内容正文:
第4、5节 波的干涉 多普勒效应
核心素养导学
物理观念
(1)知道波的叠加、波的干涉现象。
(2)了解多普勒效应。
科学思维
(1)学会分析波的干涉问题。
(2)能够解释生活中的多普勒现象。
科学探究
通过实验观察水波的干涉,探究发生干涉的条件和干涉图样的特点。
科学态度与责任
能体会物理学的技术应用对日常生活的影响,认识到科学、技术、社会和环境之间存在的相互联系。
一、波的干涉
1.波的叠加
(1)波的独立性原理:两列波相遇后彼此穿过,仍然保持各自的运动特征,继续传播。
(2)波的叠加原理:在几列波重叠的区域里,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。
2.波的干涉
(1)定义: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的现象。
(2)干涉图样:波的干涉形成的稳定图样。
(3)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。
(4)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。
二、多普勒效应
1.多普勒效应:波源与观察者互相靠近或者互相远离时,观察者接收到的波的频率发生变化的现象。
2.多普勒效应产生的原因:当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,观测到的频率等于波源振动的频率。当波源与观察者相互接近时,1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加,观测到的频率增加;反之,当波源与观察者互相远离时,观测到的频率变小。
3.多普勒效应的应用
(1)测车辆速度:交警向行进中的车辆发射频率已知的超声波,同时测量反射波的频率,根据反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度。
(2)测血流速度:向人体内发射频率已知的超声波,超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收,测出反射波的频率变化就可得血流速度。
(3)测星球速度:测量星球上某些元素发出的光波的频率,然后与地球上这些元素静止时发光的频率对照,可得星球的速度。
,1.两列水波的干涉图样如图所示,观察其现象,判断下列说法是否正确。
(1)两列水波的频率一定相同。(√)
(2)振动加强点始终处于波峰。(×)
(3)同一位置振动加强与振动减弱交替出现。(×)
(4)振动加强区与振动减弱区相互间隔。(√)
(5)振动加强区的位移可以为零。(√)
2.我国已经进入高铁时代,普通列车的时代已成过去。如图所示,列车匀速驶过,对于站在路旁的护路工人师傅,列车由远而近鸣喇叭时他会听到喇叭声的音调比较高,远去的列车鸣喇叭时他会听到喇叭声的音调比较低。请思考这是什么现象?具体分析产生这种现象的原因?
提示:这属于多普勒现象,当列车靠近观察者时,频率增加,音调升高;当列车远离观察者时,频率减小,音调降低。
新知学习(一)|波的干涉现象的分析
[任务驱动]
蟋蟀是利用了一双翅膀的振动发出声音,某同学围绕蟋蟀走了一圈。
(1)他听到的声音有什么变化?
(2)试从他听到的声音判断属于什么现象?
提示:(1)他会听到忽高忽低的蟋蟀声。
(2)这是声波的干涉现象,两翅膀的振动频率、振幅相同,形成相干波源,在周围出现振动加强与减弱的区域。
[重点释解]
1.关于干涉的条件
(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。但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。
(2)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.关于加强点(区)和减弱点(区)的理解
加强点
在某些点两列波引起的振动始终加强,质点的振动最剧烈,振动的振幅等于两列波的振幅之和,A=A1+A2
减弱点
在某些点两列波引起的振动始终相互削弱,质点振动的振幅等于两列波的振幅之差,A=|A1-A2|,若两列波振幅相同,质点振动的合振幅就等于零
3.干涉图样及其特征
(1)干涉图样:如图所示。
(2)特征
①加强区和减弱区的位置固定不变。
②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)。
③加强区与减弱区互相间隔。
[典例体验]
[典例] 将一端固定在墙上的轻质绳在中点位置分叉成相同的两股细绳,它们处于同一水平面上。在离分叉点相同长度处用左、右手在身体两侧分别握住直细绳的一端,同时用相同频率和振幅上下持续振动,产生的横波以相同的速率沿细绳传播。因开始振动时的情况不同,分别得到了如图甲和乙所示的波形。下列说法正确的是( )
A.甲图中两手开始振动时的方向并不相同
B.甲图中绳子的分叉点是振动减弱的位置
C.乙图中绳子分叉点右侧始终见不到明显的波形
D.