高中物理 波的干涉和衍射 多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用課件 魯科版選修3-4.ppt

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,,高中物理·選修3-4·魯教版,,,第3講 波的干涉和衍射 多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用,[目標(biāo)定位] 1.理解波的疊加原理，知道波的干涉是波疊加的結(jié)果.2.知道波的干涉圖樣的特點(diǎn)，理解形成穩(wěn)定干涉圖樣的條件，掌握振動加強(qiáng)點(diǎn)、減弱點(diǎn)的振動情況.3.知道什么是波的衍射現(xiàn)象和發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件.4.會用波的衍射、干涉現(xiàn)象解釋相關(guān)問題.5.了解多普勒效應(yīng)，能用多普勒效應(yīng)解釋一些物理現(xiàn)象．,一、波的干涉現(xiàn)象 1．波的疊加原理：波在相遇時(shí)仍然能夠保持 的運(yùn)動狀態(tài)繼續(xù)傳播，在相遇的區(qū)域里，介質(zhì)內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參加相遇的波列的振動，質(zhì)點(diǎn)的位移等于相遇波列單獨(dú)存在時(shí)到達(dá)該處引起的位移的 ，相遇的波一旦脫離接觸又會按照原來的運(yùn)動形狀傳播．,各自,疊加,2．波的干涉： (1)定義：振動頻率和振動方向 的兩列波疊加后，振動加強(qiáng)和振動減弱的區(qū)域 、穩(wěn)定分布的現(xiàn)象，叫做波的干涉，形成的圖樣叫做 ． (2)產(chǎn)生干涉的條件：只有 和 相同的波才可能互相干涉． (3)干涉現(xiàn)象是波的重要特征之一．,相同,互相間隔,干涉圖樣,頻率,振動方向,想一想 在波的干涉中，振動加強(qiáng)的點(diǎn)和振動減弱的點(diǎn)的振動情況是怎樣的？是不是振動減弱的點(diǎn)始終位于平衡位置不動？ 答案 在波的干涉中，振動加強(qiáng)的點(diǎn)是指兩列波在該點(diǎn)的振動方向始終相同，因而使該點(diǎn)以兩列波的振幅之和作為新的振幅做簡諧運(yùn)動；而振動減弱的點(diǎn)是指兩列波在該點(diǎn)的振動方向始終相反，因而使該點(diǎn)以兩列波的振幅之差作為新的振幅做簡諧運(yùn)動．只有當(dāng)兩列波的振幅相等時(shí)，所形成的干涉中的振動減弱的點(diǎn)的振幅才為零，此時(shí)該點(diǎn)表現(xiàn)為始終處于平衡位置不動．,二、波的衍射現(xiàn)象 1．定義：波繞過 或通過孔隙繼續(xù)傳播的現(xiàn)象． 2．發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：障礙物或狹縫的尺寸跟波長相差 時(shí)． 3． 都能發(fā)生衍射現(xiàn)象，衍射是波 的現(xiàn)象．,障礙物,不多,一切波,特有,三、多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用 1．多普勒效應(yīng)：由于波源和觀察者之間有 而使觀察者接收到的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象． 2．成因 (1)當(dāng)聲源和觀察者相對介質(zhì)都不動時(shí)，觀察者接收到的聲音頻率 聲源的頻率．,相對運(yùn)動,等于,(2)當(dāng)觀察者靠近聲源時(shí)，觀察者在1 s內(nèi)接收到完全波的個(gè)數(shù)就會 ，也就是接收到的聲音頻率 ，聽到的音調(diào)變 ． (3)當(dāng)觀察者遠(yuǎn)離聲源時(shí)，在單位時(shí)間里接收到完全波的個(gè)數(shù)就會 ，也就是接收到的聲音頻率 ，聽到的聲音音調(diào)變 ．,增多,增大,高,減少,減小,低,4．應(yīng)用： (1)多普勒 儀；(2)彩色超聲多普勒 儀；(3)跟蹤目的物． 想一想 當(dāng)汽車遠(yuǎn)離觀察者時(shí)，聽到的汽車的聲音越來越小，這種現(xiàn)象就是多普勒效應(yīng)嗎？ 答案 不是．多普勒效應(yīng)指的是接收到的頻率的變化情況，即音調(diào)的變化情況；而聲音大小指的是響度.,測速,心動圖,一、對干涉現(xiàn)象的理解 1．波的疊加是無條件的，任何頻率的兩列波在空間相遇都會疊加． 2．穩(wěn)定干涉圖樣的產(chǎn)生是有條件的，必須是兩列波的頻率相同、相差恒定．,3．干涉圖樣及其特點(diǎn) (1)干涉圖樣：如圖2－3－1所示 圖2－3－1,(2)特點(diǎn) ①加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變． ②加強(qiáng)區(qū)始終加強(qiáng)，減弱區(qū)始終減弱(加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)不隨時(shí)間變化)． ③加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)互相間隔．,4．振動加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn) (1)加強(qiáng)點(diǎn)：振動的振幅等于兩列波振幅之和，A＝A1＋A2. (2)減弱點(diǎn)：振動的振幅等于兩列波振幅之差，A＝|A1－A2|. (3)加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的判斷： 若某點(diǎn)總是波峰與波峰或波谷與波谷相遇，該點(diǎn)為加強(qiáng)點(diǎn)，若總是波峰與波谷相遇，則為減弱點(diǎn)．,【例1】 (2014·大綱全國)兩列振動方向相同、振幅分別為A1和A2的相干簡諧橫波相遇．下列說法正確的是 ( ) A．波峰與波谷相遇處質(zhì)點(diǎn)的振幅為|A1－A2| B．波峰與波峰相遇處質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的位移始終為A1＋A2 C．波峰與波谷相遇處質(zhì)點(diǎn)的位移總是小于波峰與波峰相遇處質(zhì)點(diǎn)的位移 D．波峰與波峰相遇處質(zhì)點(diǎn)的振幅一定大于波峰與波谷相遇處質(zhì)點(diǎn)的振幅,解析 波峰與波谷相遇時(shí)，振幅相消，故實(shí)際振幅為|A1－A2|，故選項(xiàng)A正確；波峰與波峰相遇處，質(zhì)點(diǎn)的振幅最大，合振幅為A1＋A2，但此處質(zhì)點(diǎn)仍處于振動狀態(tài)中，其位移隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；振動減弱點(diǎn)和加強(qiáng)點(diǎn)的位移隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；波峰與波峰相遇時(shí)振動加強(qiáng)，波峰與波谷相遇時(shí)振動減弱，加強(qiáng)點(diǎn)的振幅大于減弱點(diǎn)的振幅，故選項(xiàng)D正確． 答案 AD,針對訓(xùn)練 兩列頻率、振動方向、初相位均 相同的波S1、S2，在同一介質(zhì)中傳播時(shí)，某 時(shí)刻t形成如圖2－3－2所示的干涉圖樣(實(shí)線 表示波峰，虛線表示波谷)，在圖中標(biāo)有A、 B、C三個(gè)點(diǎn)，則振動加強(qiáng)的點(diǎn)是________， 振動減弱的點(diǎn)是________．,圖2－3－2,解析 法一 由題圖中可以知道，A點(diǎn)距波源S1，S2的距離均為1.5λ，即x1＝1.5λ，x2＝1.5λ，故A到S1，S2的距離差Δx＝x1－x2＝0；B點(diǎn)距S1距離為x1＝λ，距S2距離為x2＝2λ，故B到S1，S2的距離差Δx＝λ；C點(diǎn)距S1的距離為x1＝2λ，距S2的距離為x2＝1.5λ，故C到兩波源S1，S2的距離差為Δx＝x1－x2＝0.5λ.因?yàn)閮刹ㄔ吹恼駝忧闆r完全相同，所以A、B點(diǎn)均為振動加強(qiáng)點(diǎn)，C點(diǎn)為振動減弱點(diǎn)．,法二 由圖可知A點(diǎn)為波峰與波峰相遇，是振動加強(qiáng)點(diǎn)；B點(diǎn)是波谷與波谷相遇，是振動加強(qiáng)點(diǎn)；C點(diǎn)是波峰與波谷相遇，是振動減弱點(diǎn)． 答案 A、B C,二、對衍射現(xiàn)象的理解 1．衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都可以發(fā)生衍射． 2．波的衍射總是存在的，只有“明顯”與“不明顯”的差異，“障礙物或孔的尺寸比波長小或跟波長差不多”是發(fā)生明顯衍射的條件．,3．波傳到小孔(或障礙物)時(shí)，小孔(或障礙物)仿佛一個(gè)新波源，由它發(fā)出與原來同頻率的波在孔(或障礙物)后傳播，就偏離了直線方向．因此，波的直線傳播只是在衍射不明顯時(shí)的近似情況．,【例2】 如圖2－3－3所示是觀察水 面波衍射的實(shí)驗(yàn)裝置，AC和BD是 兩塊擋板，AB是一個(gè)孔，O是波 源，圖中已畫出波源所在區(qū)域波的 傳播情況，每兩條相鄰波紋(圖中曲 線)之間距離表示一個(gè)波長，則對于波經(jīng)過孔之后的傳播情況，下列描述正確的是 ( ),圖2－3－3,A．此時(shí)能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象 B．擋板前后波紋間距離相等 C．如果將孔AB擴(kuò)大，有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象 D．如果孔的大小不變，使波源頻率增大，能更明顯地觀察到衍射現(xiàn)象,,三、對多普勒效應(yīng)的理解 1．多普勒效應(yīng)是波共有的特征，不僅機(jī)械波，光波和電磁波也都會發(fā)生多普勒效應(yīng)． 2．發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，波源發(fā)出的頻率不變，變化的是觀察者接收到的頻率．,3．(1)當(dāng)波源與觀察者相互接近時(shí)，f觀察者變大，音調(diào)變高．如圖2－3－4甲中波源S不動，觀察者A向B運(yùn)動和圖乙中觀察者A不動，波源由S1向S2運(yùn)動； (2)當(dāng)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí)，f觀察者變小，音調(diào)變低，如圖甲中波源S不動，觀察者A向C運(yùn)動． 圖2－3－4,【例3】 下面說法中正確的是 ( ) A．發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，波源的頻率變化了 B．發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化 C．多普勒效應(yīng)是在波源與觀察者之間有相對運(yùn)動時(shí)產(chǎn)生的 D．多普勒效應(yīng)是由奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的,解析 當(dāng)波源與觀察者之間有相對運(yùn)動時(shí)會發(fā)生多普勒效應(yīng)，故選項(xiàng)C正確；發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化，而波源的頻率并沒有改變，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確；此現(xiàn)象是奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的，故選項(xiàng)D正確． 答案 BCD,借題發(fā)揮 判斷觀察者接收的頻率是怎么樣變化的，就是看波源與觀察者間的相對運(yùn)動情況.,