波的特有現(xiàn)象教學(xué)及試題

時間：2021-06-11 09:54:08 試題我要投稿

　　【要求】

波的特有現(xiàn)象教學(xué)及試題

　　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

　　【知識再現(xiàn)】

　　一、波的反射與折射

　　1．波面與波線

　　（1）沿各個方向傳播的同一波的波峰(或波谷)在同一時刻構(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，傳播的方向會發(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，每個質(zhì)點都將參與兩列波引起的振動，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動狀態(tài)。

　　2．波在相遇區(qū)域里，不干擾，有獨立性。

　　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，某些區(qū)域振動總是加強，某些區(qū)域振動總是減弱，并且振動加強和減弱區(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，振動加強；凡到兩波源的路程差為處，振動減弱．

　　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，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，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，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振動的頻率為f，波源和觀察者A沿同一直線運動，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 .

　　知識點一波的干涉特點

　　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．振動加強區(qū)和減弱區(qū)

　　（1）加強區(qū)：當(dāng)兩相干波源振動步調(diào)完全一致時，在兩列波相遇的區(qū)域中的某一點P與兩波源S1和S2的距離差滿足S1P-S2P=nλ (n=0,1,2 ... )，

　　P為振動加強的點，這些點的振幅為A=A1+A2，其中A1與A2分別為兩列波的振幅．

　　（2）減弱區(qū)：當(dāng)兩相干波源振動步調(diào)完全相同時，若P點滿足S1P-S2P=（2 n+1）λ/2 (k=0,1,2,3...)，則P點為減弱點，這些點的振幅為A= A1-A2，特別地，當(dāng)兩列波振幅相同(A1=A2）時，振動減弱點的合振動振幅A=A1-A2=0，根本不振動．

　　注意：①振動加強區(qū)和減弱區(qū)是穩(wěn)定的，兩區(qū)城相互間隔，交替出現(xiàn)．

　　②振動加強和減弱的點的位移并不總等于A1+A2和 A1 -A2，因為這些點在不停地振動．這個質(zhì)點的位移在（A1十A2）和-（A1+A2）之間變化，是個振動加強的點．

　　③兩振源的振動情況相反，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（振動減弱區(qū)）。O點的波程差最大，為5m，其左右各有波程差為3m、1m的平靜地點，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波長相等的半波長的橫波。在某時刻，兩個橫波傳播到繩上的AB段時，繩子看起來是完全平直的。則（）

　　A.此時在繩子AB段上，有些質(zhì)點速度不為零

　　B.此時在繩子AB段上，所有的質(zhì)點速度都為零

　　C.在這以后，繩子＿L仍有兩個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)過一段時間后，它們均傳到AB段，此刻，兩列波在AB段各點處分別引起的相時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段各點的總位移等于兩個分位移的矢量和，均為零，所以AB段的繩子看起來是平直的；AB段各點總的振動速度等于兩個分振動速度的矢量和，故在AB段中點C處速度為零，其他各點速度均不為零。在AC段各點速度均向下，且越靠近A點速度越大；在CB段各點速度方向均向上，且越靠近B點速度越大。此刻AB段各點總的位移和速度如圖所示。因為AB段上除中點C外均在運動著，所以此刻在AB上仍然有兩個半波長的橫波在向右和向左傳播著，故選項A,C正確。

　　答案：AC

　　解答這類問題，一般先畫出兩列波疊加時的各自的波形，然后根據(jù)兩列波疊加時的位移關(guān)系，然后確定振動的合位移，從而確定波形或其它振動參量。

　　類型三波的干涉圖象問題

　　【例3】如圖所示，s1和s2是兩個相干波源，由它們發(fā)出的波相互疊加，實線表示波峰，虛線表示波谷，對于a、b、c三點的振動情況，下列判斷中正確的是（）

　　（A）b處的振動永遠(yuǎn)互相減弱

　　（B）a處永遠(yuǎn)是波峰與波峰相遇

　　（C）b處在此時刻是波谷與波谷相遇

　　（D）c處的振動永遠(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，振動也是加強，選項A錯誤，C正確。a處此刻是波峰與波峰相遇，過半個周期后變成波谷與波谷相遇，始終是振動加強的點，并非永遠(yuǎn)是波峰與波峰相遇的點，選項B錯誤。c處此刻是波峰與波谷相遇，過半個周期后是波谷與波峰相遇，它們的振動永遠(yuǎn)互相減弱，選項D正確。

　　故選C、D

　　所謂加強和減弱的區(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。振幅是指振動的質(zhì)點所能達(dá)到的最大位移，既使在振動最強處，質(zhì)點的位移仍做周期性變化，甚至可以為零；振動最弱的點，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驗裝置，AC和BD是兩塊擋板，AB是一個孔，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選項正確；衍射不改變波速和頻率，所以B選項正確；孔擴大后，將逐漸偏離發(fā)生明顯衍射的條件，所以C選項正確；而波源頻率增大，會使波長變小，更加符合明顯衍射條件，所以D選項錯誤。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，是因為( )

　　A．室內(nèi)空氣不流動 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)物體會吸收聲音