(讲义)第3章 第3-4节 波的干涉和衍射&多普勒效应及其应用-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册(鲁科版2019)

第3节　波的干涉和衍射 第4节　多普勒效应及其应用 1．了解波的叠加原理、掌握波的干涉现象及产生干涉的条件． 2．掌握波的衍射现象和发生明显衍射的条件，会分析波的干涉中振动加强点和减弱点的振动情况． 3．探究发生明显衍射现象的条件． 4．会应用多普勒效应解释相关的现象． 知识点一　波的叠加原理与干涉现象 1．波的叠加原理 两列波相遇时，波形会发生变化；相遇后，这两列波又保持原来各自的形态继续传播．大量研究表明，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矢量和，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． (2)干涉图样：波的干涉中所形成的图样，如图所示． (3)干涉条件：频率和振动方向相同的波． (4)一切波都能产生干涉现象，干涉现象是波的重要特征之一． 　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发生干涉． 1．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)在振动减弱的区域，各质点都处于波谷． (×) (2)波的干涉现象中，振动加强区域，介质质点的位移随时间做周期性变化． (√) (3)波的干涉现象中，振动加强区域，介质质点的振幅随时间做周期性变化． (×) 知识点二　波的衍射现象及多普勒效应 1．波的衍射现象 (1)定义 波绕过障碍物或通过孔隙继续传播的现象，叫作波的衍射． (2)发生明显衍射现象的条件 障碍物或狭缝的尺寸跟波长相差不大，或者比波长更小． (3)一切波都能产生衍射现象，衍射是波特有的现象． 2．多普勒效应及其应用 (1)多普勒效应 由于波源和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．它是奥地利科学家多普勒发现的． (2)多普勒效应产生的原因 ①波源与观察者相对静止时，单位时间内通过观察者的完全波的个数是一定的，观察者观测到频率等于波源振动的频率． ②波源与观察者相互靠近时，单位时间内通过观察者的完全波的个数增加，观察者观测到的频率大于波源的频率，即观察到的频率增大． ③波源与观察者相互远离时，观察者观察到的频率小于波源的频率，即观察到的频率变小． ④发生多普勒效应时，波源的频率没有变化，是观察者接收的频率发生了变化． (3)多普勒效应的应用 测量车辆速度；测量天体运动情况；检查病变，跟踪目的物(如导弹、云层)等等． 2．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)狭缝的宽度远大于水波的波长时，有明显的衍射现象． (×) (2)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． (√) (3)能否发生多普勒效应与观察者跟波源的远近有关． (×) (1)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？ (2)有经验的铁路工人怎样从火车的汽笛声中判断出火车的运动方向？ 提示：(1)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． (2)由于多普勒效应，火车驶向工人时，他听到的汽笛声声调较高，感觉到尖锐刺耳，而火车远离工人时，他听到的汽笛声声调较低，听起来较为低沉，所以工人可以根据汽笛声调的不同，确定火车的运动方向. 考点1　波的叠加与波的干涉 1．波的干涉与波的叠加 (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，但干涉必须是满足一定条件的两列波叠加后形成的现象． (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 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． 3．加强点(区)和减弱点(区)的理解 (1)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，即A＝A1＋A2． (2)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，即A＝|A1－A2|，若两列波振幅相同，质点振动的合振幅就等于零，即不振动． 4．判断振动加强和减弱的常用方法 (1)条件判断法 振动频率相同、振