3.3波的干涉和衍射-3.4多普勒效应及其应用 学案(含答案)
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1、第第 3 节节 波的干涉和衍射波的干涉和衍射 第第 4 节节 多普勒效应及其应用多普勒效应及其应用 学习目标要求 核心素养和关键能力 1.理解波的叠加原理,知道波的 干涉是波叠加的结果。 2.知道波的干涉图样的特点及 形成稳定干涉图样的条件、 针对 加强点减弱点形成的原理。 3.知道波的衍射现象和发生明 显衍射的条件。 4.知道什么是多普勒效应。 1.科学态度与责任 会用波的干涉、衍射、多普勒效应分析判断生 活中的实际问题。 2.关键能力 (1)数理分析能力。 (2)推理能力。 一、波的干涉现象 1.波的叠加原理 几列波在介质中传播, 相遇后仍能保持各自原有的运动特征(波长、 频率、 振幅等)
2、 不变并继续传播,就像没有与其他波相遇过一样。在相遇的区域里,介质中的质 点同时参加相遇的波列的振动,质点的位移等于相遇波列单独存在时在该处引起 的位移的矢量和,这在物理学中称为波的叠加原理。 2.波的干涉现象 (1)定义:振动频率和振动方向相同的两列波叠加后,振动加强和振动减弱的区域 互相间隔、稳定分布的现象称为波的干涉。 (2)干涉图样:波的干涉中所形成的图样,如图所示。 (3)干涉条件:波的频率和振动方向相同。 (4)一切波都能发生干涉,干涉现象是波的重要特征之一。 判一判 (1)只有频率相同的两列波才可以叠加。() (2)在振动减弱的区域,各质点都处于波谷。() (3)只有频率和振动方
3、向相同的波才能互相干涉。() 二、波的衍射现象 1.定义 波绕过障碍物或通过孔隙继续传播的现象,称为波的衍射。 2.发生明显衍射现象的条件 障碍物或狭缝的尺寸跟波长相差不大,或者比波长更小。 3.一切波都能发生衍射,衍射是波特有的现象。 做一做 (多选)关于衍射,下列说法正确的是( ) A.发生衍射就是波传到障碍物或孔的后面 B.发生衍射的同时把波源的能量传播到“衍射”区域 C.衍射只有波才能发生 D.只有孔才能发生衍射,一块挡板不可能发生波的衍射 答案 ABC 解析 波绕过障碍物或通过孔隙继续传播的现象叫作波的衍射。 波在发生衍射时, 其衍射区域的质点振动,因此具有能量。衍射是波特有的现象之
4、一。小孔或障碍 物只要满足条件都能发生明显的衍射现象,A、B、C 正确,D 错误。 三、多普勒效应 1.多普勒效应 因波源与观察者之间有相对运动而使观察者接收到的波的频率发生变化的现象, 称为多普勒效应。 2.多普勒效应产生的原因 (1)波源与观察者没有发生相对运动时,观察者接收到的波的频率不变,等于波源 频率。 (2)波源与观察者相互接近时,观察者接收到的波的频率增大。 (3)波源与观察者相互远离时,观察者接收到的波的频率减小。 3.多普勒效应的应用 测量汽车的行驶速度;检查病变;跟踪目的物(如导弹、云层)等等。 想一想 当你在火车站,根据火车连续鸣笛能否直接判断火车远离你而去还是向你靠近?
5、 答案 如果听到鸣笛声越来越尖, 实际上频率越来越高, 说明火车离你越来越近, 反之越来越远。 探究探究 1 波的干涉波的干涉 情境导入 敲响一个音叉,让音叉固定,你绕音叉转一圈,听到音叉的声音有什么特征?若 你站在原地不动,让另一同学手持音叉绕你转一圈,听到音叉的声音又有什么特 点? 答案 感觉音叉的声音忽强忽弱。有的位置强有的位置弱。 归纳拓展 1.波的干涉与波的叠加 (1)波的叠加是无条件的,任何频率的两列波在空间相遇都会叠加,但干涉必须是 满足一定条件的两列波叠加后形成的现象。 (2)波的干涉是有条件的,必须是两列同类的波,并且波的频率相同、振动方向相 同、相位差恒定。如果两列波的频率
6、不相等,在同一种介质中传播时其波长就不 相等,这样不能形成稳定的振动加强点和减弱点。因此我们就看不到稳定的干涉 图样,只能是一般的振动叠加现象。 2.干涉图样的特征 (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。 3.振动加强点和振动减弱点的判断 (1)条件判断法:振动频率相同、振动情况完全相同的两列波叠加时,设点到两波 源的路程差为 r,当 r|r2r1|n(n0,1,2,)时为振动加强点;当 r |r2r1|(2n1) 2(n0,1,2,)时为振动减弱点。若两波源振动步调相反, 则上述结论相反。 (
7、2)现象判断法:若某点总是波峰与波峰或波谷与波谷相遇,该点为振动加强点, 若总是波峰与波谷相遇,则为振动减弱点。 【例 1】 (2021 江苏省如皋中学月考)如图所示,S1、S2是两个相干波源,它们的 相位及振幅均相同。实线和虚线分别表示在某一时刻它们所发出的波的波峰和波 谷,关于图中所标的 a、b、c 三点,下列说法中正确的是( ) A.a 质点一直在平衡位置 B.b 质点一直在波峰 C.c 质点一直在波谷 D.再过T 4后的时刻,b、c 两质点都将处于各自的平衡位置,振动将减弱 答案 A 解析 a 质点位置是波峰和波谷相遇,振动减弱,且两列波的振幅相同,所以 a 质点一直在平衡位置,A 正
8、确;b 质点所处位置为波峰与波峰相遇,振动加强, 但仍在做周期性运动,并非一直在波峰;而 c 质点是波谷与波谷相遇,仍为振动 加强点,所以并非一直在波谷,B、C 错误;b、c 两点为振动加强点,振动始终 加强,D 错误。 【针对训练 1】 (2021 江苏海安高级中学期中)在学校运动场上 50 m 直跑道的两 端,分别安装了由同一信号发生器带动的两个相同的扬声器。两个扬声器连续发 出波长为 5 m 的声波。一同学从该跑道的中点出发,向某一端点缓慢行进 10 m。 在此过程中,他听到扬声器声音由强变弱的次数为( ) A.2 B.4 C.6 D.8 答案 B 解析 当同学到两个声源的间距为波长整数
9、倍时, 振动加强, 听到声音是加强的, 故该同学从中间向一侧移动 0 m、2.5 m、5.0 m、7.5 m、10 m 时,听到声音变大; 当同学到两个声源的间距为半波长的奇数倍时,振动减弱,听到声音是减弱的, 故该同学从中间向一侧移动 1.25 m、3.75 m、6.25 m、8.75 m 时,声音减弱;该 同学从中间向一侧移动过程听到扬声器声音由强变弱的次数为 4 次。 探究探究 2 波的衍射现象波的衍射现象 情境导入 情境 1 以上两图中,波改变了传播方向继续传播,此为衍射现象,请列举一个波的衍射 的例子。 答案 红楼梦中,有一个关于王煕风“未见其人,先闻其声”的情节,是声 波的衍射。
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- 3.3 干涉 衍射
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