高中物理高中物理選修選修3-4教科版教科版第二章機(jī)械波第二章機(jī)械波2.6 波干涉、衍射波干涉、衍射第1頁(yè)v目標(biāo)定位1.知道波疊加原理，知道波干涉現(xiàn)象實(shí)質(zhì)上是波一個(gè)特殊疊加現(xiàn)象.2.知道波干涉圖樣特點(diǎn)，了解形成穩(wěn)定干涉圖樣條件，掌握振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)、減弱點(diǎn)振動(dòng)情況.3.知道什么是波衍射現(xiàn)象，知道波發(fā)生顯著衍射現(xiàn)象條件.4.了解多普勒效應(yīng)，能利用多普勒效應(yīng)解釋一些物理現(xiàn)象第2頁(yè)v一、波疊加原理v在幾列波傳輸重合區(qū)域內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)要同時(shí)參加由幾列波引發(fā)振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn) 等于各列 波 單 獨(dú) 存 在 時(shí) 在 該 處 引 發(fā) 振 動(dòng) 位 移 預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)總總位移位移 矢量和矢量和 第3頁(yè)v二、波干涉現(xiàn)象v1定義：兩列波疊加，使介質(zhì)中一些區(qū)域質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)一直 ，另一些區(qū)域質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)一直 ，而且這兩種區(qū)域相互間隔、位置 這種穩(wěn)定疊加現(xiàn)象(圖樣)叫做波干涉v2產(chǎn)生干涉一個(gè)必要條件是兩列波 必須相同v3波干涉現(xiàn)象是在特殊條件下波 只要滿足一定條件，都能發(fā)生干涉現(xiàn)象預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)頻頻率相同率相同 加加強(qiáng)強(qiáng) 減弱減弱 保持不保持不變變 頻頻率率 疊加疊加 一切波一切波 第4頁(yè)v想一想在波干涉中，振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和振動(dòng)減弱點(diǎn)振動(dòng)情況是怎樣？是不是振動(dòng)減弱點(diǎn)一直位于平衡位置不動(dòng)？v答案在波干涉中，振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)是指兩列波在該點(diǎn)振動(dòng)方向一直相同，因而使該點(diǎn)以兩列波振幅之和作為新振幅做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)；而振動(dòng)減弱點(diǎn)是指兩列波在該點(diǎn)振動(dòng)方向一直相反，因而使該點(diǎn)以兩列波振幅之差作為新振幅做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)只有當(dāng)兩列波振幅相等時(shí)，所形成干涉中振動(dòng)減弱點(diǎn)振幅才為零，此時(shí)該點(diǎn)表現(xiàn)為一直處于平衡位置不動(dòng)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)第5頁(yè)v三、波衍射現(xiàn)象v1定義：波能夠繞到 后面?zhèn)鬏敩F(xiàn)象v2波發(fā)生顯著衍射現(xiàn)象條件：當(dāng)縫寬度或障礙物尺寸大小與 相差不多或比 小時(shí)，就能看到顯著衍射現(xiàn)象v3 都可發(fā)生衍射現(xiàn)象v想一想在日常生活中我們常碰到“聞其聲不見(jiàn)其人”現(xiàn)象，你能用學(xué)過(guò)知識(shí)解釋一下嗎？v答案聲波波長(zhǎng)比較長(zhǎng)，輕易衍射，而光波波長(zhǎng)短，不輕易衍射，所以會(huì)有“聞其聲不見(jiàn)其人”現(xiàn)象預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)障礙物障礙物 波波長(zhǎng)長(zhǎng) 波波長(zhǎng)長(zhǎng) 一切波一切波 第6頁(yè)v四、多普勒效應(yīng)v1定義：當(dāng)觀察者與波源之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者測(cè)得頻率與波源頻率 v2成因v(1)波源S與觀察者A相對(duì)于介質(zhì)都靜止時(shí)，觀察者單位時(shí)間內(nèi)接收到完整波數(shù)目與單位時(shí)間內(nèi)波源發(fā)出 ，所以，觀察者接收到頻率和波源振動(dòng)頻率 v(2)當(dāng)觀察測(cè)者與波源二者相互靠近時(shí)，它在單位時(shí)間內(nèi)接收到完整波數(shù)目 ，接收到頻率將 波源頻率振動(dòng)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)不一不一樣樣 相同相同 相同相同 增多增多 大于大于 第7頁(yè)v(3)當(dāng)觀察者與波源二者遠(yuǎn)離時(shí)，它在單位時(shí)間內(nèi)接收到完整波數(shù)目 ，接收到頻率將 波源振動(dòng)頻率v3應(yīng)用v(1)測(cè)心臟血流速度；(2)測(cè)人造衛(wèi)星位置改變；(3)測(cè)定流體流速；(4)檢驗(yàn)車(chē)速；(5)判斷遙遠(yuǎn)天體相對(duì)于地球運(yùn)動(dòng)速度v想一想當(dāng)汽車(chē)遠(yuǎn)離觀察者時(shí)，聽(tīng)到汽車(chē)聲音越來(lái)越小，這種現(xiàn)象就是多普勒效應(yīng)嗎？v答案不是多普勒效應(yīng)指是接收到頻率改變情況，即音調(diào)改變情況；而聲音大小指是響度.預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)降低降低 小于小于 第8頁(yè)v一、對(duì)干涉現(xiàn)象了解v1波疊加是無(wú)條件，任何頻率兩列波在空間相遇都會(huì)疊加v2穩(wěn)定干涉圖樣產(chǎn)生是有條件，必須是兩列波頻率相同、相差恒定課堂講義課堂講義第9頁(yè)課堂講義課堂講義v3干涉圖樣及其特點(diǎn)v(1)干涉圖樣：如圖251所表示圖圖251 第10頁(yè)課堂講義課堂講義v(2)特點(diǎn)v加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)位置固定不變v加強(qiáng)區(qū)一直加強(qiáng)，減弱區(qū)一直減弱(加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)不隨時(shí)間改變)v加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)相互間隔第11頁(yè)課堂講義課堂講義v4振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)v(1)加強(qiáng)點(diǎn)：振動(dòng)振幅等于兩列波振幅之和，AA1A2.v(2)減弱點(diǎn)：振動(dòng)振幅等于兩列波振幅之差，A|A1A2|.v(3)加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)判斷v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)第12頁(yè)課堂講義課堂講義v【例1】(綱領(lǐng)全國(guó)，18)兩列振動(dòng)方向相同、振幅分別為A1和A2相干簡(jiǎn)諧橫波相遇以下說(shuō)法正確是()vA波峰與波谷相遇處質(zhì)點(diǎn)振幅為|A1A2|vB波峰與波峰相遇處質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)平衡位置位移一直為A1A2vC波峰與波谷相遇處質(zhì)點(diǎn)位移總是小于波峰與波峰相遇處質(zhì)點(diǎn)位移vD波峰與波峰相遇處質(zhì)點(diǎn)振幅一定大于波峰與波谷相遇處質(zhì)點(diǎn)振幅第13頁(yè)課堂講義課堂講義v解析兩列振動(dòng)方向相同相干波相遇疊加，在相遇區(qū)域內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)仍做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，其振動(dòng)位移在0到最大值之間，B、C項(xiàng)錯(cuò)誤；在波峰與波谷相遇處質(zhì)點(diǎn)振幅為兩波振幅之差，在波峰與波峰相遇處質(zhì)點(diǎn)振幅為兩波振幅之和，故A、D項(xiàng)正確v答案ADv借題發(fā)揮不論是加強(qiáng)點(diǎn)，還是減弱點(diǎn)，還是普通位置質(zhì)點(diǎn)在振動(dòng)時(shí)，其位移都在隨時(shí)間做周期性改變，位移均可為0.第14頁(yè)課堂講義課堂講義v針對(duì)訓(xùn)練兩列頻率、振動(dòng)方向、初始相位均相同波S1、S2，在同一介質(zhì)中傳輸時(shí)，某時(shí)刻t形成如圖252所表示干涉圖樣，圖樣中兩波源S1、S2同時(shí)為波谷(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(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)是_，振動(dòng)減弱點(diǎn)是_圖圖252第15頁(yè)課堂講義課堂講義v解析由圖可知A點(diǎn)為峰與波峰相遇，是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)；B點(diǎn)是波谷與波谷相遇，是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)；C點(diǎn)是波峰與波谷相遇，是振動(dòng)減弱點(diǎn)v答案A，BC第16頁(yè)課堂講義課堂講義v二、對(duì)衍射現(xiàn)象了解v1衍射是波特有現(xiàn)象，一切波都能夠發(fā)生衍射v2波衍射總是存在，只有“顯著”與“不顯著”差異，“障礙物或孔尺寸比波長(zhǎng)小或跟波長(zhǎng)差不多”只是發(fā)生顯著衍射條件v3波傳到小孔(障礙物)時(shí)，小孔(障礙物)好像一個(gè)新波源，由它發(fā)出與原來(lái)同頻率波在孔(障礙物)后傳輸，就偏離了直線方向所以，波直線傳輸只是在衍射不顯著時(shí)近似情況第17頁(yè)課堂講義課堂講義v【例2】如圖253所表示是觀察水面波衍射試驗(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)域波傳輸情況，每?jī)蓷l相鄰波紋(圖中曲線)之間距離表示一個(gè)波長(zhǎng)，則對(duì)于波經(jīng)過(guò)孔之后傳輸情況，以下描述正確是()圖圖253第18頁(yè)課堂講義課堂講義vA此時(shí)能顯著觀察到波衍射現(xiàn)象vB擋板前后波紋間距離相等vC假如將孔AB擴(kuò)大，有可能觀察不到顯著衍射現(xiàn)象vD假如孔大小不變，使波源頻率增大，能更顯著地觀察到衍射現(xiàn)象第19頁(yè)課堂講義課堂講義v答案ABC第20頁(yè)課堂講義課堂講義v三、對(duì)多普勒效應(yīng)了解v1多普勒效應(yīng)是波共有特征，不但機(jī)械波，光波和電磁波也都會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)v2發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，波源發(fā)出頻率不變，改變是觀察者接收到頻率第21頁(yè)課堂講義課堂講義v3當(dāng)波源與觀察者相互靠近時(shí)，f觀察者變大，音調(diào)變高如圖254甲中波源S不動(dòng)，觀察者A向B運(yùn)動(dòng)和圖乙中觀察者A不動(dòng)，波源由S1向S2運(yùn)動(dòng)；v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(dòng)，觀察者A向C運(yùn)動(dòng)圖圖254 第22頁(yè)課堂講義課堂講義v【例 3】下面說(shuō)法中正確是()vA發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，波源頻率改變了vB發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，觀察者接收到頻率發(fā)生了改變vC多普勒效應(yīng)是在波源與觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生vD多普勒效應(yīng)是由奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)覺(jué)第23頁(yè)課堂講義課堂講義v解析當(dāng)波源與觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)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)，觀察者接收到頻率發(fā)生了改變，而波源頻率并沒(méi)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)覺(jué)，故選項(xiàng)D正確v答案BCDv借題發(fā)揮判斷觀察者接收頻率是怎么樣改變，就是看波源與觀察者間相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況 第24頁(yè)