第3章 5,6 波的干涉与衍射～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教科版（教师用书）

5　波的干涉与衍射 6　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．知道衍射现象是波特有的现象，知道什么是波的衍射现象和发生明显衍射现象的条件。 4．知道多普勒效应产生的原因。 5．了解生活中常见的多普勒效应现象及其应用。 一、波的叠加原理 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3­5­1中两列水波(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3­5­2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] 在几列波传播的重叠区域内，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，这就是波的叠加原理。 二、波的干涉现象 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3­5­3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3­5­4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．产生稳定干涉条件：两列波的__频率__必须相同。 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、波的衍射现象 阅读教材，并回答： 1．在水塘里微风激起的水波遇到突出水面的小石子、芦苇等会出现什么现象？ 答　水波绕过障碍物继续传播。 2．观察教材图3­5­7演示实验 (1)当由宽缝逐渐减小狭缝宽度时，衍射现象是更明显、还是更不明显？ (2)发生更明显的衍射时，狭缝的宽度与波长大小上有怎样的关系？ 答　(1)更明显　(2)缝的宽度跟波长相差不多，或者比波长更小。 [概念·规律] 1．定义：波能绕过障碍物的__后面__传播的现象叫作波的衍射。 2．发生明显衍射的条件：缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长__相差不多__，或者__比波长更小__。 3．__一切波__都能发生衍射，衍射是波特有的现象。 四、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