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

为振动减弱点．

2．在波的传播方向上，加强点的连线为加强区，减弱点的连线为减弱区． 3．不管波如何叠加，介质中的各质点均在各自的平衡位置附近振动．

知识点二| 波的衍射现象

[先填空] 1．定义

波绕过障碍物继续向前传播的现象． 2．发生明显衍射的条件

缝、孔的宽度或障碍物的尺寸大小与波长相差不多，或者比波长更小． [再判断]

1．孔的尺寸比波长大得多时就不会发生衍射现象． 2．孔的尺寸比波长小能观察到明显的衍射现象． 3．超声波比普通声波的波长小． [后思考]

1．只有当障碍物或狭缝的尺寸跟波长相差不多时，才能发生波的衍射现象吗？

【提示】 障碍物或狭缝的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是发生明显衍射的条件．衍射是波特有的现象，一切波都会发生衍射现象．

2．是否孔的尺寸越小，衍射现象越容易观察？

【提示】 不是．当孔的尺寸非常小时，衍射波的能量很弱，实际上很难观察到波的衍射．

1．波的衍射是波在传播过程中所独具的特征之一，衍射是否明显，通常的衡d

量标准就是孔或缝的宽度d与波长λ的比值λ，比值越小，衍射现象相对越明显．

2．孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长的关系仅是衍射能否明显发生的条件，

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(×) (√) (√)

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波的衍射没有条件．

3．明显衍射发生时，并不一定能清楚地感受到，如当孔远远小于水波波长时，衍射应当非常明显，但因孔很小，单位时间内通过孔的能量很小，又分布到很大的区域上，水波将非常弱，则看不清楚．

3．图分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔(A、B、C图)或障碍物(D，E图)，其中能发生明显衍射现象的有( )

【解析】 图B、C中小孔与波长相差不多，能发生明显衍射，图E中障碍物与波长相差不多，能发生明显衍射．

【答案】 BCE

4．在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子振动频率是5 Hz，水波在水槽中的传播速度为0.05 m/s，为观察到显著的衍射现象，小孔直径d应为多少？

v0.05【解析】 在水槽中激发的水波波长为λ＝f＝ m＝0.01 m＝1 cm.要求在

5小孔后产生显著的衍射现象，应取小孔的尺寸小于波长．

【答案】 小于1 cm

衍射现象的两点提醒

1．障碍物的尺寸的大小不是发生衍射的条件，而是发生明显衍射的条件，波长越大越易发生明显衍射现象．

2．当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但衍射波的能量很弱，也

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很难观察到波的衍射．

知识点三| 多普勒效应

[先填空] 1．概念

当观测者和波源之间有相对运动时，观测者测得的频率与波源频率不同．后来这一现象就被命名为多普勒效应．

2．多普勒效应的成因

(1)波源S与观测者A相对于介质都静止时，观测者单位时间内接收到的完整波的数目与单位时间内波源发出的相同，所以，观测者接收到的频率和波源的振动频率相同．

(2)波源相对于介质静止不动，观测者相对波源运动．当观测者朝着波源运动时，它在单位时间内接收到的完整波数目增多，表明测得的频率大于波源振动的频率；当观测者远离波源运动时，它在单位时间内接收到的完整波数目减少，表明测得的频率小于波源振动的频率．

(3)观测者相对介质静止，波源相对观测者运动．当观测者与波源两者相互接近时，接收到的频率将大于波源的频率；当二者远离时，接收到的频率将小于波源的频率．

3．多普勒效应的应用

(1)机械波、电磁波都会产生多普勒效应．根据频率的变化，我们可以测出波源相对于介质的速度．

(2)医疗上，利用超声波的多普勒效应，可以测量心脏血流速度，为诊断提供重要依据．

(3)多普勒效应在测定人造卫星位置的变化，测定流体的流速，检查车速等方面都有广泛的应用．

(4)在天文学上，由地球上接收到遥远天体发出的光波的频率可以判断遥远的天体相对于地球的运动速度．

[再判断]

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1．声源与观察者相互靠近时，声源的频率增大． (×)

2．当波源和观察者向同一个方向运动时，一定会发生多普勒效应． (×) 3．火车的音调越来越高，说明火车正从远处靠近观察者． [后思考]

1．多普勒效应能否产生与波源和观察者间的距离有关系吗？是不是距离越近，越容易发生多普勒效应？

【提示】 能否发生多普勒效应仅取决于波源和观察者间的距离是否变化，与距离的大小没有关系．

2．火车进站和出站时，坐在火车上的乘客，能感受到汽笛的音调发生变化吗？ 【提示】 不能．坐在火车上的乘客感到汽笛声未变，是因为声源相对听者是静止的，路旁的人感到汽笛音调发生变化，是因为声源相对听者是运动的．

1．当波源与观察者相互接近，观察者接收到的频率f接收到的频率f观察者变小．

2．发生多普勒效应时，不论观察者接收到的频率发生了怎样的变化，波源的真实频率并不会发生任何变化．

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．

5．下列说法中正确的是( )

A．发生多普勒效应时，波源的频率变化了

B．发生多普勒效应时，观察者接收的频率发生了变化 C．多普勒效应是在波源和观察者之间有相对运动时产生的 D．多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒首先发现的 E．当观察者向波源靠近时，观察到波的频率变小

【解析】 当波源与观察者之间有相对运动时，会发生多普勒效应，选项C正确．发生多普勒效应时是接收到的频率发生了变化，而波源的频率没有变化．故

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观察者

(√)

变大，反之观察者