学案波的干涉和衍射.docx

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1、波的干涉和衍射【学习目标】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，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和发生明显衍射现象的条件。【学习重难点】振动加强点、振动减弱点位置的判断。【学习过程】课前学习知识点一波的干涉现象观图助学乐队演奏时，不同的乐器发出不同响度、不同频率的声音，这些声波在空中传播的过程中相遇,但我们听到的并不是嘈杂的声音，我们仍然能够清晰地辨别出各种乐器发出的不同声音,这是为什么呢？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)不变并继续传

2、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伏皿，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。波源（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技延之一。思考判断（1）只有频率相同的两列波才可以叠加。（X）（2）在振动减弱的区域，各质点都处于波谷。（X）（3）只有频率和振动方向相同的波才能互相干涉。（

3、4）助解两列波相遇前两列波重合时两列波相遇之后提示波峰与波峰相遇（或波谷与波谷相遇）的位置为振动加强的位置，波峰与波谷相遇的位置为振动减弱的位置。提醒任何频率的波都能够相互叠加，但是只有频率和振动方向相同的波才能够形成干涉。知识点二波的衍射现象观图助学声音可以绕过墙被另一侧的人听到.水波可以绕过障碍物继续向前传播.1 .定义波绕过罐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处相差不大，或者比波长更小。3 .一切波都能发生衍射，衍射是波赞直的现象。思考判断（1）只有当障碍物的尺寸与波长差不多或比波长小时，才会发生衍射现象。（X）（2）“隔墙有耳”

4、指的是声波的衍射现象。（4）（3）当障碍物或狭缝的尺寸跟波长相差不大时，有明显的衍射现象。（4）助解小孔尺寸大小对衍射的影响提醒一切波都能够发生衍射，能发生衍射现象的也一定是波。知识点三多普勒效应及其应用观图助学生活中我们都有这样的经验，当火车靠近我们时.，我们听到的汽笛的音调总要高于火车远离我们时汽笛的音调，这是为什么呢？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

5、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。思考判断（1）发生多普勒效应时，波源的频率变大或变小了。（X）（2）发生多普勒效应时，波源与观察者之间一定发生相对运动。（0（3）能否发生多普勒效应与观察者距波源的远近有关。（X）提醒多普勒效应只是观察者接收到的波的频率与波源的频率相比发生了变化，波源的频率是保持不变的。助解同样是救护车发出的声音，救护车前方的观察者接收到的波的频率大，后方的观察者接收到的波的频率小。核心探究核心要点1对干涉现象的理解要点归纳11.波的干涉与波的叠加（1）波的叠加是无条件的，任何

6、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.干涉图样及其特征（1）干涉图样：如图所示。（2）特征加强区和减弱区的位置固定不变。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）。加强区与减弱区互相间隔。试题案例例1（多选）波源在绳的左端发出半个波，频率为力，振幅为4；同时另一波源在绳右端发出半个波，频

7、率为及（及力），振幅为4,P为绳的中点，如图所示，下列说法正确的是（）PA.两列波同时到达尸点B.两列波相遇时P点波峰值可达到4+A2C.两列波相遇再分开后，各自保持原波形传播D.因频率不同，这两列波相遇不能叠加解析因两波源同时起振，形成的都是绳波，波速相同，因此两列波同时到达P点，选项A正确；因及力，故V2,当的波峰传至尸点时，的波峰已过了P点，即两波峰在P点不会相遇，根据波的叠加原理，P点的波峰值不会达到4+A2,选项B错误，C正确;因波的叠加没有条件，故选项D错误。答案AC例2如图所示，$、S2是两个振动完全相同的相干波源，其中实线表示波峰，虚线表示波谷。若两列波的振幅均保持5cm不变，

8、关于图中所标的。、b、c、d四点，下列说法中正确的是（）A.d点始终保持静止不动B.图示时刻C点的位移为零C.点振动始终加强，C点振动始终减弱D.图示时刻，氏c两点的竖直高度差为IOCm解析d点是波峰与波谷相遇，振动减弱，振幅为零，故保持静止，故A正确；b点是波峰与波峰相遇，C点是波谷与波谷相遇，它们均属于振动加强点，由于振幅是5cm,则6点相对平衡位置高IOCm,而C点是波谷与波谷相遇，则C点相对平衡位置低IOCm,所以从C两点的竖直高度差为20cm,故B、C、D错误。答案A规律总结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

9、差为x,当x=X2-I=H（Z=O，1，2,.）时为振动加强点；当An=X2-xiI=（2k+l）（k=0,1,2,.）时为振动减弱点。若两波源振动步调相反，则上述结论相反。（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。针对训练1（多选）两列振动方向相同、振幅分别为Al和4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Hi-AzlB.波峰与波峰相遇处质点离开平衡位置的位移始终为4+4C.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

10、的振幅解析波峰与波谷相遇时，振幅相消，故实际振幅为A41，选项A正确；波峰与波峰相遇处，质点的振幅最大，合振幅为4+4,但此处质点仍处于振动状态中，其位移随时间按正弦（或余弦）规律变化，选项B错误；振动减弱点和加强点的位移随时间按正弦（或余弦）规律变化，选项C错误；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，选项D正确。答案AD核心要点2波的衍射问题探究如图所示是一个可观察水波衍射的水波发生槽，振源的频率是可以调节的，槽中放置两块可移动的挡板形成宽度可调节的小孔,观察水波的传播，也可以在水槽中放置宽度不同的挡板,观察水波的传播。思考下列问题：（1）水波遇到

11、小孔时，会观察到什么现象？依次减小小孔尺寸，观察到的现象有什么变化？（2）当水波遇到较大的障碍物时，会观察到什么现象？当障碍物较小时，会观察到什么现象？答案（1）水波遇到小孔时，水波能穿过小孔，并能到达挡板后面的“阴影区”，小孔的尺寸减小时，水波到达“阴影区”的现象更加明显。（2）当水波遇到较大的障碍物时，将会返回，当障碍物较小时，波能继续向前传播。探究归纳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，“障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长相差不多”是发生明显衍射现象的条件。3 .波传到小孔（或障碍物）时，小孔（或障碍物）仿佛一个新波源，

12、由它发出与原来同频率的波在孔（或障碍物）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。试题案例例3（多选）如图所示是观察水面波衍射的实验装置，AC和8。是两块挡板，AB是一个孔，。是波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹（图中曲线）之间距离表示一个波长，则对于波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是（）A.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从题图中可以看出，孔的大小与波长相差不多，故能够发生明显的衍射现象，选项A正

13、确；由于在同一均匀介质中，波的传播速度没有变化，波的频率是一定的，又根据2=打得波长人没有变化，选项B正确；当孔扩大后，发生明显衍射的条件将被破坏，故选项C正确；如果孔的大小不变，使波源频率增大，则波长减小，孔的尺寸将比波长大，失去发生明显的衍射现象的条件，因此选项D错误。答案ABC针对训练2（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

14、是波特有的现象之一。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。答案ABC核心要点3多普勒效应的理解与应用问题探究警车鸣笛从你身边飞速驶过，对于警车向你靠近和警车远离的过程，你会听到警笛的声音在变化。（1）你听到警笛的音调有何不同？（2）实际上警笛发出的音调会变化吗？（3）听到音调发生变化的原因是什么？答案（1）警车驶来时，音调变高；警车远离时，音调变低。（2）实际上警笛的音调不会变化。（3）警车与观察者如果相互靠近，观察者接收到的频率增大；二者如果相互远离，观察者接收到的频率减小，因此会感觉警笛音调变化。探究归纳1.发生多普勒效应时几种情况的比较相对位置图示结论波

15、源S和观察者A相对介质不动/波源=/观察者，接收频率不变波源S不动，观察者A运动，由AB或AC若靠近波源，由4-8则f波源Vf观察者，接收频率变高若远离波源，由ATC则/波海观察若，接收频率变低若观察者A不动，波源S运动，由SiS2/波源Vf观察者，接收频率变局2.当波源与观察者相互接近，观察者接收到的频率f观察哲变大，反之观察者接收到的频率了观察者变小O3.发生多普勒效应时，不论观察者接收到的频率发生了怎样的变化，波源的真实频率并不会发生任何变化。试题案例例4（多选）下列说法中正确的是（）A.发生多普勒效应时，波源的频率变化了B.发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化C.多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的D.多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒首先发现的解析当波源与观察者之间有相