波的干涉衍射和多普勒效應(yīng)

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1、7.4波的干涉、衍射和多普勒效應(yīng)一、考點(diǎn)聚焦1、波的疊加，波的干涉、衍射現(xiàn)象Ⅰ2、聲波、超聲波及其應(yīng)用Ⅰ3、多普勒效應(yīng)Ⅰ二、知識(shí)掃描1、波的衍射現(xiàn)象：波繞過(guò)障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫做波的衍射。發(fā)生明顯衍射的條件是，孔、縫、障礙物的尺寸比波長(zhǎng)小或跟波長(zhǎng)相差不多。一切波都能發(fā)生衍射，衍射是撥特有的現(xiàn)象。2、波的疊加：幾列波相遇時(shí)能夠保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)繼續(xù)傳播；在他們重疊的區(qū)域內(nèi)，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與這幾列波引起的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時(shí)分別引起的位移的矢量和。3、波的干涉：兩列相干波疊加，使得某些區(qū)域振動(dòng)加強(qiáng)，

2、某些區(qū)域振動(dòng)減弱，并且振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域和振動(dòng)減弱區(qū)域相互間隔，這種現(xiàn)象叫做波的干涉，形成的圖樣叫做波干涉圖樣。產(chǎn)生干涉的條件是兩列波的頻率相同，相位差恒定。一切波都可能發(fā)生干涉，干涉是波特有的現(xiàn)象。4、多普勒效應(yīng)：由于波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使觀察者感到波的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，叫做多普勒效應(yīng)。當(dāng)波源和觀察者相對(duì)靜止時(shí)，觀察者接收到的頻率等于波源的頻率。當(dāng)波源和觀察者相對(duì)靠近時(shí)，觀察者接收到的頻率大于波源的頻率。當(dāng)波源和觀察者相對(duì)遠(yuǎn)離時(shí)，觀察者接收到的頻率小于波源的頻率。一切波都能發(fā)生多普勒效應(yīng)。設(shè)波源S振動(dòng)的頻率為f

3、，波源和觀察者A孝沿同一直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，相對(duì)于地面的速度分別為vS和vA。波在介質(zhì)中的傳播速度為vp，且vS

4、；〖點(diǎn)評(píng)〗振動(dòng)的位移是隨時(shí)間變化的，而振動(dòng)的振幅是不變的（無(wú)阻尼振動(dòng)中）。例2如圖7-4-1所示，S1和S2是湖面上兩個(gè)完全相同的水波的波源，MN是足夠長(zhǎng)的湖岸，水波的波長(zhǎng)為2m，S1與S2的連線(xiàn)與湖岸垂直，且S1S2=5m，則岸邊始終平靜的地方共有（）A、1處B、3處C、5處D、無(wú)數(shù)處〖解析〗岸邊到兩個(gè)波源距離差（波程差）為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍的地方是始終平靜的（振動(dòng)減弱區(qū)）。O點(diǎn)的波程差最大，為5m，其左右各有波程差為3m、1m的平靜地點(diǎn)，所以始終平靜處一共5處，所以選C.〖點(diǎn)評(píng)〗要求掌握干涉區(qū)振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱條件。

5、例3圖7-4-2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(huà)出波源所在區(qū)域波的傳播情況，每?jī)蓷l相鄰波紋（圖中曲線(xiàn)）間的距離表示一個(gè)波長(zhǎng)，則波經(jīng)過(guò)孔之后的傳播情況，下列說(shuō)法中正確的是（）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，將波源的頻率增大，將能更明顯地觀察到衍射現(xiàn)象〖解析〗此時(shí)孔的尺寸與波長(zhǎng)相近，能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象，所以A選項(xiàng)正確；衍射不改變波速和頻率，所以B選項(xiàng)正確；孔擴(kuò)大后，將逐漸

6、偏離發(fā)生明顯衍射的條件，所以C選項(xiàng)正確；而波源頻率增大，會(huì)使波長(zhǎng)變小，更加符合明顯衍射條件，所以D選項(xiàng)錯(cuò)誤。所以選ABC.〖點(diǎn)評(píng)〗發(fā)生明顯衍射的條件是，孔或障礙物的尺寸比波長(zhǎng)小或差不多。例4如圖7-4-3所示，向左勻速運(yùn)動(dòng)的小車(chē)發(fā)出頻率為f的聲波，車(chē)左側(cè)A處的人感受到的聲波的頻率為f1，車(chē)右側(cè)B處的人感受到的聲波的頻率為f2，則（）A、f1fC、f1>f，f2>fD、f1>f，f2

7、勒效應(yīng)的規(guī)律。例5以速度v=20m/s行駛的火車(chē)，鳴笛聲頻率f=275Hz，常溫下空氣中的聲速為V=340m/s.當(dāng)火車(chē)駛來(lái)時(shí)，站在鐵道旁的觀察者聽(tīng)到的笛聲頻率是多少？當(dāng)火車(chē)駛?cè)r(shí)，站在鐵道旁的觀察者聽(tīng)到的笛聲頻率又是多少？〖解析〗火車(chē)駛來(lái)時(shí)，觀察者感受到的聲波波長(zhǎng)為λ1=VT-vT=所以，觀察者感受到的聲波頻率為f1====292Hz火車(chē)駛?cè)r(shí)，觀察者感受到的聲波波長(zhǎng)為λ2=VT+vT=所以，觀察者感受到的聲波頻率為f2====260Hz〖點(diǎn)評(píng)〗解多普勒效應(yīng)問(wèn)題，關(guān)鍵是建立運(yùn)動(dòng)模型，即由于波源的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使相鄰波峰間

8、距離被壓縮或拉大，導(dǎo)致接受波長(zhǎng)的變化，使人聽(tīng)起來(lái)覺(jué)得頻率變了。四、變式遷移1、關(guān)于波的衍射，下列說(shuō)法中正確的是（）A、衍射現(xiàn)象必須在一定條件下才能發(fā)生B、明顯衍射現(xiàn)象必須在一定條件下才能發(fā)生C、衍射是某些波所特有的現(xiàn)象D、衍射是所有波所特有的現(xiàn)象2、如圖7-4-4所示，一個(gè)波源在繩的左端發(fā)出半個(gè)波a，頻率為f1,振幅為A1，另一個(gè)波源在繩的右端