3.5&3.6 波的干涉与衍射&多普勒效应（wrord教参）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第一册（教科版）

5　波的干涉与衍射 6　多普勒效应 学习目标 素养提炼 1.认识波的叠加现象，分析叠加区质点的振动，理解波的叠加原理。 2．通过观察，知道波的干涉现象和干涉图样，知道波的干涉条件。 3．通过观察，知道波的衍射现象，知道发生明显衍射的条件。 4．知道衍射和干涉是波特有的现象。 5．知道多普勒效应是波源和观察者之间有相对运动产生的现象。 6．通过现象的模拟和分析知道波源的频率与观察者接收到的频率的区别。 物理观念：波的叠加、波的干涉、波的衍射、多普勒效应 科学思维：叠加原理、干涉图样分析 科学探究：水波的干涉、衍射 科学态度与责任：用多普勒效应解释一些物理现象 一、波的叠加原理 1．独立传播 介质中的几列波相遇后，仍将保持着它们各自原有的特性(频率、振幅、振动方向、传播方向等)继续传播，并不因为有其他波的存在而发生变化。 2．波的叠加原理 在几列波的重叠区域内，质点要同时参与由几列波引起的振动，质点的总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。 [判断正误] 　(1)相遇后振幅小的一列波将减弱，振幅大的一列波将加强。(×) (2)相遇后两列波各自的波形和传播方向与相遇前完全相同。(√) (3)几个人在同一房间说话，相互都听得清楚说明波在相遇时互不干扰。(√) 二、波的干涉现象 1．定义 频率相同的两列波叠加，使介质中某些区域的质点振动加强、另一些区域的质点振动减弱，并且这两种区域互相隔开、位置保持不变。这种稳定的叠加现象叫作波的干涉。 2．干涉图样 波的干涉中形成的稳定图样。 3．干涉条件 频率相同的波。 4．干涉是波特有的现象。 [思考] 有人说在波的干涉现象中，加强点就是位移始终最大的点，减弱点就是位移始终为零的点，这种说法对吗？ 提示：这种说法不正确。在干涉图样中的加强点是以两列波的振幅之和为振幅做振动的点，某一瞬时振动位移可能是零。同理，减弱点是以两列波的振幅之差为振幅做振动的点，它的位移不一定始终为零。 三、波的衍射现象 1．定义 波能够绕到障碍物的后面传播的现象。 2．发生明显衍射的条件 当缝的宽度或障碍物的尺寸大小与波长相差不多，或比波长小时，就能看到明显的衍射现象。 [判断正误] (1)孔的尺寸比波长大得多时就不会发生衍射现象。(×) (2)孔的尺寸比波长小能观察到明显的衍射现象。(√) (3)超声波比普通声波的波长小。(√) 四、多普勒效应 1．定义 当观测者和波源之间有相对运动时，观测者测得的频率与波源频率不同。后来这一现象就被命名为多普勒效应。 2．多普勒效应的成因 (1)波源S与观测者A相对于介质都静止时，观测者单位时间内接收到的完整波的数目与单位时间内波源发出的相同，所以，观测者接收到的频率和波源的振动频率相同。 (2)波源相对于介质静止不动，观测者相对波源运动。当观测者朝着波源运动时，它在单位时间内接收到的完整波数目增多，表明测得的频率大于波源振动的频率；当观测者远离波源运动时，它在单位时间内接收到的完整波数目减少，表明测得的频率小于波源振动的频率。 (3)观测者相对介质静止，波源相对观测者运动。当观测者与波源两者相互接近时，接收到的频率将大于波源的频率；当二者远离时，接收到的频率将小于波源的频率。 3．多普勒效应的应用 (1)机械波、电磁波都会产生多普勒效应。根据频率的变化，我们可以测出波源相对于介质的速度。 (2)医疗上，利用超声波的多普勒效应，可以测量心脏血流速度，为诊断提供重要依据。 (3)多普勒效应在测定人造卫星位置的变化，测定流体的流速，检查车速等方面都有广泛的应用。 (4)在天文学上，由地球上接收到遥远天体发出的光波的频率可以判断遥远的天体相对于地球的运动速度。 [判断正误] (1)声源与观察者相互靠近时，声源的频率增大。(×) (2)当波源和观察者向同一个方向运动时，一定会发生多普勒效应。(×) (3)火车的音调越来越高，说明火车正从远处靠近观察者。(√) 要点一　对干涉现象的理解 [情景探究]　如图所示，与振动发生器相连的两个小球，在振动发生器的带动下上下振动，形成两个振动频率和振动步调相同的波源，在水面上形成两列步调、频率相同的波，两列波在水面上相遇时，能观察到什么现象？如果改变其中一个小球振动的快慢，还会形成这种现象吗？ 提示：在水面上出现一条条从两个波源中间伸展开的相对平静的区域和剧烈振动的区域。改变其中一个小球振动的快慢，这种现象将消失。 1．波的叠加是无条件的，任何频率的两列波在空间相遇都会叠加。 2．稳定干涉图样的产生是有条件的，必须是两列同类的波，并且波的频率相同、振动方向在同一直线上、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