波源与观察者之间有相对运动时产生的现象.学习目标一、波的叠加原理1.波的独立传播：两列波在彼此相遇以后，仍像相遇前那样，各自保持原有的波形继续前行；两列波在相遇叠加时，每列波都是独立地保持自己原有的特性，如同在各自的传播路径中并没有遇到其他波一样.2.波的叠加：相遇区域中各点的位移，就是这两列波引起的位移的合成.知识梳理二、波的干涉1.定义：对于频率相同的两列波，在相遇的区域水面上，会出现稳定的相对平静的区域和剧烈振动的区域.这两个区域在水面上的位置是固定的，且互相隔开.这种现象称为波的干涉.2.波的干涉图样：在频率相同的波相遇的区域，某些地方的振动始终加强，某些地方的振动始终减弱，波产生干涉会形成一种加强和减弱相间的图样，这样的图样叫作波的干涉图样.3.干涉条件：两列波的频率相同，相位差恒定，振动方向相同.三、波的衍射1.波的衍射：水波在遇到小障碍物或者小孔时，能绕过障碍物或穿过小孔继续向前传播，我们把这种现象叫作波的衍射.2.发生明显衍射的条件：当缝、孔的宽度或者障碍物的尺寸跟波长相近或者比波长更小时，能观察到明显的衍射现象.思考：只有当障碍物或狭缝的尺寸跟波长相差不多时，才能发生波的衍射现象吗?提示 ：障碍物或狭缝的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是能否发生明显衍射的条件.衍射是波特有的现象，一切波都能发生衍射现象.四、认识多普勒效应1.定义：如果波源或观察者或两者都相对于传播介质运动，那么观察者接收到的频率与波源发出的频率就不相同了，这样的现象叫作多普勒效应.2.解释：如果人站在行驶中的消防车前方，人接收到的声波的波长变短，音调就提高了；如果人站在行驶中的消防车后方，人接收到的声波的波长变长，音调就降低了.思考：多普勒效应能否产生与波源和观察者间的距离有关系吗?是不是距离越近，越容易发生多普勒效应?提示：能否发生多普勒效应取决于波源和观察者间的距离是否变化而不是距离的大小.五、多普勒效应的应用1.测量汽车速度：交警向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波，波被汽车反射回来时，接收到的频率发生变化，由此可以测出汽车的速度.2.判断遥远天体相对地球的运动速度：根据光的多普勒效应，由地球上接收到遥远天体发出的光波的频率，可判断遥远天体相对地球的运动速度.3.跟踪人造地球卫星：一旦有卫星经过跟踪站的上空，地面接收到的信号频率就会先增大后减小.4.彩超(1)频移：当声源与接收体之间有相对运动时，回声的频率有所改变，这种频率的变化被称为频移.(2)彩超：经自相关技术进行多普勒信号处理，把频移与血流信号对应起来，因而可以通过处理频移信号建立彩色多普勒超声(简称彩超)血流图像.思考：火车进站和出站时，坐在火车上的乘客，能感受到汽笛的音调发生变化吗?提示：不能.坐在火车上的乘客感到汽笛声未变，是因为声源相对听者是静止的，路旁的人感到汽笛音调发生变化，是因为声源相对听者是运动的.基础演练1.正误判断.(1)孔的尺寸比波长大得多时就不会发生衍射现象.( )(2)孔的尺寸比波长小时能观察到明显的衍射现象.( )(3)两列波相叠加就能形成稳定的干涉图样.( )(4)产生多普勒效应时，波源的振动频率并没有发生变化.( )(5)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.( )(6)只有声波才能发生多普勒效应.( )×√×××√2.(多选)一列波在传播过程中通过一个障碍物，发生了一定程度的衍射，以下哪种情况可以使衍射现象更明显( )A.增大障碍物的尺寸B.减小波的频率C.缩小障碍物的尺寸D.增大波的频率解析 ：波在介质中传播时波速是由介质决定的，与波的频率无关，所以改变波的频率不会改变波速，由v=λf可知，当波速一定时，减小频率则波长增大.发生明显衍射现象的条件是障碍物或孔、缝的尺寸比波长小或相差不多，要使衍射现象变得明显，可以通过缩小障碍物的尺寸，增大波长即减小波的频率来实现，B、C选项正确，A、D选项错误.答案： BC3.(多选)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，因为没有形成稳定的干涉图样，所以波没有叠加B.任何两列波相遇都会叠加C.两列频率相同的波相遇时，振动加强的点只是波峰与波峰相遇的点D.两列频率相同的波相遇时，介质中的某质点振动是加强的，某时刻该质点的位移可能是零解析：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，所以A错误，B正确；发生干涉时振动加强的点还有波谷与波谷相遇的点，所以C错误；某质点振动加强仅是振幅加大，只要仍在振动就一定有位移为零的时刻，所以D正确.答案：BD4.(多选)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.多普勒效应是波源与观察者之间有相对运动时产生的D.只要观察者运动就会产生多普勒效应解析：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，B正确；当波源与观察者之间有相对运动时才会发生多普勒效应，选项C正确，D错误.答案：BC思考：两个运动的小球相遇后会发生碰撞而各自改变运动状态，那么在空间传播的两列波相遇后是否也会像两个小球那样各自改变原来的运动状态呢?提示 ：两列波相遇后不会像两个小球碰撞那样改变原来的运动状态，它们都保持各自的运动状态，彼此都没有受到影响.一、波的叠加1.波叠加时的特点(1)位移是几列波分别产生的位移的矢量和.(2)各列波独立传播.2.波的叠加原理理解波的叠加原理是波具有独立传播性的必然结果，由于总位移是几列波位移的矢量和，所以叠加区域的质点的位移可能增大，也可能减小，如图所示.例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(a)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，故振动减弱，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思考：如图所示，操场中两根竖直杆上各有一个扬声器，接在同一扩音机上，一位同学沿着AB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. 二、波的干涉1.对波的干涉现象的理解(1)波的叠加是无需条件的，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、相位差恒定，如果两列波的频率不相等，在相遇的区域里不同时刻各质点叠加的结果都不相同，得不到稳定的干涉图样.(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.(4)振动加强的点和振动减弱的点始终以振源的频率振动，其振幅不变(若是振动减弱点，振幅可为0)，但其位移随时间发生变化.(5)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，有的时刻位移为零.(6)振动减弱的点的振动始终减弱，位移的大小始终等于两列波分别引起位移的大小之差，振幅为两列波的振幅之差.如果两列波的振幅相同，则振动减弱点总是处于静止状态，并不振动.2.干涉图样及其特征特征：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.例2.波源S1和S2的振动方向相同，频率均为4 Hz，分别置于均匀介质中x轴上的O、A两点处，OA=2 m，如图所示.两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播，波速为4 m/s.已知两波源振动的初始相位相同.求：(1)简谐横波的波长；(2)O、A间合振动振幅最小的点的位置. 思考：向平静的水面投一块小石子，水面会形成一圈圈美丽的波纹.这些波纹遇到露出水面的较小的石块会产生怎样的现象呢?提示 ：水波会绕过石块继续向前传播.三、波的衍射1.发生明显衍射现象的条件(1)水波遇到障碍物的情况当障碍物较小时发现波绕过障碍物继续前进，如同障碍物不存在一样.如图甲所示.(2)水波遇到小孔的情况当孔较小时发现孔后的整个区域里传播着以孔为中心的圆形波.如图乙所示.(3)产生明显衍射的条件产生明显衍射现象，必须具备一定的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波长相差不多.2.波的衍射现象分析波传到小孔时，小孔仿佛是一个新的波源，由它发出与原来同频率的波(称为子波)在孔后传播，于是就出现了偏离直线传播的衍射现象.波的直线传播是衍射现象不明显时的近似情形.例3.小河中有一个实心桥墩P，A为靠近桥墩浮在水面上的一片树叶，俯视如图所示，小河水面平静.现在S处以某一频率拍打水面，树叶A未发生明显振动.要使树叶A发生明显振动，可以采用的方法是( )A.提高拍打水面的频率B.降低拍打水面的频率C.提高拍打水面的力度D.无论怎样拍打，A都不会振动起来 技能点拨：衍射现象的两点提醒(1)障碍物的尺寸的大小不是发生衍射的条件，而是发生明显衍射的条件，波长越大越易发生明显衍射现象.(2)当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但衍射波的能量很弱，也很难观察到波的衍射.思考：观察者静止不动，数经过的队伍中的人数，每分钟有30个人经过. (1)当观察者逆着队伍行走时，数经过的队伍中的人数，每分钟有大于30个人经过还是小于30个人经过?四、多普勒效应的理解(2)当观察者与队伍同向行走且速度比队伍的小时，数经过的队伍中的人数，每分钟有大于30个人经过还是小于30个人经过? 提示： (1)大于 (2)小于 1.多普勒效应的成因发生多普勒效应是由于波源与观察者之间发生了相对运动.2.相对位置变化与频率的关系 例4.如图所示为产生机械波的波源O做匀速运动的情况，图中的实线表示波峰.(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(2)波源正在移向 . A.A点 B.B点 C.C点 D.D点解析：(1)题图所示波源左方的波面密集，右方的波面稀疏，可知该图表示的是多普勒效应中波源运动的情况，即D选项正确.(2)波源左方的波长被压缩，右方的波长被拉长，可知波源正在移向A点，即A选项正确.答案： (1)D (2)A技能点拨：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变大，音调增高；反之，观测者与波源远离时，观测者接收到的频率变小，音调降低.思考：把频率固定的音频声信号录制在收录机中，让收录机快速移动起来.收录机的音调怎样变化?提示 ：收录机的音调不变，但收录机向观察者运动时，观察者听到的音调变高，远离时音调变低.五、多普勒效应的应用1.超声波测速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.医用“彩超”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，就可算出血流的速度.3.判断火车的运动方向火车驶来时，由于多普勒效应，听到的鸣笛音调比较高，感觉到尖锐刺耳；火车远离时，听到的鸣笛音调较低，听起来较为低沉.4.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，可算出星球的速度.例5(多选)警车向路上的车辆发射频率已知的超声波，同时探测反射波的频率.下列说法正确的是( )A.车辆匀速驶向停在路边的警车，警车探测到的反射波频率增高B.车辆匀速驶离停在路边的警车，警车探测到的反射波频率降低C.警车匀速驶向停在路边的汽车，探测到的反射波频率降低D.警车匀速驶离停在路边的汽车，探测到的反射波频率不变解析：车辆(警车)匀速驶向停在路边的警车(车辆)，两者间距变小，产生多普勒效应，警车探测到的反射波频率增高，选项A正确，C错误；车辆(警车)匀速驶离停在路边的警车(车辆)，两者间距变大，产生多普勒效应，警车探测到的反射波频率降低，选项B正确，D错误.答案： AB技能点拨：对多普勒效应的理解(1)在多普勒效应中，波源的频率是不改变的，只是由于波源和观察者之间有相对运动，观察者接收到的频率才发生了变化.(2)多普勒效应是波特有的现象，各种波都会发生多普勒效应.1.两列简谐波沿x轴相向而行，波速均为v=0.4 m/s，两波源分别位于A、B处，t=0时的波形如图所示.当t=2.5 s时，M点的位移为 cm，N点的位移为 cm. 随堂检测答案：2.0 0 解析：在t=2.5 s时两列波传播的距离均为Δx=vΔt=1 m，如图所示.对A波而言，M点的位移为0，对B波而言，M点的位移为2.0 cm，根据波的叠加原理可知，此时M点位移为2.0 cm.分别对A、B波而言，N点的位移均为0，故叠加后N点的位移为0.2.(多选)如图所示为两个相干波源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( )A.a、e两点的振动加强，b、d两点的振动减弱B.a点始终在波谷，e点始终在波峰C.介质中加强点和减弱点的位置可以互换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解析：a点是谷谷相遇，振动加强；e点是峰峰相遇，振动加强；b、d两点都是峰谷相遇，振动减弱，选项A正确.a点只是此时刻在波谷，经过半个周期会到达波峰；同理e点此时刻在波峰，经过半个周期会到达波谷，选项B错误.介质中加强点和减弱点的位置是固定不变的，不可以互换，选项C错误.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，选项D正确.答案： AD3.如图所示是水波遇到小孔后的图像，图中每两条实线间的距离表示一个波长，其中正确的图像是( )解析：根据发生明显衍射的条件，当波长与小孔的尺寸相当或大于小孔的尺寸时会发生明显的衍射现象，波遇到小孔发生明显的衍射现象时，小孔相当于新的波源，故选D.答案 ：D4.下列关于多普勒效应的说法正确的是( )A.只要波源在运动，就一定能观察到多普勒效应B.如果声源静止，就观察不到多普勒效应C.当声源朝着观察者运动时，声源的频率变高D.当声源相对于观察者运动时，观察者听到的声音的频率可能变高，也可能变低解析：波源运动时，波源与观察者距离不一定变化，不一定发生多普勒效应，故选项A错；声源静止时，若观察者相对声源运动，可能发生多普勒效应，故选项B错；声源朝着观察者运动时，声源频率不变，观察者接收到的频率变高，故选项C错；声源相对观察者运动时，二者距离可能增大，也可能减小，故观察者接收到的频率可能变低，也可能变高，故选项D对.答案：D5.(多选)下列选项与多普勒效应有关的是( )A.科学家用激光测量月球与地球间的距离B.医生利用超声波探测病人血管中血液的流速C.技术人员用超声波探测金属、陶瓷、混凝土中是否有气泡D.交通警察向车辆发射超声波并通过测量反射波的频率确定车辆行进的速度解析：当观察者与测量对象无相对运动时，不发生多普勒效应，故A、C错误；当观察者与测量对象相对运动时，发生多普勒效应，我们可以根据接收频率的变化来测速，故B、D正确.答案：BD
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