波的特有現(xiàn)象教學(xué)及試題
【要求】
1.了解波的反射、折射現(xiàn)象。
2.知道波的特有現(xiàn)象---干涉和衍射現(xiàn)象
3.熟悉多普勒效應(yīng)的特點(diǎn)
【知識再現(xiàn)】
一、 波的反射與折射
1．波面與波線
�。�1）沿各個(gè)方向傳播的同一波的波峰(或波谷)在同一時(shí)刻構(gòu)成的圓面叫波陣面（波面）。
（2）垂直波面、指向波的傳播方向的直線叫做波線，波線用來表示波的傳播方向.
2．波的反射
�。�1）波遇到障礙物會(huì)返回來繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫做波的反射。
�。�2）波的反射中，反射角跟入射角相等.反射波的波長、頻率和波速跟入射波相同.
3．波的折射
�。�1）波從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播的方向會(huì)發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做波的折射。
�。�2）在波的折射中，入射角的正弦與折射角的正弦之比等于波在這兩種介質(zhì)中對應(yīng)的速度之比，即 = ，且入射波與折射波的頻率相同。
思考：波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)，哪些物理量發(fā)生變化，哪些量不變？
二、 波的疊加原理
1．疊加原理：在兩列波相遇的區(qū)域里，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都將參與兩列波引起的振動(dòng)，其位移是兩列波分別引起的位移的矢量和。相遇后仍保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
2．波在相遇區(qū)域里，不干擾，有獨(dú)立性。
三、 波的干涉
1．產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件：兩列波的 。
2．現(xiàn)象：兩列波相遇時(shí)，某些區(qū)域振動(dòng)總是加強(qiáng)，某些區(qū)域振動(dòng)總是減弱，并且振動(dòng)加強(qiáng)和減弱區(qū)互相 ，形成穩(wěn)定的干涉圖樣。
3．在干涉現(xiàn)象中：凡到兩波源的路程差為
處，振動(dòng)加強(qiáng)；凡到兩波源的路程差為 處，振動(dòng)減弱．
注意：任意兩列波相遇都能疊加，但只有頻率相同的同種性質(zhì)的兩列波相遇，才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，干涉是疊加的一個(gè)特例。
四、 波的衍射
1．現(xiàn)象：波傳播過程中偏離 繞過障礙物的現(xiàn)象叫衍射。
2．產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是： （或小孔）的尺寸比 或能夠與波長相比較．
五、多普勒效應(yīng)
1．多普勒效應(yīng)：由于波源和觀察者之間有 ，使觀察者感到波的 發(fā)生變化的現(xiàn)象，叫做多普勒效應(yīng)。
2．當(dāng)波源和觀察者相對靜止時(shí)，觀察者接收到的頻率 波源的頻率。當(dāng)波源和觀察者相對靠近時(shí)，觀察者接收到的頻率 波源的頻率。當(dāng)波源和觀察者相對遠(yuǎn)離時(shí)，觀察者接收到的頻率波源的頻率。
3．一切波都能發(fā)生多普勒效應(yīng)。
4．設(shè)波源S振動(dòng)的頻率為f，波源和觀察者A沿同一直線運(yùn)動(dòng)，相對于地面的速度分別為vS和vA。波在介質(zhì)中的傳播速度為vp，且vS<vp，vA<vp，則觀察者接收到的頻率為 .
知識點(diǎn)一波的干涉特點(diǎn)
1．產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件：兩列波的頻率必須相同，相差恒定。
2．振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)
�。�1）加強(qiáng)區(qū)：當(dāng)兩相干波源振動(dòng)步調(diào)完全一致時(shí)，在兩列波相遇的區(qū)域中的某一點(diǎn)P與兩波源S1和S2的距離差滿足S1P-S2P=nλ (n=0,1,2 ... )，
P為振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)，這些點(diǎn)的振幅為A=A1+A2，其中A1與A2分別為兩列波的振幅．
�。�2）減弱區(qū)：當(dāng)兩相干波源振動(dòng)步調(diào)完全相同時(shí)，若P點(diǎn)滿足S1P-S2P=（2 n+1）λ/2 (k=0,1,2,3...)，則P點(diǎn)為減弱點(diǎn)，這些點(diǎn)的振幅為A= A1-A2，特別地，當(dāng)兩列波振幅相同(A1=A2）時(shí)，振動(dòng)減弱點(diǎn)的合振動(dòng)振幅A=A1-A2=0，根本不振動(dòng)．
注意：①振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)是穩(wěn)定的，兩區(qū)城相互間隔，交替出現(xiàn)．
�、谡駝�(dòng)加強(qiáng)和減弱的點(diǎn)的位移并不總等于A1+A2和 A1 -A2，因?yàn)檫@些點(diǎn)在不停地振動(dòng)．這個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位移在（A1十A2）和-（A1+A2）之間變化，是個(gè)振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)．
�、蹆烧裨吹恼駝�(dòng)情況相反，上述結(jié)論也相反。
【應(yīng)用1】如圖所示，S1和S2是湖面上兩個(gè)完全相同的水波的波源，MN是足夠長的湖岸，水波的波長為2m，S1與S2的連線與湖岸垂直，且S1S2=5m，則岸邊始終平靜的地方共有（ ）
A．1處 B．3處 C．5處 D．無數(shù)處
導(dǎo)示:岸邊到兩個(gè)波源距離差（波程差）為半波長的奇數(shù)倍的地方是始終平靜的（振動(dòng)減弱區(qū)）。O點(diǎn)的波程差最大，為5m，其左右各有波程差為3m、1m的平靜地點(diǎn)，所以始終平靜處一共5處。
故選C.
類型一波的折射問題
【例1】一平面波，以30°的入射角投射到兩種介質(zhì)的交界面，發(fā)生的.射，折射角為45°，當(dāng)入射波的波長為10厘米，那么折射波的波長是多少?
導(dǎo)示:根據(jù)折射定律 = ，又V＝λf
有 = = λ2＝10 厘米.
類型二波的疊加問題的理解
【例2】在一根繩子上相向傳播著兩個(gè)波長相等的半波長的橫波。在某時(shí)刻，兩個(gè)橫波傳播到繩上的AB段時(shí)，繩子看起來是完全平直的。則（ ）
A.此時(shí)在繩子AB段上，有些質(zhì)點(diǎn)速度不為零
B.此時(shí)在繩子AB段上，所有的質(zhì)點(diǎn)速度都為零
C.在這以后，繩子＿L仍有兩個(gè)半波長的橫波向相反方向傳播
D.在這以后，繩子將繼續(xù)保持平直狀態(tài)
導(dǎo)示: 波長、振幅均相等的兩列半波長的橫波I和Ⅱ沿繩分別向右、向左傳播。經(jīng)過一段時(shí)間后，它們均傳到AB段，此刻，兩列波在AB段各點(diǎn)處分別引起的相時(shí)平衡位置的位移均等大反向（如圖甲），引起的速度均等大同向（如圖乙）。根據(jù)波的疊加原理可知，AB段各點(diǎn)的總位移等于兩個(gè)分位移的矢量和，均為零，所以AB段的繩子看起來是平直的；AB段各點(diǎn)總的振動(dòng)速度等于兩個(gè)分振動(dòng)速度的矢量和，故在AB段中點(diǎn)C處速度為零，其他各點(diǎn)速度均不為零。在AC段各點(diǎn)速度均向下，且越靠近A點(diǎn)速度越大；在CB段各點(diǎn)速度方向均向上，且越靠近B點(diǎn)速度越大。此刻AB段各點(diǎn)總的位移和速度如圖所示。因?yàn)锳B段上除中點(diǎn)C外均在運(yùn)動(dòng)著，所以此刻在AB上仍然有兩個(gè)半波長的橫波在向右和向左傳播著，故選項(xiàng)A,C正確。
答案：AC
解答這類問題，一般先畫出兩列波疊加時(shí)的各自的波形，然后根據(jù)兩列波疊加時(shí)的位移關(guān)系，然后確定振動(dòng)的合位移，從而確定波形或其它振動(dòng)參量。
類型三波的干涉圖象問題
【例3】如圖所示，s1和s2是兩個(gè)相干波源，由它們發(fā)出的波相互疊加，實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷，對于a、b、c三點(diǎn)的振動(dòng)情況，下列判斷中正確的是（ ）
�。ˋ）b處的振動(dòng)永遠(yuǎn)互相減弱
�。˙）a處永遠(yuǎn)是波峰與波峰相遇
�。–）b處在此時(shí)刻是波谷與波谷相遇
�。―）c處的振動(dòng)永遠(yuǎn)相互減弱
導(dǎo)示:b處此刻是波谷和波谷相遇，位移為負(fù)的最大值，振動(dòng)也是加強(qiáng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，C正確。a處此刻是波峰與波峰相遇，過半個(gè)周期后變成波谷與波谷相遇，始終是振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)，并非永遠(yuǎn)是波峰與波峰相遇的點(diǎn)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤。c處此刻是波峰與波谷相遇，過半個(gè)周期后是波谷與波峰相遇，它們的振動(dòng)永遠(yuǎn)互相減弱，選項(xiàng)D正確。
故選C、D
所謂加強(qiáng)和減弱的區(qū)別是指振幅大小的區(qū)別。這里要將振幅和位移區(qū)分開，不能混為一談。振幅是指振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)所能達(dá)到的最大位移，既使在振動(dòng)最強(qiáng)處，質(zhì)點(diǎn)的位移仍做周期性變化，甚至可以為零；振動(dòng)最弱的點(diǎn)，位移總是零。
類型三波的衍射條件的理解
【例4】圖是觀察水面波衍射的實(shí)驗(yàn)裝置，AC和BD是兩塊擋板，AB是一個(gè)孔，O是波源。圖中已畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況，每兩條相鄰波紋（圖中曲線）間的距離表示一個(gè)波長，則波經(jīng)過孔之后的傳播情況，下列說法中正確的是（ ）
A、此時(shí)能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象
B、擋板前后波紋間距離相等
C、如果將孔AB擴(kuò)大，有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象
D、如果孔的大小不變，將波源的頻率增大，將能更明顯地觀察到衍射現(xiàn)象
導(dǎo)示:此時(shí)孔的尺寸與波長相近，能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象，所以A選項(xiàng)正確；衍射不改變波速和頻率，所以B選項(xiàng)正確；孔擴(kuò)大后，將逐漸偏離發(fā)生明顯衍射的條件，所以C選項(xiàng)正確；而波源頻率增大，會(huì)使波長變小，更加符合明顯衍射條件，所以D選項(xiàng)錯(cuò)誤。所以選ABC.
1．人在室內(nèi)講話的聲音比在室外空曠處講話聲音要宏亮，是因?yàn)? )
A．室內(nèi)空氣不流動(dòng) B．室內(nèi)聲音多次反射
C．室內(nèi)聲音發(fā)生折射 D．室內(nèi)物體會(huì)吸收聲音
2．一列波以60°的入射角入射到兩種介質(zhì)的交界面上，反射波剛好跟折射波垂直，若入射波的波長為0.6米，那么折射波的波長為 米，反射波的波長為 米.
3．（云南省昆明地區(qū)2008高三物理第三次月考試題）兩列簡諧橫波，波速大小均為20m/s，圖為某時(shí)刻兩列波的波動(dòng)圖象，一列波沿著x軸向右傳播（實(shí)線所示），另一列沿著x軸向左傳播（虛線所示），下列說法不正確的是（ ）
A．兩列波的頻率均為2.5Hz
B．兩列波在b、d點(diǎn)處振動(dòng)加強(qiáng)，在a、c點(diǎn)振動(dòng)減弱
C．此時(shí)刻b、d點(diǎn)處的質(zhì)點(diǎn)速度為0，a、c點(diǎn)處質(zhì)點(diǎn)速度最大
D．經(jīng)過0.1s，a處質(zhì)點(diǎn)在波峰，c處質(zhì)點(diǎn)在波谷
4．（揚(yáng)州市2007第二學(xué)期高三調(diào)研測試）由兩個(gè)完全相同的波源s1與S2發(fā)出的兩列機(jī)械波在同種介質(zhì)中傳播，某時(shí)刻的情況如圖所示，其中實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷，下列說法正確的是（ ）
A．處于波峰與波峰相遇處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)一定最強(qiáng)
B．處于波谷與波谷相遇處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)一定最弱
C．振動(dòng)最強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)的位移始終最大，大小為每一列波振幅的2倍
D．振動(dòng)最弱的質(zhì)點(diǎn)就是該時(shí)刻處于波峰與波谷的交點(diǎn)。除此之外沒有其它質(zhì)點(diǎn)
5．a(chǎn)為聲源，發(fā)出聲波；b為接收者，接收a發(fā)出的聲波。a、b若運(yùn)動(dòng)，只限于在沿兩者連線方向上，下列說法正確的是 （ ）
A．a(chǎn)靜止，b向a運(yùn)動(dòng)，則b收到的聲頻比a發(fā)出的高
B．a(chǎn)、b向同一方向運(yùn)動(dòng)，則b收到的聲頻一定比a發(fā)出的高
C．a(chǎn)、b向同一方向運(yùn)動(dòng)，則b收到的聲頻一定比a發(fā)出的低
D．a(chǎn)、b都向相互背離的方向運(yùn)動(dòng)，則b收到的聲頻比a發(fā)出的高
參考答案：1．B 2．0.35米 0.6米
恒定電流
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