1、学案 5 波的干涉与衍射 多普勒效应学习目标定位 1.知道波的叠加原理，知道波的干涉现象实质上是波的一种特殊的叠加现象.2.知道波的干涉图样的特点，理解形成稳定干涉图样的条件，掌握振动加强点、减弱点的振动情况.3.知道什么是波的衍射现象，知道波发生明显衍射现象的条件.4.了解多普勒效应，能运用多普勒效应解释一些物理现象1振幅：振动物体离开平衡位置的最大距离2波峰和波谷：在横波中，凸起部分的最高处叫做波峰，凹下部分的最低处叫做波谷3波的叠加原理在几列波传播的重叠区域里，质点要同时参与由几列波引起的振动，质点的位移等于各列波单独存在时在该处引起的振动位移的矢量和4波的干涉现象(1)定义：振动频率相
2、同、步调一致的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强的区域和振动减弱的区域相互隔开，始终稳定，这种现象叫做波的干涉(2)条件：两列波的频率相同、步调一致5波的衍射现象(1)定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象，叫做波的衍射(2)波发生明显衍射现象的条件：当缝的宽度或障碍物的大小与波长相差不多或比波长小时，就能发生明显的衍射现象6由于波源跟观察者之间有相对运动，使观察者感受到波的频率发生了变化的现象，叫做多普勒效应.一、波的叠加问题设计你知道“风声、雨声、读书声、声声入耳”体现了波的什么性质？答案 声波在相互交错、叠加之后互不影响，仍能保持原来的性质向前传播，这种现象
3、体现了波的传播具有独立性要点提炼1波的独立性：大量事实证明，几列波相遇时能保持各自的特性(频率、波长、振动方向等)继续传播，互不影响这就是波的独立性2波的叠加原理：几列波相遇时在相遇区域内，任一质点的位移是各列波单独存在时在该点引起的位移的矢量和这就是波的叠加原理例 1 如图 1 所示，沿一条直线相向传播的两列波的振幅和波长均相等，当它们相遇时可能出现的波形是下列选项中的()图 1解析 该题考查波的叠加原理半个波形(或前半个波形)相遇时，B 正确当两列波完全相遇时(即重叠在一起)，由波的叠加原理可知，所有质点振动的位移均等于每列波单独传播时引起的位移的矢量和，使得所有质点的振动的位移加倍，C
4、正确答案 BC二、波的干涉问题设计1如图 2 所示，操场上两根电线杆上各有一只扬声器，接在同一扩音机上，一位同学沿着MN 方向走来，他听到的声音会有什么变化？为什么？图 2答案 声音忽强忽弱，因为声波发生了干涉现象2如图 3 所示，水波干涉实验装置上，作为波源的两个小球为什么固定在同一振动发生器上？图 3答案 为了获得两个振动频率和振动步调相同的波源3如图 4 所示为水波干涉图样，你发现有什么显著特点？图 4答案 存在着一条条从两波源中间伸展出来的相对平静的区域和激烈振动的区域，而且两区域间隔出现要点提炼1干涉条件：只要是振动频率相同、步调一致(相差恒定)的两列波叠加就会产生干涉现象2干涉图样
5、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例 2 图 5 表示两个相干波源 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，虚线表示的是波谷，下列说法正确的是()图 5Aa、c 两点的振动加强，b、d 两点的振动减弱Be、f 两点的振动介于加强点和减弱点之间C经适当的时间后，加强点和减弱点的位置互换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 题图中波的干涉示意图所示的仅是某一时刻两列相干波叠加的情况，形成干涉图样的所有介质质点都在不停地振动着，其位移的
6、大小和方向都在不停地变化着但要注意，对稳定的干涉，振动加强和减弱的区域的空间位置是不变的a 点是波谷和波谷相遇的点，c 是波峰和波峰相遇的点，都是振动加强的点；而 b、d 两点都是波峰和波谷相遇的点，是振动减弱的点，A 正确e 位于加强点的连线上，仍为加强点，f 位于减弱点的连线上，仍为减弱点，B 错误相干波源叠加产生的干涉是稳定的，不会随时间变化，C 错误因形成干涉图样的介质质点不停地做周期性振动，经半个周期步调相反，D 正确答案 AD三、波的衍射问题设计大家都熟悉“闻其声不见其人”的物理现象，你能说出是什么原因吗？答案 声波在传播过程中遇到障碍物时，可以绕过障碍物，不沿直线传播；而光沿直线
7、传播，不能绕过障碍物这样就发生了“闻其声不见其人”的现象要点提炼1产生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多或比波长小2理解(1)衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射(2)波的衍射总是存在的，只有“明显”与“不明显”的差异，不会出现“不发生衍射现象”的说法(3)波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)仿佛是一个新波源，由它发出与原来同频率的波在孔(障碍物)后传播，就偏离了直线方向因此，波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况例 3 如图 6 所示是观察水面波衍射的实验装置AC 和 BD 是两块挡板，AB 是一个孔，O是波源图中已画出波源所在区域的波的传播情况，每两条相邻波纹(图中
8、曲线)之间的距离表示一个波长，则关于波经过孔之后的传播情况，下列描述中正确的是()图 6A此时能明显观察到波的衍射现象B挡板前后波纹间距离相等C如果将孔 AB 扩大，有可能观察不到明显的衍射现象D如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显地观察到衍射现象解析 本题主要考查发生明显衍射现象的条件观察题图可知孔的尺寸与波长差不多，能明显观察到波的衍射现象，故选项 A 对；因波的传播速度不变，频率不变，故波长不变，即挡板前后波纹间距应相等，故选项 B 对；若将孔 AB 扩大，且孔的尺寸远大于波长，则可能观察不到明显的衍射现象，故选项 C 对；若 f 增大，由 vf知，变小，衍射现象变得不明显了，故选
9、项 D 错答案 ABC四、多普勒效应问题设计有经验的铁路工人可以从火车汽笛声判断火车的运行方向和运行快慢，请你说一说怎样判断？答案 火车靠近时，音调变高；火车远离时，音调变低；由音调变化的高低和快慢可判断火车运行的方向和快慢要点提炼1多普勒效应如果波源或观察者相对于介质运动时，使观察者所接收到的频率与波源的振动频率不同这一效应称为多普勒效应2规律(1)波源和观察者无相对运动时，观察者接收到的频率等于波源的频率；(2)当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率大于波源的频率；(3)当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频率小于波源的频率例 4 如图 7 所示为产生机械波的波源 O 做匀速运动
10、的情况，图中的圆表示波峰图 7(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)波源正在向哪处移动()AABBCCDD(3)观察到波的频率最低的位置是()AABBCCDD解析 题图表示的是多普勒效应，波源的左边波长较小，说明波源正向左运动，因此 A 处的观察者接收到的频率偏高，B 处的观察者接收到的频率最低答案(1)D(2)A(3)B2波的衍射定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象产生明显衍射的条件：障碍物孔、缝的 尺寸比波长小或者相差不多波特有的现象：一切波都能发生衍射3多普勒效应 定义规律波源与观察者无相对运动时，观察者 接收到的频率等于波源频率波源与观察者相互接近，观察
11、者接收到的 频率增大波源与观察者相互远离，观察者接收到的 频率减小应用 1下列关于波的衍射的说法正确的是()A衍射是一切波特有的现象B对同一列波，缝、孔或障碍物越小，衍射现象越明显C只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象D声波容易发生衍射现象是由于声波波长较长答案 ABD解析 衍射是一切波特有的现象，所以选项 A 正确，选项 C 错；发生明显的衍射现象是有条件的，只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长小时，才能观察到明显的衍射现象，所以选项 B 是正确的；声波的波长在 1.7 cm 到 17 m 之间，一般常见的障碍物或孔的大小可与之相比，正是由于声波波长较长，因此声波容易
12、发生衍射现象，所以选项 D也是正确的故正确答案为 A、B、D.2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，因为没有稳定的干涉图样，所以波没有叠加B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C两列频率相同的波相遇时，介质中振动加强的质点在某时刻的位移可能是零D两列频率相同的波相遇时，振动加强的质点的位移总是比振动减弱的质点的位移大答案 C解析 两列波相遇时一定叠加，没有条件，A 错；振动加强是指振幅增大，而不只是波峰与波峰相遇，B 错；加强点的振幅增大，质点仍然在自己的平衡位置两侧振动，故某时刻的位移可以是振幅范围内的任何值，C 正确，D 错误3利用发
13、波水槽得到的水面波形如图 8 中 a、b 所示，则()图 8A图 a、b 均显示了波的干涉现象B图 a、b 均显示了波的衍射现象C图 a 显示了波的干涉现象，图 b 显示了波的衍射现象D图 a 显示了波的衍射现象，图 b 显示了波的干涉现象答案 D解析 由波的干涉和衍射概念知，图 a 是一列波的传播，显示了波的衍射现象，图 b 是两列波的传播，显示了波的干涉现象基础题1下列关于两列波相遇时叠加的说法中正确的是()A相遇之后，振幅小的一列波将减弱，振幅大的一列波将加强B相遇之后，两列波的振动情况与相遇前完全相同C在相遇区域，任一点的总位移等于两列波分别引起的位移的矢量和D几个人在同一房间说话，相
14、互间听得清楚，这说明声波在相遇时互不干扰答案 BCD解析 两列波相遇时，每一列波引起的振动情况都保持不变，而质点的振动则是两列波共同作用的结果，故选项 A 错误，选项 B、C 正确；几个人在同一房间说话，发出的声波在空间中相互叠加后，并不改变每列波的振幅、频率，所以声波传到人的耳朵后，仍能分辨出不同的人所说的话，故选项 D 正确2当两列同频率的水波发生干涉现象时，若两列波的波峰在 P 点相遇，则()质点 P 的振动始终加强 质点 P 的频率最大 质点 P 的位移始终最大 质点 P 的位移有时可能为零ABCD答案 D解析 由于两列波的波峰在 P 点相遇，P 点是振动加强点，且振动始终加强，正确；
15、两列波发生干涉，它们的周期和频率不会发生改变，各个点的频率仍然是相同的，错误；振动加强并不意味着其位移始终是最大，振动加强点的振幅最大，但位移总在变化，有时可能为零，错误，正确故选项 D 正确3两列波在同一种介质中传播时发生了干涉现象，则()A振动加强区域，介质质点的位移总是比振动减弱区域介质质点的位移大B振动加强区域，介质质点的振幅总是比振动减弱区域介质质点的振幅大C振动加强区域，介质质点的位移随时间做周期性变化D振动加强区域，介质质点的振幅随时间做周期性变化答案 BC解析 振动加强区域，各质点的位移随时间做周期性变化，它的位移某时刻可能为零，也不一定比振动减弱区域的位移大，故 A 错误，C
16、 正确；振幅是质点振动的最大位移，不随时间变化，故 B 正确，D 错误4关于波的衍射现象，下列说法中正确的是()A某些波在一定条件下才有衍射现象B某些波在任何情况下都有衍射现象C一切波在一定条件下才有衍射现象D一切波在任何情况下都有衍射现象答案 D解析 衍射现象是波在传播过程中所特有的现象，没有条件，故一切波在任何情况下都有衍射现象，只是有的明显，有的不明显，故 D 正确5音箱装饰布网既美观又能阻止灰尘进入音箱内部，但是它又有不利的一面，对于音箱发出的声音来说，布网就成了障碍物，它阻碍了声音的传播，造成了声音失真，有的生产厂家就把装饰布网安装了子母扣，这样听音乐时就可以把布网卸下来，从而获得高
17、保真的听觉效果听同样的音乐不卸下布网和卸下布网相比较，你认为声音损失掉的主要是()A高频部分B低频部分C中频部分D不能确定答案 A解析 由 vf 知，频率越高、波长越小波长越小，越不易发生衍射现象，故不卸布网损失掉的主要是高频部分，所以选项 A 正确6火车上有一个声源发出频率一定的乐音当火车静止、观察者也静止时，观察者听到并记住了这个乐音的音调以下情况中，观察者听到这个乐音的音调比原来降低的是()A观察者静止，火车向他驶来B观察者静止，火车离他驶去C火车静止，观察者乘汽车向着火车运动D火车静止，观察者乘汽车远离火车运动答案 BD7下面哪些应用是利用了多普勒效应()A利用地球上接收到遥远天体发出
18、的光波的频率来判断遥远天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，波被运动的汽车反射回来，根据接收到的频率发生的变化，就知道汽车的速度，以便于进行交通管理C铁路工人将耳朵贴在铁轨上可判断火车的运动情况D有经验的战士利用炮弹飞行的尖叫声判断飞行炮弹是接近还是远去答案 ABD解析 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地球运动的速度，A 正确被反射的电磁波，相当于一个运动的物体发出的电磁波，其频率发生变化，由多普勒效应的知识可以求出运动物体的速度，B 正确铁路工人是根据振动的强弱而对列车的运动作出判断的，C 错误炮弹飞行，与空气摩擦产生
19、声波，人耳接收到的频率与炮弹的运动方向有关，D 正确能力题8(2014全国大纲18)两列振动方向相同、振幅分别为 A1 和 A2 的相干简谐横波相遇下列说法正确的是()A波峰与波谷相遇处质点的振幅为|A1A2|B波峰与波峰相遇处质点离开平衡位置的位移始终为 A1A2C波峰与波谷相遇处质点的位移总是小于波峰与波峰相遇处质点的位移D波峰与波峰相遇处质点的振幅一定大于波峰与波谷相遇处质点的振幅答案 AD解析 A波峰与波谷相遇时，振幅相消，故实际振幅为|A1A2|，故选项 A 正确；B.波峰与波峰相遇处，质点的振幅最大，合振幅为 A1A2，但此处质点仍处于振动状态中，其位移随时间按正弦规律变化，故选项
20、 B 错误；C.振动减弱点和加强点的位移随时间按正弦规律变化，选项 C 错误；D.波峰与波峰相遇时振动加强，波峰与波谷相遇时振动减弱，加强点的振幅大于减弱点的振幅，故选项 D 正确9如图 1 所示，实线和虚线分别表示振幅、频率均相同的两列波的波峰和波谷此刻，M是波峰与波峰的相遇点，下列说法中正确的是()图 1A该时刻质点 O 正处在平衡位置BP、N 两质点始终处在平衡位置C随着时间的推移，质点 M 向 O 点处移动D从该时刻起，经过四分之一周期，质点 M 到达平衡位置答案 BD解析 由题图可知，图中 O、M 为振动加强点，此时刻 O 处于波谷，M 处于波峰，因此 A错误；N、P 为减弱点，又因
21、两列波振幅相同，因此，N、P 两点振幅为零，即两质点始终处于平衡位置，B 正确；质点不会随波向前推移，C 错误；从该时刻起，经14周期，两列波在 M 点分别引起的振动都位于平衡位置，故 M 点位于平衡位置，D 正确10如图 2 所示，图中 O 点是水面上一波源，实线、虚线分别表示该时刻的波峰、波谷，A是挡板，B 是小孔，经过一段时间，水面上的波形将分布于()图 2A整个区域B阴影以外区域C阴影以外区域D上述答案均不对答案 B解析 从题图中可以看出挡板 A 比波长大的多，因此波不会绕过挡板 A，而小孔 B 的大小与波长差不多，能发生明显的衍射现象，故 B 正确11如图 3 甲所示，男同学站立不动
22、吹口哨，一位女同学坐在秋千上来回摆动，下列关于女同学的感受的说法正确的是()甲 乙图 3A图乙中女同学从 A 向 B 运动过程中，她感受哨声音调变高B图乙中女同学从 E 向 D 运动过程中，她感觉哨声音调变高C图乙中女同学在 C 点向右运动时，她感觉哨声音调不变D图乙中女同学在 C 点向左运动时，她感觉哨声音调变低答案 AD解析 女同学荡秋千的过程中，只要她有向右的速度，她就有靠近声源的趋势，根据多普勒效应，她都能感到哨声音调变高；反之，女同学向左运动时，她感到音调变低选项 A、D正确，B、C 错误12频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动以 u 表示声源的速度，v 表示声波的速度(u
23、v)，f 表示接收器接收到的频率若 u 增大，则()Af 增大，v 增大Bf 增大，v 不变Cf 不变，v 增大Df 减小，v 不变答案 B解析 由于声波的速度由介质决定，故 v 不变，由多普勒效应可知，当声源接近接收器时接收到的频率变高，f 增大，故 B 项正确探究与拓展题13如图 4 所示，为声波干涉演示仪的原理图两个 U 形管 A 和 B 套在一起，A 管两侧各有一小孔，声波从左侧小孔传入管内，被分成两列频率_的波当声波分别通过 A、B 传播到右侧小孔时，若两列波传播的路程相差半个波长，则此处声波的振幅_；若传播的路程相差一个波长，则此处声波的振幅_图 4答案 相同 等于零 等于原声波振幅的 2 倍解析 声波从左侧小孔传入管内向上、向下分别形成两列频率相同的波，若两列波传播的路程相差半个波长，则振动相消，所以此处振幅为零；若传播的路程相差一个波长，振动加强，则此处声波的振幅为原振幅的 2 倍
