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1s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) 加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變 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 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 A2C 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 5 即x1 1 5 x2 1 5 故A到S1 S2的距離差 x x1 x2 0 B點(diǎn)距S1距離為x1 距S2距離為x2 2 故B到S1 S2的距離差 x C點(diǎn)距S1的距離為x1 2 距S2的距離為x2 1 5 故C到兩波源S1 S2的距離差為 x x1 x2 0 5 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 BC 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