1、高二物理高二物理波的反射和折射、波的衍射、波的干涉、多普勒效应波的反射和折射、波的衍射、波的干涉、多普勒效应粤粤 教版教版 【本讲教育信息】 一/ 教学内容： 1/ 波的反射和折射 2/ 波的衍射 3/ 波的干涉 4/ 多普勒效应 二/ 知识归纳、总结： （一）/波的反射和折射 1/ 波面：在波的传播过程中，任一时刻介质中任何振动状态相同的点联结成 的面叫做波阵面或波面。 2/ 波线：沿波的传播方向作一些带箭头的线，叫波线。 3/ 惠更斯原理：介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源，其 后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面。 4/ 波的反射：波遇到障碍物会返回来继续传
2、播的现象，叫做波的反射。 5/ 反射定律 （1）入射波线、法线、反射波线在同一平面内，且入射角等于反射角。 （2）反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同。 6/ 波的折射：波从一种介质射入另一种介质时，传播方向发生改变的现象。 7/ 折射定律 （1）内容：入射角的正弦与反射角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度与 波在第二种介质中的速度之比 （2）公式： 2 1 2 1 sin sin v v 式中 1 和 2 分别为波在介质1和介质2中的入射角和折射角，v1和v2分别为波在 介质1和介质2中的波速。 8/ 折射率：由于一定介质中的波速是一定的，所以 2 1 v v 是一个只与两种介质的 性质
3、有关而与入射角度无关的常数，叫做第2种介质对第1种介质的折射率，以 n12表示： 2 1 12 v v n （二）/ 波的衍射 1/ 波的衍射现象 波绕过障碍物继续传播的现象，叫做波的衍射。 2/ 发生明显的波的衍射的条件 障碍物或孔的大小比波长小，或者与波长相差不多。 3/ 波的衍射现象是波所特有的现象。 （三）/ 波的干涉 / 波的叠加 两列波相遇时，在波的重叠区域，任何一个质点的总位移，都等于两列波 分别引起的位移的矢量和。 2/ 波的干涉 此图是某时刻两列波传播的情况； 两列波的频率(波长)相等； 当两列波的波峰在某点相遇时，这点的振动位移是正的最大值，过半周 期后，这点就是波谷和波谷
4、相遇，则这点的振动位移是负的最大值； 振动加强的点的振动总是加强的，振动减弱的点的振动总是减弱的。 3/ 干涉的定义：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，并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔，这种现象叫波的干涉， 形成的图样叫做波的干涉图样。 4/ 波的干涉与叠加的关系 干涉是一种特殊的叠加。任何两列波都可以进行叠加，但只有两列频率相 同的波的叠加，才有可能形成干涉。 5/ 干涉是波特有的现象。 6/ 波的干涉的条件是：同一类的两列波，频率(波长)相同，相差恒定，在同一 平面内振动。 （四）多普勒效应 1/ 现象：当火车向你驶来时，感觉音调变高；当火车离你远去时，
5、感觉音调变 低（音调由频率决定，频率高音调高；频率低音调低） 。 2/ 多普勒效应：由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率变化的现 象叫做多普勒效应。 3/ 多普勒效应的成因：声源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，频率表示 单位时间内完成的全振动的次数，因此波源的频率等于单位时间内波源发出的完全 波的个数，而观察者听到的声音的音调，是由观察者接收到的频率，即单位时间内 接收到的完全波的个数决定的。 4/ 波源和观察者间的相对运动跟观察者间接收到的频率关系。 （1）当波源和观察者相对介质都静止不动/ 即二者没有相对运动时： 单位时间内波源发出几个完全波，观察者在单位时间内就接收到几
6、个完全波/ 观察 者接收到的频率等于波源的频率。 （2）当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的频率会改变。 波源相对介质不动，观察者朝波源运动时（或观察者不动，波源朝观察者运动时） 观察者在单位时间内接收到的完全波的个数增多，即接收到的频率增大。 波源相对介质不动，观察者远离波源运动时（或观察者不动，波源远离观察者运 动时）观察者在单位时间内接收到的完全波的个数减少，即接收到的频率减小。 总之：当波源与观察者有相对运动时，如果二者相互接近，观察者接收到的频率增 大；如果二者远离，观察者接收到的频率减小。 注意：在多普勒效应中，波源的频率是不改变的，只是由于波源和观察者之间 有相对运动，观察
7、者感到频率发生了变化。 5/ 多普勒效应是波动过程共有的特征，不仅机械波，电磁波和光波也会发生多 普勒效应。 【典型例题】 例 1/ 一波源在绳的左端发出半个波，频率 f1，振幅 A1；同时另一波源在绳右 端发出半个波，频率 f2（f2f1） ，振幅 A2，P 为两波源的中点，由下图所示，下 列说法错误的是（BD） A/ 两列波同时到达 P 点 B/ 两列波相遇时 P 点波峰可达到 A1+A2 C/ 两列波相遇再分开后，各自保持原波形传播 D/ 因频率不同，这两列波相遇不能叠加 例证：波源振动的频率为 f0，波源在介质中运动时，波源的前方介质振动的频 率为 f1，波源后方介质振动的频率为 f2
8、，则三者的关系为（ ） A/ f1=f2=f0 B/ f1=f2f0 C/ f1=f2f0 D/ f2f0f1 解析：f0由波源每秒钟所振动的次数决定，介质振动的频率由波源频率及波源 相对介质是否移动来决定，波源运动时，在波源的正前方介质振动的频率高于波源 振动的频率。 答案：D 例 2/ 如右图所示，表示两列同频率相干水波在 t=0 时刻的情况，图中实线表示 波峰，虚线表示波谷，已知两列波的振幅均为 2cm，波速为 2m/s，波长为 0/4m， E 点是 BD 连线和 AC 连线的交点，下列说***确的是（ ） A/ A、C 两点是振动的减弱点 B/ E 点是振动加强点 C/ B、D 两点在该
9、时刻的竖直高度差为 4cm D/ t=0/05s 时，E 点离平衡位置的位移大小为 2cm 解析：图中 B、D 均为振动加强的点，E 位于 B、D 的连线上，故也是振动加强 点，而 A、C 两点为波峰与波谷相遇，故是振动减弱点，图中所示时刻，B 点偏离 平衡位置-4cm，而 D 点偏离平衡位置 4cm，故二者竖直高度差为 8cm，再过 0/05s，两列波的波峰恰在 E 点相遇，故 E 点偏离平衡位置的距离将达到 4cm。 答案：A、B 例 3/ 如右图所示中 S 为在水面上振动的波源，M、N 是水面上的两块挡板，其中 N 板可以上下移动，两板中间有一狭缝，此时测得 A 处水没有振动，为使 A
10、处水也 能发生振动，可采用的方法是（ ） A/ 使波源的频率增大 B/ 使波源的频率减小 C/ 移动 N 使狭缝的间距增大 D/ 移动 N 使狭缝的间距减小 解析：由题意知题给条件下没有发生明显的衍射现象，说明孔的尺寸大于水波 的波长且差距明显，故应减小缝的宽度或增大水的波长，由于波在同一介质中传播 时其速度不变，故由波速公式 v=f 知要增***长应使波源的振动频率减少， B、D 正确。 答案：B、D 例 4/ 一个观察者站在铁路附近，听到迎面而来的火车汽笛声的频率为 f1=440Hz，当火车驶过他身旁后，汽笛声的频率降为 f2=392Hz，求火车的速率为多 少？（空气中的声速 v=330m/
11、s） （ ） 解析：设汽笛原来频率为 f，火车的速率为 u ，当火车驶近观察者时，观察者 接收到的频率为/ f uv v f1 当火车驶离观察者时，观察者接收到的频率为/ f uv v f2 由上述两式解得 / s/m19s/m 392440 330)392400( ff v)ff ( u 21 21 【模拟试题】 1/ 水面上有 A、B 两个振动情况完全相同的振源，在 AB 连线的中垂线上有 a、b、c 三个质点，已知某时刻 a 点是两列波峰的相遇点，c 点是最相近的波谷的 相遇点，b 处在 ac 之间，如图所示，那么以下说***确的是（ ） A/ a 点是振动加强点，c 点是振动减弱点 B/
12、 a 点与 c 点都是振动加强点，b 点是振动减弱点 C/ a 点与 c 点此时刻是振动加强点，经过一段时间后，变为振动减弱点，而 b 点可能变为振动加强点 D/ a、b、c 都是振动加强点 2/ 两列相干波在空间相遇产生相叠加的过程中，关于质点的振动，说***确的 是（ ） A/ 振动加强区域里的位移较大 B/ 在振动加强区域里的位移不一定比减弱区域的位移大 C/ 振动加强区域里的位移随时间变化 D/ 振动减弱区域的振幅较小 3/ 在波的干涉现象中，两列波相遇点距两个波源的距离称为波程，这样（ ） A/ 当波程差等于波长的整数倍时，两波相遇点出现最强的振动 B/ 当波程差等于半波长的整数倍时，
13、两波相遇点出现最强的振动 C/ 当波程差等于波长的奇数倍时，两波相遇点出现最强的振动 D/ 当波程差等于半波长的奇数倍时，两波相遇点出现最弱的振动 4/ 下列哪些现象是多普勒效应引起的（ ） A/ 远去的汽车声音越来越小 B/ ***弹迎面飞来，声音刺耳 C/ 火车向你驶来时，声调变高，驰离你而去时音调变低 D/ 大风中，远处人的说话声时强时弱 5/ 海豚有完善的声纳系统，它能在黑暗的海水中准确而快速地捕捉食物，避开 敌害，其效果远优于现代的无线电定位系统，这是利用海豚自身发出的***来完 成的，海豚的声纳系统远远优于无线电定位系统，如雷达，这是因为（ ） A/ 海豚发出的波比无线电源传播的速度快
14、，方向性好 B/ 海豚发出的波比无线电源的频率高，抗干扰能力强 C/ 海豚发出的波比无线电波的能量大，传播距离远 D/ 海豚发出的波在水中能量衰减比无线电波少 6/ 如图所示，S 为振源，P 点有一个观察者，已知振源发声的频率为 20Hz，则 关于人听到的声音的频率为（ ） A/ 当振源 S 以 17m/s 的速度远离观察者运动时，频率为 19Hz B/ 当振源 S 以 17m/s 的速度靠近观察者运动时，频率为 21Hz C/ 当观察者以 17m/s 的速度靠近振源 S 运动时，频率为 21Hz D/ 以上说法均不正确 7/ 如下图所示为不同频率的水波通过相同的小孔所能到达的区域的几种情况的 示意图，在 情况中水波频率最大，在 情况中水波的频率最小， （图中曲线 仅表示波形，曲线间隔并不表示波长的大小关系） 。 8/ 如下图所示，实线表示两个相干波源 S1、S2发出波的波峰位置，则图中的 点为振动加强的位置，图中的 点为振动减弱的位置。 9/ 关于多普勒效应，下列说***确的是（ ） A/ 多普勒效应是由于波的干涉引起的 B/ 多普勒效应说明波源的频率发生改变 C/ 多普勒效应是由于波源与观察者之间有相对运动而产生的 D/ 只有声波可以产生多普勒效应 10/ 当火车进站鸣笛时，我们在车站听
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