高中物理高中物理选修选修3-4鲁教版鲁教版第第3讲波的干涉和衍射讲波的干涉和衍射 多普勒效多普勒效应及其应用应及其应用目标定位目标定位1.理理解波的叠加原理，知道波的干涉是波叠加解波的叠加原理，知道波的干涉是波叠加的的结果果.2.知道波的干涉知道波的干涉图样的特点，理解形成的特点，理解形成稳定干涉定干涉图样的条件，掌握振的条件，掌握振动加加强强点、减弱点的振点、减弱点的振动情况情况.3.知道什么是知道什么是波的衍射波的衍射现象和象和发生明生明显衍射衍射现象的条件象的条件.4.会用波的衍射、会用波的衍射、干涉干涉现象解象解释相关相关问题.5.了解多普勒效了解多普勒效应，能用多普勒效，能用多普勒效应解解释一些物理一些物理现象象一、波的干涉现象一、波的干涉现象1波波的的叠叠加加原原理理：波波在在相相遇遇时仍仍然然能能够保保持持 的的运运动状状态继续传播播，在在相相遇遇的的区区域域里里，介介质内内部部的的质点点同同时参参加加相相遇遇的的波波列列的的振振动，质点点的的位位移移等等于于相相遇遇波波列列单独独存存在在时到到达达该处引引起起的的位位移移的的 ，相相遇遇的的波波一一旦旦脱脱离离接接触触又又会会按照原来的运按照原来的运动形状形状传播播各自各自叠加叠加2波的干涉：波的干涉：(1)定定义：振振动频率率和和振振动方方向向 的的两两列列波波叠叠加加后后，振振动加加强强和和振振动减减弱弱的的区区域域 、稳定定分分布布的的现象象，叫叫做波的干涉，形成的做波的干涉，形成的图样叫做叫做 (2)产生生干干涉涉的的条条件件：只只有有 和和 相相同同的的波波才才可可能互相干涉能互相干涉(3)干涉干涉现象是波的重要特征之一象是波的重要特征之一相同相同互相间隔互相间隔干涉图样干涉图样频率频率振动方向振动方向想想一一想想在在波波的的干干涉涉中中，振振动加加强强的的点点和和振振动减减弱弱的的点点的的振振动情情况况是是怎怎样的的？是是不不是是振振动减减弱弱的的点点始始终位位于于平平衡衡位位置置不不动？答答案案在在波波的的干干涉涉中中，振振动加加强强的的点点是是指指两两列列波波在在该点点的的振振动方方向向始始终相相同同，因因而而使使该点点以以两两列列波波的的振振幅幅之之和和作作为新新的的振振幅幅做做简谐运运动；而而振振动减减弱弱的的点点是是指指两两列列波波在在该点点的的振振动方方向向始始终相相反反，因因而而使使该点点以以两两列列波波的的振振幅幅之之差差作作为新新的的振振幅幅做做简谐运运动只只有有当当两两列列波波的的振振幅幅相相等等时，所所形形成成的的干干涉涉中中的的振振动减减弱弱的的点点的的振振幅幅才才为零零，此此时该点点表表现为始始终处于于平衡位置不平衡位置不动二、波的衍射现象二、波的衍射现象1定义：定义：波波绕过 或通或通过孔隙孔隙继续传播的播的现象象2发发生生明明显显衍衍射射现现象象的的条条件件：障障碍碍物物或或狭狭缝的的尺尺寸寸跟跟波波长相差相差 时3 都能都能发生衍射生衍射现象，衍射是波象，衍射是波 的的现象象障碍物障碍物不多不多一切波一切波特有特有三、多普勒效应及其应用三、多普勒效应及其应用1多多普普勒勒效效应应：由由于于波波源源和和观察察者者之之间有有 而而使使观察者接收到的察者接收到的频率率发生生变化的化的现象象2成因成因(1)当当声声源源和和观察察者者相相对介介质都都不不动时，观察察者者接接收收到到的的声声音音频率率 声源的声源的频率率相对运动相对运动等于等于(2)当当观察察者者靠靠近近声声源源时，观察察者者在在1 s内内接接收收到到完完全全波波的的个个数数就就会会 ，也也就就是是接接收收到到的的声声音音频率率 ，听听到到的的音音调变 (3)当当观察察者者远离离声声源源时，在在单位位时间里里接接收收到到完完全全波波的的个个数数就就会会 ，也也就就是是接接收收到到的的声声音音频率率 ，听听到到的的声声音音音音调变 增多增多增大增大高高减少减少减小减小低低4应用：应用：(1)多多普普勒勒 仪；(2)彩彩色色超超声声多多普普勒勒 仪；(3)跟跟踪踪目的物目的物想想一一想想当当汽汽车远离离观察察者者时，听听到到的的汽汽车的的声声音音越越来来越越小，小，这种种现象就是多普勒效象就是多普勒效应吗？答案答案不不是多普勒效是多普勒效应指的是接收到的指的是接收到的频率的率的变化情况，化情况，即音即音调的的变化情况；而声音大小指的是响度化情况；而声音大小指的是响度.测速测速心动图心动图一、对干涉现象的理解一、对干涉现象的理解1波波的的叠叠加加是是无无条条件件的的，任任何何频率率的的两两列列波波在在空空间相相遇遇都都会叠加会叠加2稳定定干干涉涉图样的的产生生是是有有条条件件的的，必必须是是两两列列波波的的频率率相同、相差恒定相同、相差恒定3干涉图样及其特点干涉图样及其特点(1)干干涉涉图样：如：如图231所示所示图图231(2)特点特点加加强强区和减弱区的位置固定不区和减弱区的位置固定不变加加强强区区始始终加加强强，减减弱弱区区始始终减减弱弱(加加强强区区与与减减弱弱区区不不随随时间变化化)加加强强区与减弱区互相区与减弱区互相间隔隔4振动加强点和减弱点振动加强点和减弱点(1)加加强强点：振点：振动的振幅等于两列波振幅之和，的振幅等于两列波振幅之和，AA1A2.(2)减弱点：振减弱点：振动的振幅等于两列波振幅之差，的振幅等于两列波振幅之差，A|A1A2|.(3)加加强强点和减弱点的判断：点和减弱点的判断：若若某某点点总是是波波峰峰与与波波峰峰或或波波谷谷与与波波谷谷相相遇遇，该点点为加加强强点点，若若总是波峰与波谷相遇，是波峰与波谷相遇，则为减弱点减弱点【例例1】(2014大大纲纲全全国国)两两列列振振动方方向向相相同同、振振幅幅分分别为A1和和A2的相干的相干简谐横波相遇下列横波相遇下列说法正确的是法正确的是()A波峰与波谷相遇波峰与波谷相遇处质点的振幅点的振幅为|A1A2|B波波峰峰与与波波峰峰相相遇遇处质点点离离开开平平衡衡位位置置的的位位移移始始终为A1A2C波波峰峰与与波波谷谷相相遇遇处质点点的的位位移移总是是小小于于波波峰峰与与波波峰峰相相遇遇处质点的位移点的位移D波波峰峰与与波波峰峰相相遇遇处质点点的的振振幅幅一一定定大大于于波波峰峰与与波波谷谷相相遇遇处质点的振幅点的振幅解解析析波波峰峰与与波波谷谷相相遇遇时时，振振幅幅相相消消，故故实实际际振振幅幅为为|A1A2|，故故选选项项A正正确确；波波峰峰与与波波峰峰相相遇遇处处，质质点点的的振振幅幅最最大大，合合振振幅幅为为A1A2，但但此此处处质质点点仍仍处处于于振振动动状状态态中中，其其位位移移随随时时间间按按正正弦弦规规律律变变化化，故故选选项项B错错误误；振振动动减减弱弱点点和和加加强强点点的的位位移移随随时时间间按按正正弦弦规规律律变变化化，选选项项C错错误误；波波峰峰与与波波峰峰相相遇遇时时振振动动加加强强，波波峰峰与与波波谷谷相相遇遇时时振振动动减减弱弱，加加强强点点的的振振幅幅大于减弱点的振幅，故选项大于减弱点的振幅，故选项D正确正确答案答案AD针对训练针对训练两两列列频率、振率、振动方向、初相位均方向、初相位均相同的波相同的波S1、S2，在同一介，在同一介质中中传播播时，某，某时刻刻t形成如形成如图232所示的干涉所示的干涉图样(实线表示波峰，虚表示波峰，虚线表示波谷表示波谷)，在，在图中中标有有A、B、C三个点，三个点，则振振动加加强强的点是的点是_，振振动减弱的点是减弱的点是_图图232解析法一解析法一由题图中可以知道，由题图中可以知道，A点距波源点距波源S1，S2的距离的距离均为均为1.5，即，即x11.5，x21.5，故，故A到到S1，S2的距离差的距离差xx1x20；B点距点距S1距离为距离为x1，距，距S2距离为距离为x22，故，故B到到S1，S2的距离差的距离差x；C点距点距S1的距离为的距离为x12，距，距S2的的距离为距离为x21.5，故，故C到两波源到两波源S1，S2的距离差为的距离差为xx1x20.5.因为两波源的振动情况完全相同，所以因为两波源的振动情况完全相同，所以A、B点均为振点均为振动加强点，动加强点，C点为振动减弱点点为振动减弱点法法二二由由图图可可知知A点点为为波波峰峰与与波波峰峰相相遇遇，是是振振动动加加强强点点；B点点是是波波谷谷与与波波谷谷相相遇遇，是是振振动动加加强强点点；C点点是是波波峰峰与与波波谷谷相相遇遇，是振动减弱点是振动减弱点答案答案A、BC二、对衍射现象的理解二、对衍射现象的理解1衍衍射是波特有的射是波特有的现象，一切波都可以象，一切波都可以发生衍射生衍射2波波的的衍衍射射总是是存存在在的的，只只有有“明明显”与与“不不明明显”的的差差异异，“障障碍碍物物或或孔孔的的尺尺寸寸比比波波长小小或或跟跟波波长差差不不多多”是是发生生明明显衍射的条件衍射的条件3波波传到到小小孔孔(或或障障碍碍物物)时，小小孔孔(或或障障碍碍物物)仿仿佛佛一一个个新新波波源源，由由它它发出出与与原原来来同同频率率的的波波在在孔孔(或或障障碍碍物物)后后传播播，就就偏偏离离了了直直线方方向向因因此此，波波的的直直线传播播只只是是在在衍衍射射不不明明显时的近似情况的近似情况【例例2】如如图233所示是所示是观察水察水面波衍射的面波衍射的实验装置，装置，AC和和BD是是两两块挡板，板，AB是一个孔，是一个孔，O是波是波源，源，图中已画出波源所在区域波的中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相播情况，每两条相邻波波纹(图中曲中曲线)之之间距离表示一个波距离表示一个波长，则对于波于波经过孔之后的孔之后的传播播情况，下列描述正确的是情况，下列描述正确的是()图图233A此此时能明能明显观察到波的衍射察到波的衍射现象象B挡板前后波板前后波纹间距离相等距离相等C如果将孔如果将孔AB扩大，有可能大，有可能观察不到明察不到明显的衍射的衍射现象象D如如果果孔孔的的大大小小不不变，使使波波源源频率率增增大大，能能更更明明显地地观察察到衍射到衍射现象象三、对多普勒效应的理解三、对多普勒效应的理解1多多普普勒勒效效应是是波波共共有有的的特特征征，不不仅机机械械波波，光光波波和和电磁磁波也都会波也都会发生多普勒效生多普勒效应2发生生多多普普勒勒效效应时，波波源源发出出的的频率率不不变，变化化的的是是观察者接收到的察者接收到的频率率3(1)当当波波源源与与观察察者者相相互互接接近近时，f观察察者者变大大，音音调变高高如如图234甲甲中中波波源源S不不动，观察察者者A向向B运运动和和图乙乙中中观察者察者A不不动，波源由，波源由S1向向S2运运动；(2)当当波波源源与与观察察者者相相互互远离离时，f观察察者者变小小，音音调变低低，如如图甲中波源甲中波源S不不动，观察者察者A向向C运运动图图234【例例3】下下面面说法中正确的是法中正确的是()A发生多普勒效生多普勒效应时，波源的，波源的频率率变化了化了B发生多普勒效生多普勒效应时，观察者接收到的察者接收到的频率率发生了生了变化化C多普勒效多普勒效应是在波源与是在波源与观察者之察者之间有相有相对运运动时产生的生的D多普勒效多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒首先是由奥地利物理学家多普勒首先发现的的解解析析当当波波源源与与观观察察者者之之间间有有相相对对运运动动时时会会发发生生多多普普勒勒效效应应，故故选选项项C正正确确；发发生生多多普普勒勒效效应应时时，观观察察者者接接收收到到的的频频率率发发生生了了变变化化，而而波波源源的的频频率率并并没没有有改改变变，故故选选项项A错错误误，选选项项B正正确确；此此现现象象是是奥奥地地利利物物理理学学家家多多普普勒勒首首先先发发现现的的，故故选选项项D正确正确答案答案BCD借题发挥借题发挥判断观察者接收的频率是怎么样变化的，就是看判断观察者接收的频率是怎么样变化的，就是看波源与观察者间的相对运动情况波源与观察者间的相对运动情况.