第3章 4.波的干涉 5.多普勒效应-【精讲精练】2023-2024学年高中物理选择性必修第一册人教版（教师用书）

4　波的干涉 5　多普勒效应 [学业要求与核心素养] 物理观念 1．了解波的叠加原理。通过实验认识波的干涉现象和波的干涉图样。 2．知道干涉现象是波所特有的现象。知道波发生干涉现象的必要条件。 3．知道多普勒效应产生的原因。 4．了解生活中常见的多普勒效应现象及其应用。 一、波的叠加 阅读教材，并回答： 1．当两列波相遇时，会不会像两个小球相碰时那样，改变各自的运动特征呢？分析教材图3.4­1中两列绳波(或看视频)，观察两列波的传播情况，说明两列波在相遇时有怎样的特点？ 答　略 2．从图3.4­1中可以发现，两列波在传播过程中相遇时，在相遇的区域里，波形要发生变化。两列波在传播过程中相遇时，在重叠的区域里，质点振动的位移遵从什么规律？ 答　略 [概念·规律] 1．两列波在彼此相遇并穿过后，波的形状和相遇前__一样__，传播的情形也和相遇前__一样__。两列水波相遇后彼此穿过，仍然保持各自的运动特征，继续传播，就像没有跟另一列水波相遇__一样__。 2．波的叠加原理：几列波相遇时能保持各自的运动特征，继续传播，在它们重叠的区域里，介质的质点__同时__参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的__矢量和__。 二、波的干涉 阅读教材，并回答： 1. 两列周期相同的波在相遇时，下面研究在它们叠加的区域里会发生什么现象？阅读课本图3.4­2演示实验“观察水波的干涉”，水槽中形成的波源有怎样的关系？ 答　频率相同、相位差恒定。 2．试通过图3.4­3分析，两列波在相遇时，为什么会出现某些区域振动加强和振动减弱的现象？ 答　波峰与波峰或波谷与波谷相遇，该点为振动加强点，若是波峰与波谷相遇，则为振动减弱点。 3．振动加强点的振动位移是否始终最大？振动减弱点的振动位移是否始终最小？ 答　不是，不是 [概念·规律] 1．频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列波叠加时，某些区域的振动总是__加强__，某些区域的振动总是__减弱__，这种现象叫作波的干涉。形成的这种稳定图样叫作干涉图样。 2．产生稳定干涉条件 (1)两列波的__频率__必须相同。 (2)两个波源的__相位差__必须保持不变。 3．干涉的普遍性 一切波都能够发生干涉，干涉是波__特有__的现象。 三、多普勒效应 1．定义：波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的__波的频率__都会发生变化，这种现象叫作多普勒效应。 2．成因 (1)波源与观察者相对静止时，1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是__一定__的，观察到的频率__等于__波源振动的频率。 (2)当波源与观察者相向运动时，1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目__增加__，观察到的频率__增加__；反之，当波源与观察者互相远离时，观察到的频率__变小__。 3．应用 (1)测车辆速度。 (2)测星球__速度__。 (3)测血流__速度__。 探究点一　波的叠加 [交流讨论] 如图所示，两列振幅、频率、相位都相同的波相向而行。请画出它们在P1、P2、P3各点附近相遇时的波动情况。 答　 [归纳总结] 1．波的独立传播特性 几列波相遇时各自的波长、频率等运动特征，不受其他波的影响。 2．波的叠加原理 波的叠加原理是波具有独立传播性的必然结果，由于总位移是几个位移的矢量和，所以叠加区域的质点的位移可能增大，也可能减小。 　如图所示，波源S1在绳的左端发出频率为f1、振幅为A1的半个波形a，同时另一个波源S2在绳的右端发出频率为f2、振幅为A2的半个波形b，且f1<f2，P为两个波源连线的中点(图中未画出)。已知机械波在介质中传播的速度只由介质本身的性质决定。下列说法正确的是(　　) A．两列波比较，a波将先到达P点 B．两列波在P点叠加时，P点的位移最大可达A1＋A2 C．a、b的波峰同时到达P点 D．两列波相遇时，绳上位移可达A1＋A2的点只有一个，此点在P点的左侧 [解析]　因两列波波速相等，故两列波能同时到达P点，故A错误；因f1<f2，由λ＝可知，λ1>λ2，故当两列波同时到达P点时，a波的波峰离P点的距离比b波的波峰离P点的距离大，因此两波峰不能同时到达P点，两波峰应在P点左侧相遇，此位置对应的位移为A1＋A2，位移最大，故B、C错误，D正确。 [答案]　D [变式1]　(多选)在例题中a、b两列波在绳上相向传播，振幅分别为A1、A2，某时刻的波形和位置如图所示，则下列说法正确的有(　　) A．波a的周期与波b的周期之比为1∶2 B．两列波在传播到x＝6.5 m处开始相遇 C．x＝6.5 m的质点在振动过程中振幅为A1＋A2 D．x＝7 m的质点在振动过程中振幅为A1＋A2 解析　由于波a与波b的波长之比为1∶2，又波速相同，根据v＝，因此波a的周期与波b的周期之比为1∶2