2019-2020年高中物理第2章機(jī)械波第34節(jié)波的干涉和衍射多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用教學(xué)案魯科版選修3.doc
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2019-2020年高中物理第2章機(jī)械波第34節(jié)波的干涉和衍射多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用教學(xué)案魯科版選修3 1．兩列波相遇會發(fā)生疊加，當(dāng)兩列波頻率和振動方向相同時，會發(fā)生波的干涉。在干涉區(qū)域，振動加強(qiáng)的點總是加強(qiáng)的，振動減弱的點總是減弱的。 2．波的衍射是波繞過障礙物或通過孔隙繼續(xù)向前傳播的現(xiàn)象。當(dāng)障礙物或小孔的尺寸跟波長差不多或比波長小時會發(fā)生明顯的衍射。 3．干涉和衍射是波特有的現(xiàn)象，不僅機(jī)械波能衍射和干涉，電磁波也能衍射和干涉。 4．當(dāng)波源與觀察者互相靠近或互相遠(yuǎn)離時，接收到的波的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，這就是多普勒效應(yīng)。 波的干涉現(xiàn)象 [自讀教材抓基礎(chǔ)] 1．波的疊加原理 (1)波的獨立傳播特性：波在相遇時仍然能夠保持各自的運(yùn)動狀態(tài)繼續(xù)傳播，相遇的波一旦脫離接觸又會恢復(fù)原來的運(yùn)動狀態(tài)繼續(xù)傳播。 (2)波的疊加原理：波在相遇的區(qū)域里，介質(zhì)內(nèi)部的質(zhì)點同時參與這幾列波引起的振動，質(zhì)點的位移等于這幾列波單獨存在時到達(dá)該處引起的位移的疊加(矢量和)。 2．波的干涉 (1)定義：振動頻率和振動方向相同的兩列波疊加后，振動加強(qiáng)和振動減弱的區(qū)域互相間隔、穩(wěn)定分布的現(xiàn)象。 (2)干涉圖樣：波的干涉中所形成的圖樣，如圖231所示。 圖231 (3)干涉條件：頻率和振動方向相同的波。 (4)一切波都能發(fā)生干涉，干涉是波特有的現(xiàn)象。 [跟隨名師解疑難] 1．干涉圖樣的特點 (1)加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變。 (2)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)不隨時間變化)。 (3)加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)互相間隔。 2．振動加強(qiáng)點和減弱點的判斷 (1)從振幅判斷：振幅為兩列波的振幅之和的點為加強(qiáng)點，加強(qiáng)點連成的區(qū)域為加強(qiáng)區(qū)；振幅為兩列波的振幅之差的點為減弱點，減弱點連成的區(qū)域為減弱區(qū)。 (2)從條件上判斷：振動方向始終相同的兩波源產(chǎn)生的波疊加時，加強(qiáng)、減弱條件如下：設(shè)點到兩波源的距離之差為Δr，那么當(dāng)Δr＝kλ(k＝0,1,2…)時該點為加強(qiáng)點，當(dāng)Δr＝kλ＋(k＝0,1，2…)時為減弱點，若兩波源振動方向始終相反，則上述結(jié)論正好相反。 (3)從現(xiàn)象上判斷：若某時刻某點是波峰與波峰(或波谷與波谷)相遇，該點為振動加強(qiáng)點；若某時刻某點是波峰與波谷相遇，則該點為振動減弱點。 [特別提醒] 對“加強(qiáng)區(qū)”和“減弱區(qū)”的理解 在波的干涉現(xiàn)象中，加強(qiáng)區(qū)是指該區(qū)域內(nèi)質(zhì)點的振幅A最大；減弱區(qū)是指該區(qū)域內(nèi)質(zhì)點的振幅A最小。設(shè)兩個相干波源單獨引起的振幅分別為A1和A2，則在振動加強(qiáng)區(qū)中質(zhì)點振動的振幅為A1＋A2，在振動減弱區(qū)中質(zhì)點振動的振幅為|A1－A2|。不論加強(qiáng)區(qū)還是減弱區(qū)中的質(zhì)點，都仍在其平衡位置附近振動，它們的振動位移仍隨時間發(fā)生周期性變化。因此，某一時刻，加強(qiáng)區(qū)中質(zhì)點振動的位移可能小于減弱區(qū)中質(zhì)點振動的位移。若A1＝A2，則減弱區(qū)中質(zhì)點的振幅為零，不振動。 [學(xué)后自檢]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小試身手) 關(guān)于兩波相遇時疊加的說法正確的是( ) A．相遇后，振幅小的一列波將減弱，振幅大的一列波將加強(qiáng) B．相遇后，兩列波的振動情況與相遇前完全不同 C．在相遇區(qū)域，任一點的總位移總是大于每一列波引起的位移 D．在相遇區(qū)域，任一點的總位移可能大于每列波單獨傳播時的位移，也可能小于每列波單獨傳播時的位移 解析：選D 根據(jù)波的疊加原理可知，兩列波相遇時與其單獨存在時的振動是一樣的，所以A、B錯誤；又波疊加時，其位移為兩列波位移的矢量和，所以C錯誤，D正確。 波的衍射現(xiàn)象 [自讀教材抓基礎(chǔ)] 1．定義：波繞過障礙物或通過孔隙繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。 2．發(fā)生明顯衍射的條件 縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長差不多，或者比波長小。 3．一切波都能發(fā)生衍射，衍射是波的特有現(xiàn)象。 [跟隨名師解疑難] 怎么理解波發(fā)生明顯衍射的條件？ (1)衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都可以發(fā)生衍射。凡能發(fā)生衍射現(xiàn)象的就是波。 (2)波的衍射總是存在的，只有“明顯”與“不明顯”的差異。波長較長的波容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。 (3)波傳到小孔(障礙物)時，小孔(障礙物)仿佛一個新波源，由它發(fā)出與原來同頻率的波在孔(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的近似情況。 [特別提醒] (1)障礙物的尺寸的大小不是發(fā)生衍射的條件，而是發(fā)生明顯衍射的條件，波長越大越易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象。 (2)當(dāng)孔的尺寸遠(yuǎn)小于波長時，盡管衍射十分突出，但衍射波的能量很弱，也很難觀察到波的衍射。 [學(xué)后自檢]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小試身手) 水波通過小孔，發(fā)生一定程度的衍射，為使衍射現(xiàn)象更不明顯，可以( ) A．增大小孔尺寸，同時增大水波的頻率 B．增大小孔尺寸，同時減小水波的頻率 C．縮小小孔尺寸，同時增大水波的頻率 D．縮小小孔尺寸，同時減小水波的頻率 解析：選A 發(fā)生明顯衍射的條件：小孔的尺寸與水波波長相差不多，或比水波波長小，為使衍射現(xiàn)象不明顯，則應(yīng)增大小孔尺寸，同時減小水波的波長或增大水波的頻率。 多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用 [自讀教材抓基礎(chǔ)] 1．定義 由于波源和觀察者之間有相對運(yùn)動，使觀察者接收到的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。 2．產(chǎn)生的原因 (1)波源與觀察者相對靜止時，單位時間內(nèi)通過觀察者的完全波的個數(shù)是一定的，觀察者觀測到的頻率等于波源振動的頻率。 (2)波源與觀察者相互靠近時，單位時間內(nèi)通過觀察者的完全波的個數(shù)增加，觀察者觀測到的頻率大于波源的頻率，即觀察到的頻率變大。 (3)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時，觀察到的頻率變小。 3．應(yīng)用 (1)測量車輛速度； (2)測量天體運(yùn)動情況； (3)檢查病變； (4)跟蹤目的物(如導(dǎo)彈、云層)等。 [跟隨名師解疑難] 波源的頻率和觀察者接收到的頻率的關(guān)系 相對位置 圖示 結(jié)論 波源S和觀察者A相對介質(zhì)不動 f波源＝f觀察者，音調(diào)不變 波源S不動，觀察者A運(yùn)動，由A→B或A→C 若靠近波源，由A→B，則f波源下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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