2019-2020年教科版物理选修3-4讲义：第2章+5.波的干涉、衍射+6.多普勒效应及答案

2019-2020年教科版物理选修3-4讲义：第2章+5．波的干涉、衍射+6．多普勒效应及答案

5．波的干涉、衍射 6．多普勒效应

学 习 目 标 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．(难点) 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．(重点) 3.通过观察，知道波的衍射现象，知道发生明显衍射的条件．(重点) 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．(重点) 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．(重点、难点) 知识点一| 波的叠加原理及波的干涉现象

[先填空] 1．波的叠加原理 (1)波的独立传播

两列波相遇后彼此穿过，仍然保持各自的运动状态继续传播． (2)波的叠加

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．波的干涉现象 (1)定义

频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强、某些区域的振动减弱的现象．

知 识 脉 络 - 1 - / 10

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(2)干涉图样

波的干涉中形成的稳定图样． (3)干涉条件

频率和振动方向相同的波． (4)干涉是波特有的现象． [再判断]

1．两列波相叠加就能形成稳定的干涉图样．

(×)

2．在操场上不同位置听到学校同一喇叭的声音大小不同，是声波的干涉现象．

3．两个人一起说话，不会发生干涉现象． [后思考]

1．敲击音叉使其发声，然后转动音叉，为什么听到声音忽强忽弱？ 【提示】 这是声波的干涉现象．音叉的两股振动频率相同，这样，两列频率相同的声波在空气中传播，有的区域振动加强，有的区域振动减弱，于是听到声音忽强忽弱．

2．有人说在波的干涉图样中，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．

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、振动方向相同、相差恒定．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区和减弱区．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．

3．明显的干涉图样和稳定的干涉图样意义是不同的，明显的干涉图样除了满足相干条件外，还必须满足两列波振幅差别不大．振幅越是接近，干涉图样越明

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(×) (√)

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显．

4．振动加强的点和振动减弱的点始终在以振源的频率振动，其振幅不变(若是振动减弱点，振幅可能为0)，但其位移随时间发生变化．

5．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．

6．振动“加强点”与“减弱点”的判断 (1)理论判断法

①设波源S1、S2振动情况完全相同，它们产生的两列波在同一介质中传播．对介质中的任一点P，如图离两波源距离分别是S1P、S2P，P点到波源的距离差Δx＝S1P－S2P.

a．当Δx＝nλ(n＝0,1,2, …)即距离差为波长的整数倍时，P点为振动加强点； λ

b．当Δx＝(2n＋1)(n＝0,1,2，…)即距离差为半个波长的奇数倍时，P点为振

2动减弱点；

②若两列波波源振动步调相反，则上述结论反之即可． (2)现象判断法

若某点总是波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇，该点为振动加强点；若总是波峰与波谷相遇，则该点为振动减弱点．

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1．两列振动方向相同、振幅分别为A1和A2的相干简谐横波相遇．下列说法正确的是( )

A．波峰与波谷相遇处质点的振幅为|A1－A2|

B．波峰与波峰相遇处质点离开平衡位置的位移始终为A1＋A2

C．波峰与波谷相遇处质点的位移总是小于波峰与波峰相遇处质点的位移 D．波峰与波峰相遇处质点的振幅一定大于波峰与波谷相遇处质点的振幅 E．两列波的频率相同，能产生稳定的干涉图样

【解析】 波峰与波峰相遇处的质点振动加强，振幅为A1＋A2，而质点的位移大小在0～A1＋A2之间变化；波峰和波谷相遇处的质点，振动减弱，振幅为|A1－A2|，其位移大小在0～|A1－A2|之间变化，故B、C错，A、D对．由于两列波是相干波，故频率相同，能产生稳定的干涉图样，E正确．

【答案】 ADE

2．如图所示，两列简谐横波均沿x轴传播，传播速度的大小相等．其中一列沿x轴正方向传播(图中实线)，另一列沿x轴负方向传播(图中虚线)．这两列波的频率相等，振动方向均沿y轴方向．则图中x＝1,2,3,4,5,6,7,8各点中振幅最大的是x＝________处的点，振幅最小的是x＝________处的点．

【解析】 由波的叠加原理x轴上任一点的位移都等于两列波单独引起的位移的矢量和．对x＝4,8两点两列波引起的两个分振动相位差为0，这两点加强，对x＝2,6两点两列波单独引起的分振动相位差为π，故这两点减弱．

【答案】 4,8 2,6

确定振动加强点和减弱点的技巧

1．波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇的点为振动加强点，波峰与波谷相遇的点

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