高中物理第二章机械波第5、6节波的干涉、衍射多普勒效应教学案教科选修3-4

5 波的干涉、衍射6 多普勒效应[学习目标] 1.知道波的叠加原理，知道波的干涉现象实质上是波的一种特殊的叠加现象.2.知道波的干涉图样的特点，理解形成稳定干涉图样的条件.3.知道波的衍射现象，理解波发生明显衍射现象的条件.4.了解多普勒效应，能运用多普勒效应解释一些物理现象.一、波的叠加原理1.波的叠加原理在几列波传播的重叠区域内，质点要同时参与由几列波引起的振动，质点的总位移等于各列波单独存在时在该处引起的振动位移的矢量和.2.理解(1)如果介质中某些质点处于两列波波峰与波峰、波谷与波谷相遇处，则振动加强(填“加强”或“减弱”)，合振幅将增大(填“增大”“不变”或“减小”).(2)如果质点处于波峰与波谷相遇处，则振动减弱(填“加强”或“减弱”)，合振幅减小(填“增大”“不变”或“减小”).二、波的干涉现象1.波的干涉：频率相同的两列波叠加，使介质中某些区域的质点振动始终加强，另一些区域的质点振动始终减弱，并且这两种区域互相间隔、位置保持不变.这种稳定的叠加现象(图样)叫做波的干涉.2.产生干涉的一个必要条件是两列波的频率必须相同.3.波的干涉现象是在特殊条件下波的叠加.一切波只要满足一定条件都能发生干涉现象.三、波的衍射现象1.波的衍射波能够绕到障碍物的后面传播的现象.2.波发生明显衍射现象的条件当缝的宽度或障碍物的尺寸大小与波长相差不多或比波长小时，就能看到明显的衍射现象.3.波的衍射的普遍性一切波都可发生衍射现象.四、多普勒效应及其应用1.定义：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.2.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)当观测者与波源两者相互靠近时，观测者在单位时间内接收到的完整波的数目增多，接收到的频率将大于波源振动的频率.(3)当观测者与波源两者相互远离时，观测者在单位时间内接收到的完整波的数目减少，接收到的频率将小于波源振动的频率.3.应用(1)测量心脏血流速度；(2)测定人造卫星位置的变化；(3)测定流体的流速；(4)检查车速；(5)判断遥远的天体相对于地球的运动速度.[即学即用]1.判断下列说法的正误.(1)只有当障碍物的尺寸与波长差不多或比波长小时，才会发生衍射现象.( ×)(2)敲击音叉使其发声，然后转动音叉，听到声音忽强忽弱是声波的干涉现象.( √)(3)只有频率相同的两列波才可以叠加.( ×)(4)当波源和观察者向同一个方向运动时，一定发生多普勒效应.( ×)2.两个频率、振动方向、初始相位均相同的波源S1、S2，产生的波在同一介质中传播时，某时刻t形成如图1所示的干涉图样，图样中两波源S1、S2同时为波谷(实线表示波峰，虚线表示波谷)，在图中标有A、B、C三个点，则振动加强的点是________，振动减弱的点是________.图1答案A、B C解析 由题图可知A 点为波峰与波峰相遇，是振动加强点；B 点是波谷与波谷相遇，是振动加强点；C 点是波峰与波谷相遇，是振动减弱点.一、波的叠加[导学探究] (1)两个同学分别抓住绳子的两端，各自抖动一下，绳上产生两列凸起且相向传播的波，两列波相遇后是否还保持原来的运动状态继续传播？(2)当教室内乐队合奏时，我们听到的某种乐器的声音与这种乐器独奏时发出的声音是否相同？这种声音是否受到了其他乐器的影响？答案 (1)两列波相遇后仍然保持原来各自的运动状态继续传播，并没有受到另一列波的影响.(2)相同，没有受到其他乐器的影响.[知识深化] 对波的叠加的理解(1)波的独立传播特性：几列波相遇时各自的波长、频率等运动特征，不受其他波的影响.(2)波的叠加原理：在几列波重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和.例1 (多选)如图2所示，波源S 1在绳的左端发出频率为f 1、振幅为A 1的半个波形a ，同时另一个波源S 2在绳的右端发出频率为f 2、振幅为A 2的半个波形b ，且f 1<f 2，P 为两个波源连线的中点.已知机械波在介质中传播的速度只由介质本身的性质决定.下列说法正确的是( )图2A.两列波相比，a 波将先到达P 点B.两列波在P 点叠加时，P 点的位移最大可达A 1＋A 2C.b 的波峰到达P 点时，a 的波峰还没有到达P 点D.两列波相遇时，绳上位移可达A 1＋A 2的点只有一个，此点在P 点的左侧答案 CD解析 因两列波波速相等，故两列波能同时到达P 点，A 错误；因f 1<f 2，由λ＝v f可知，λ1>λ2，故当两列波同时到达P点时，a波的波峰离P点的距离比b波的波峰离P点的距离大，因此两波峰不能同时到达P点，两波峰应相遇在P点左侧，此位置对应的位移为A1＋A2，位移最大，综上所述，B错误，C、D正确.二、波的干涉[导学探究] 如图3所示，与振动发生器相连的两个小球，在振动发生器的带动下上下振动，形成两个振动频率和振动步调相同的波源，在水面上形成两列步调、频率相同的波，两列波在水面上相遇时，能观察到什么现象？如果改变其中一个小球振动的快慢，还会形成这种现象吗？图3答案在水面上出现一条条从两个波源中间伸展开的相对平静的区域和剧烈振动的区域.改变其中一个小球振动的快慢，这种现象将消失.[知识深化] 对波的干涉的理解(1)发生干涉的条件：①两列波的频率相同；②相位差恒定.(2)产生稳定干涉图样的两列波的振幅越接近，干涉图样越明显.(3)干涉图样及其特点①干涉图样：如图4所示.图4②特点a.加强区和减弱区的位置固定不变.b.加强区始终加强，减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化).c.加强区与减弱区互相间隔.(4)振动加强点和振动减弱点①振动加强点：振动的振幅等于两列波振幅之和，A ＝A 1＋A 2.②振动减弱点：振动的振幅等于两列波振幅之差，A ＝|A 1－A 2|.③振动加强点和振动减弱点的判断a.条件判断法：振动频率相同、振动情况完全相同的两波叠加时，设点到两波源的路程差为Δx ，当Δx ＝|x 2－x 1|＝k λ(k ＝0,1,2，…)时为振动加强点；当Δx ＝|x 2－x 1|＝(2k ＋1)λ2(k ＝0,1,2，…)时为振动减弱点.若两波源振动步调相反，则上述结论相反.b.现象判断法：若某点是波峰与波峰或波谷与波谷相遇，该点为振动加强点，若是波峰与波谷相遇，则为振动减弱点.例2 如图5所示，S 1、S 2是两个步调完全相同的相干波源，其中实线表示波峰，虚线表示波谷.若两列波的振幅均保持5cm 不变，关于图中所标的a 、b 、c 、d 四点，下列说法中正确的是( )图5A.d 点始终保持静止不动B.图示时刻质点c 的位移为零C.b 点振动始终加强，c 点振动始终减弱D.图示时刻，b 、c 两点的竖直高度差为10cmE.a 点振动介于加强点和减弱点之间答案 A解析 点d 是波峰与波谷相遇，振动减弱，振幅为零，故保持静止，故A 正确；b 点是波峰与波峰相遇，c 点是波谷与波谷相遇，它们均属于振动加强点，由于振幅是5cm ，则b 点相对平衡位置高10cm ，而c 点相对平衡位置低10cm ，所以b 、c 两点的竖直高度差为20cm ，故B 、C 、D 错误；a 点位于加强点的连线上，仍为加强点，E 错误.振动加强点和振动减弱点的理解：不能认为振动加强点的位移始终最大，振动减弱点的位移始终最小，而应该是振幅增大的点为振动加强点，其实这些点也在振动，位移可以为零；振幅减小的点为振动减弱点.例3如图6甲所示，在xOy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1(0,4)和S2(0，－2).两波源的振动图线分别如图乙和图丙所示.两列波的波速均为1.00m/s.两列波从波源传播到点A(8，－2)的路程差为________m，两列波引起的B(4,1)处质点的振动相互__________(填“加强”或“减弱”)，C(0,0.5)处质点的振动相互________(填“加强”或“减弱”).图6答案 2 减弱加强解析由题图可知两波的波长都为λ＝vT＝2m.由几何关系可知两波源到A点的距离为AS1＝10m，AS2＝8m，所以两波的路程差为2m；同理可得，BS1－BS2＝0，为波长的整数倍，由振动图像知两振源振动情况相反，故B点振动减弱；两波源到C点的路程差为Δx＝CS1－CS2＝1m，所以C点振动加强.根据条件判断法来确定振动加强点和振动减弱点时，一定要注意两波源的振动情况是相同还是相反.三、波的衍射[导学探究] 如图7所示是一个可观察水波衍射的水波发生槽，振源的频率是可以调节的，槽中放置两块可移动的挡板形成宽度可调节的小孔，观察水波的传播，也可以在水槽中放置宽度不同的挡板，观察水波的传播.思考下列问题：图7(1)水波遇到小孔时，会观察到什么现象？逐渐减小小孔尺寸，观察到的现象有什么变化？(2)当水波遇到较大的障碍物时，会观察到什么现象？当障碍物较小时，会观察到什么现象？答案 (1) 水波遇到小孔时，水波能穿过小孔，并能到达挡板后面的“阴影区”，小孔的尺寸减小时，水波到达“阴影区”的现象更加明显.(2)当水波遇到较大的障碍物时，将会返回，当障碍物较小时，波能继续向前传播.[知识深化]1.关于衍射的条件：应该说衍射是没有条件的，衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射.衍射只有“明显”与“不明显”之分，障碍物或小孔的尺寸跟波长差不多，或比波长小是产生明显衍射的条件.2.波的衍射实质分析：波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)仿佛是一个新波源，由它发出的与原来同频率的波在小孔(障碍物)后传播，就偏离了直线方向.波的直线传播只是在衍射现象不明显时的近似情况.例4 (多选)如图8所示是观察水面波衍射的实验装置.AC 和BD 是两块挡板，AB 是一个孔，O 是波源.图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹(图中曲线)之间的距离表示一个波长，则关于波经过孔之后的传播情况，下列描述中正确的是( )图8A.此时能观察到波明显的衍射现象B.挡板前后波纹间距离相等C.如果将孔AB 扩大，有可能观察不到明显的衍射现象D.如果孔的大小不变，使波源频率增大，能观察到更明显的衍射现象答案 ABC解析 由题图可知孔的尺寸与波长差不多，能观察到波明显的衍射现象，故选项A 对；因波的传播速度不变，频率不变，故波长不变，即挡板前后波纹间距离应相等，故选项B 对；若将孔AB 扩大，使孔的尺寸大于波长，则可能观察不到明显的衍射现象，故选项C 对；若f 增大，由λ＝v f，知λ变小，衍射现象变得不明显了，故选项D 错.四、多普勒效应[导学探究] 警车鸣笛从你身边飞速驶过，对于警车向你靠近和警车远离的过程，你会听到警笛的声音在变化.思考下列问题：(1)你听到警笛的音调有何不同？(2)实际上警笛的音调会变化吗？(3)听到音调发生变化的原因是什么？答案(1)警车驶来时，音调变高；警车远离时音调变低.(2)实际上警笛的音调不会变化.(3)警车与观察者如果相互靠近，观察者接收到的频率增大；如果二者相互远离，观察者接收到的频率减小，因此会感觉警笛音调发生变化.[知识深化] 对多普勒效应的理解(1)多普勒效应是波共有的特征，不仅机械波，光波和电磁波也都会发生多普勒效应.(2)发生多普勒效应时，波源发出的频率不变，变化的是观察者接收到的频率.(3)多普勒效应产生的原因分析①相对位置变化与频率的关系(规律)：②成因归纳：根据以上分析可以知道，发生多普勒效应时，一定是由于波源与观察者之间发生了相对运动且他们之间的距离发生变化.例5关于多普勒效应，下列说法中正确的是( )A.发生多普勒效应时，波源频率发生了变化B.要发生多普勒效应，波源和观察者必须有相对运动且他们之间的距离发生变化C.火车向你驶来时，你听到的汽笛声音调变低，火车离你远去时，你听到的汽笛声音调变高D.只有声波才能发生多普勒效应答案 B解析发生多普勒效应时，波源频率并没有发生变化，波源和观察者必须有相对运动，且他们之间的距离发生变化，故A错误，B正确；根据多普勒效应可知，当波源和观察者间距变小，观察者接收到的频率一定比波源频率高.当波源和观察者间距变大，观察者接收到的频率一定比波源频率低，故C错误；所有波都能发生多普勒效应，故D错误.多普勒效应的判断方法1.确定研究对象(波源与观察者).2.确定波源与观察者两者间距是否发生变化.若有变化，能发生多普勒效应，否则不发生.3.判断：当两者远离时，观察者接收到的波的频率变小，当两者靠近时，观察者接收到的波的频率变大，但波源的频率不变.针对训练(多选)火车上有一个声源发出频率一定的音乐.当火车静止，观察者也静止时，观察者听到并记住了这个音乐的音调.以下情况中，观察者听到这个音乐的音调比原来降低的是( )A.观察者静止，火车向他驶来B.火车静止，观察者乘汽车向着火车运动C.观察者静止，火车离他远去D.火车静止，观察者乘汽车远离火车运动答案CD解析根据多普勒效应可知，当波源和观察者间距离变小，观察者接收到的频率一定比波源频率高.当波源和观察者间距离变大，观察者接收到的频率一定比波源频率低.观察者听到这个音乐的音调比原来降低，即接收到的声波频率降低，说明观察者和火车之间的距离在变大.所以A、B错误，C、D正确.1.(波的叠加)(多选)两个不等幅的脉冲波在均匀介质中均以1.0m/s的速率沿同一直线相向传播，t＝0时刻的波形如图9所示，图中小方格的边长为0.1m.则不同时刻的波形正确的是( )图9答案ABD解析脉冲波在介质中传播，x＝vt，当t＝0.3s时，两脉冲波各沿波的传播方向传播0.3m，恰好相遇，故A正确.当t＝0.4s、0.5s、0.6s时，两脉冲波各沿波的传播方向传播0.4m、0.5m、0.6m，由波的叠加原理可知B、D正确，C错误.2.(波的干涉)(多选)图10表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇.图中实线表示波峰，虚线表示波谷，b、d、f在一条直线上，下列说法正确的是( )图10A.a、c两点的振动加强，b、d两点的振动减弱B.e、f两点的振动介于加强点和减弱点之间C.经适当的时间后，加强点和减弱点的位置互换D.经半个周期后，原来位于波峰的点将位于波谷，原来位于波谷的点将位于波峰答案AD解析波的干涉示意图表示某一时刻两列相干波叠加的情况，形成干涉图样的所有介质质点都在不停地振动着，其位移的大小和方向都在不停地变化着.但要注意，对稳定的干涉，振动加强区域和减弱区域的空间位置是不变的.a点是波谷和波谷相遇的点，c点是波峰和波峰相遇的点，都是振动加强的点，而b、d两点都是波峰和波谷相遇的点，是振动减弱的点，A 正确；e点位于加强点的连线上，也为加强点，f点位于减弱点的连线上，也为减弱点，B 错误；相干波源叠加产生的干涉是稳定的，不会随时间变化，C错误；因形成干涉图样的介质质点也在不停地做周期性振动，故经半个周期步调相反，D正确.3.(波的衍射)一列波在传播过程中通过一个障碍物，发生了一定程度的衍射，一定能使衍射现象更明显的措施是( )A.增大障碍物尺寸，同时增大波的频率B.增大障碍物尺寸，同时减小波的频率C.缩小障碍物尺寸，同时增大波的频率D.缩小障碍物尺寸，同时减小波的频率答案 D解析波在介质中传播时波速是由介质决定的，与波的频率无关，所以改变波的频率不会改变波速，但由v＝λf可知，当波速一定时，减小频率则波长增大，而发生明显衍射的条件是障碍物或孔、缝的尺寸比波长小或相差不多，所以缩小障碍物的尺寸，同时减小波的频率会使衍射现象更明显，D选项正确.4.(对多普勒效应的理解)(多选)一频率为600Hz的声源以20rad/s的角速度沿一半径为0.80m的圆周做匀速圆周运动，一观察者站在离圆心很远的P点且相对于圆心静止，如图11所示，下列判断正确的是( )图11A.观察者接收到声源在A点发出声音的频率大于600HzB.观察者接收到声源在B点发出声音的频率等于600HzC.观察者接收到声源在C点发出声音的频率等于600HzD.观察者接收到声源在D点发出声音的频率小于600Hz答案AB一、选择题考点一波的叠加1.关于波的叠加和干涉，下列说法中正确的是( )A.两列频率不相同的波相遇时，因为没有稳定的干涉图样，所以波没有叠加B.两列频率相同的波相遇时，振动加强的点只是波峰与波峰相遇的点C.两列频率相同的波相遇时，介质中振动加强的质点在某时刻的位移可能是零D.两列频率相同的波相遇时，振动加强的质点的位移总是比振动减弱的质点的位移大答案 C解析两列波相遇时一定叠加，没有条件，A错误；振动加强是指振幅增大，而不只是波峰与波峰相遇，B错误；振动加强点的振幅增大，质点仍然在自己的平衡位置附近振动，故某时刻的位移可以是振幅范围内的任何值，C正确，D错误.2.(多选)如图1所示，沿一条直线相向传播的两列波的振幅和波长均相等，当它们相遇时可能出现的波形是下图中的( )图1答案BC解析当两列波的前半个波(或后半个波)相遇时，根据波的叠加原理，在前半个波(或后半个波)重叠的区域内所有的质点振动的合位移为零，而两列波的后半个波(或前半个波)的波形保持不变，所以选项B正确；当两列波完全相遇时(即重叠在一起)，由波的叠加原理可知，所有质点振动的位移均等于每列波单独传播时引起的位移的矢量和，使得所有的质点振动的位移加倍，所以选项C也是正确的.考点二波的干涉3.(多选)两列振动方向相同、振幅分别为A1和A2的相干简谐横波相遇.下列说法正确的是( )A.波峰与波谷相遇处质点的振幅为|A1－A2|B.波峰与波峰相遇处质点离开平衡位置的位移始终为A1＋A2C.波峰与波谷相遇处质点的位移总是小于波峰与波峰相遇处质点的位移D.波峰与波峰相遇处质点的振幅一定大于波峰与波谷相遇处质点的振幅答案AD解析波峰与波谷相遇时，振幅相消，实际振幅为|A1－A2|，故选项A正确；波峰与波峰相遇处，质点的振幅最大，合振幅为A1＋A2，但此处质点仍处于振动状态中，其位移随时间按正弦规律变化，故选项B错误；振动减弱点和振动加强点的位移均随时间按正弦规律变化，选项C错误；波峰与波峰相遇时振动加强，波峰与波谷相遇时振动减弱，振动加强点的振幅大于振动减弱点的振幅，故选项D正确.4.两波源S1、S2在水槽中形成的波形如图2所示，其中实线表示波峰，虚线表示波谷，则( )图2A.在两波相遇的区域中会发生干涉B.在两波相遇的区域中不会发生干涉C.P点的振动始终加强D.P点的振动始终减弱答案 B解析从题图中看出，两列波的波长不同，但同一介质中波速相等，根据v＝λf，知频率不同，所以在两波相遇的区域中不会发生干涉；因为不能发生干涉，所以虽然此时刻P点的振动加强，但不会始终加强，当然也不会始终减弱.5.(多选)如图3所示为两列同频率相干水波在t＝0时刻的叠加情况，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，下列说法正确的是( )图3A.A、C两点是振动减弱点B.E点是振动加强点C.B、D两点在该时刻的竖直高度差为4cmD.t＝0.05s，E点离开平衡位置2cm答案AB解析A、C两点为波峰和波谷相遇点，为振动减弱点，选项A正确；E点为平衡位置与平衡位置相遇点且振动一致，所以为振动加强点，选项B正确；D点为波峰与波峰相遇点，B点为波谷与波谷相遇点，为振动加强点，振幅为4cm，所以此时刻B、D两点竖直高度差为8cm，选项C 错误；两列波的周期T ＝λv＝0.2s ，所以t ＝0.05s 时，即经过了四分之一周期，E 点离开平衡位置的位移大小为4cm ，选项D 错误.考点三 波的衍射6.(多选)以下说法中正确的是( )A.波的衍射现象必须具备一定的条件，否则不可能发生衍射现象B.要观察到水波明显的衍射现象，必须使狭缝的宽度远大于水波波长C.波长越长的波，越容易发生明显的衍射现象D.只有波才有衍射现象答案 CD解析 衍射是波特有的现象，即任何波都会发生衍射现象，只不过存在明显与不明显的差别而已，只有当障碍物或孔的尺寸跟波长差不多或者比波长小时，才会观察到明显的衍射现象.选项C 、D 正确.7.(多选)如图4所示，一小型渔港的防波堤两端MN 相距约60m ，在防波堤后A 、B 两处有两个小船进港躲避风浪.某次海啸引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤传播，下列说法中正确的有( )图4A.假设波浪的波长约为10m ，则A 、B 两处小船基本上不受波浪影响B.假设波浪的波长约为10m ，则A 、B 两处小船明显受到波浪影响C.假设波浪的波长约为50m ，则A 、B 两处小船基本上不受波浪影响D.假设波浪的波长约为50m ，则A 、B 两处小船明显受到波浪影响答案 AD解析 A 、B 两处小船明显受到波浪影响是因为水波发生明显的衍射现象，波浪能传播到A 、B 处的结果，当障碍物或缝隙的尺寸比波长小或跟波长差不多的时候，会发生明显的衍射现象.8.如图5所示为两列不同频率的水波通过相同的小孔形成的衍射图样，由图可知，两列波的波长和频率的大小关系是( )图5A.λ甲>λ乙，f甲>f乙B.λ甲<λ乙，f甲<f乙C.λ甲>λ乙，f甲<f乙D.λ甲<λ乙，f甲>f乙答案 C解析题图甲中衍射现象比题图乙中明显，所以甲中波长大于乙中波长，而相同的介质中，水波的传播速度相同，根据v＝λf可知，波长越长，则频率越低，故C正确，A、B、D错误.考点四多普勒效应9.(多选)下列哪些现象是多普勒效应( )A.远去的汽车声音越来越小B.炮弹迎面飞来，声音刺耳C.火车向你驶来时，音调变高；离你而去时，音调变低D.大风中，远处人的说话声时强时弱答案BC解析A项和D项中所说的现象是能量传递的问题，不是多普勒效应.B、C两项所发生的现象是多普勒效应.10.(多选)下面哪些应用是利用了多普勒效应( )A.利用地球上接收到遥远天体发出的光波的频率来判断遥远天体相对于地球的运动速度B.交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的波，波被运动的汽车反射回来，根据接收到的频率发生的变化，就知道汽车的速度，以便于进行交通管理C.铁路工人把耳贴在铁轨上可判断火车的运动情况D.有经验的战士从炮弹飞行的尖啸声判断飞行炮弹是接近还是远去答案ABD。

波的干涉、衍射一、教学目标1.通过仿真实验了解波的叠加原理2.通过仿真实验认识波的干涉现象，知道干涉的必要条件，并能分析振动的加强点和减弱点3.通过仿真实验认识波的衍射现象及发生明显衍射的条件二、重点难点1.重点：波的干涉现象及衍射现象的理解2.难点：干涉现象中加强点、减弱点的理解及判断三、学情分析学生在学习本节课前已经学习了机械波的形成和传播有关知识,对矢量的和也有了一定的认识,本节课以仿真实验探究结合理论分析的方式引导学生自己获得波的两种基本现象。

四、教学仪器交互式电子白板、实物投影仪、NB仿真物理实验软件、PPT课件五、教学类型信息技术与物理教学整合型,导学案型六、教学方法仿真物理实验法(演示仿真实验),讨论法,归纳法, 小组合作探究七、板书2.5波的干涉、衍射1.波的干涉（1）内容:频率相同的两列波叠加，使介质中某些区域的质点振动始终加强，另一些区域的质点振动始终减弱，并且这两种区域互相间隔，位置保持不变的现象叫作波的干涉。

（2）产生干涉的必要条件：频率相同（3）同相相干波加强点、减弱点的判断方法：加强点：△S=nλ(n=0、±1、±2…）1）λ(n=0、±1、±2…）减弱点：△S=（n+22.波的衍射（1）内容:波能够绕到障碍物的后面传播的现象叫作波的衍射。

（2）发生明显衍射的条件：缝的宽度或障碍物的尺寸大小与波长相差不多或比波长小八、教学过程活动1问题导入(提问,学生举手回答,其他同学补充)问题一:两个皮球相遇会怎样？问题二:两列机械波相遇会怎样？活动2观察波的叠加视频演示实验观察视频演示实验，让学生形象认识两列波相遇后的情形，并引导学生进一步正确回答活动1的问题。

活动3NB仿真物理实验软件慢速演示两列波的叠加过程通过演示波峰跟波峰、波谷跟波谷两种情形的相遇进一步说明波的叠加遵循矢量和，并且相遇后各自保持原来的波形独立传播。

活动4NB物理仿真实验探究波的干涉通过NB物理仿真实验演示两列同相频率相同的水波在空间相遇叠加情况，观察形成的图样特点。

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第5讲波的干涉、衍射第6讲多普勒效应［目标定位] 1.知道波的叠加原理,知道波的干涉现象实质上是波的一种特殊的叠加现象。

2。

知道波的干涉图样的特点,理解形成稳定干涉图样的条件，掌握振动加强点、减弱点的振动情况。

3。

知道什么是波的衍射现象，知道波发生明显衍射现象的条件。

4。

了解多普勒效应，能运用多普勒效应解释一些物理现象。

一、波的叠加原理在几列波传播的重叠区域内，质点要同时参与由几列波引起的振动，质点的总位移等于各列波单独存在时在该处引起的振动位移的矢量和．二、波的干涉现象1．定义：频率相同的两列波叠加，使介质中某些区域的质点振动始终加强，另一些区域的质点振动始终减弱，并且这两种区域互相间隔、位置保持不变．这种稳定的叠加现象（图样）叫做波的干涉．2．产生干涉的一个必要条件是两列波的频率必须相同．3．波的干涉现象是在特殊条件下波的叠加．一切波只要满足一定条件，都能发生干涉现象．想一想在波的干涉中，振动加强的点和振动减弱的点的振动情况是怎样的?是不是振动减弱的点始终位于平衡位置不动？答案在波的干涉中,振动加强的点是指两列波在该点的振动方向始终相同，因而使该点以两列波的振幅之和作为新的振幅做简谐运动;而振动减弱的点是指两列波在该点的振动方向始终相反,因而使该点以两列波的振幅之差作为新的振幅做简谐运动．只有当两列波的振幅相等时，所形成的干涉中的振动减弱的点的振幅才为零，此时该点表现为始终处于平衡位置不动．三、波的衍射现象1．定义：波能够绕到障碍物的后面传播的现象．2．波发生明显衍射现象的条件:当缝的宽度或障碍物的尺寸大小与波长相差不多或比波长小时，就能看到明显的衍射现象．3．一切波都可发生衍射现象．想一想在日常生活中我们常遇到“闻其声而不见其人"的现象，你能用学过的知识解释一下吗？答案声波的波长比较长，容易衍射,而光波波长短，不容易衍射,所以会有“闻其声而不见其人”的现象．四、多普勒效应1．定义:当观测者与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．2．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)当观测者与波源两者相互接近时，它在单位时间内接收到的完整波的数目增多，接收到的频率将大于波源振动的频率．(3）当观测者与波源两者远离时，它在单位时间内接收到的完整波数目减少,接收到的频率将小于波源振动的频率．3．应用（1)测心脏血流速度;(2)测人造卫星位置的变化；(3)测定流体流速；（4)检查车速；(5）判断遥远的天体相对于地球的运动速度．想一想当汽车远离观察者时，听到的汽车的声音越来越小，这种现象就是多普勒效应吗？答案不是．多普勒效应指的是接收到的频率的变化情况，即音调的变化情况，而声音大小指的是响度．一、对干涉现象的理解1．波的叠加是无条件的，任何频率的两列波在空间相遇都会叠加．2．稳定干涉图样的产生是有条件的，必须是两列波的频率相同、步调一致(相差恒定)．3．干涉图样及其特点（1)干涉图样:如图1所示图1(2)特点①加强区和减弱区的位置固定不变．②加强区始终加强，减弱区始终减弱（加强区与减弱区不随时间变化）．③加强区与减弱区互相间隔．4．振动加强点和减弱点（1）振动加强点：振动的振幅等于两列波振幅之和，A＝A1＋A2.(2）振动减弱点：振动的振幅等于两列波振幅之差，A＝|A1－A2｜。

波的干涉、衍射
种现象叫波的干涉现象
教师提问：为什么会形成这样特殊的干涉图像？
配套课件展示绳波的动图①
教师提问：有无加强点和减弱点？
为什么A是加强点B是减弱点？
得出结论：加强点：振动同向，位移相加，且始终是同向的
减弱点：振动反向，位移相减，且始终是反向的，总位移为0
配套课件展示水波干涉侧面的动图②
思考两个问题：
1、两个振源传过来的波经过某点，都要引起该点的振动，为什么一些点的振幅几乎为0，而一些点振幅很大？
2、振动减弱点的位移始终为0 吗？振动加强点的位移有没有为0的时刻？
学生回答
教师展示两列波相遇时情景，请同学找出振动加强点和减弱点，这些点位置有没有规律？
任意选取3个振动加强点和减弱点，得出结论：质点位置与两个波源距离是半个波长偶数倍，为振动加强点；质点位置与两个波源距离是半个波长奇数倍，为振动减弱点。

小结
课堂练习：
1、如图所示表示两列相干水波的叠加情况，图中的实线
表示波峰，虚线表示波谷。

设两列波的振幅均为5cm，且
图示的范围内振幅不变，波速和波长分别为1m/s和0.5m，
C点是BE连线的中点，下列说法中正确的是（）
A．C、E两点都保持静止不动
B．图示时刻A、B两点的竖直高度差
为20cm
C．图示时刻C点正处于平衡位置且向
水面上运动
D．从图示的时刻起经0.25s，B点通过
的路程为20cm
板
书
设
计
一、波的独立传播性
二、波的叠加原理
二、波的干涉。

学 习 资 料 汇编第5、6节 波的干涉、衍射__多普勒效应对应学生用书P31[自读教材·抓基础]1．波的叠加原理(1)波的独立传播特性：两列波在相遇后相互穿过，仍然保持各自的运动状态继续传播，彼此之间好像未曾相遇。

(2)波的叠加原理：在几列波传播的重叠区域内，质点要同时参与由几列波引起的振动，质点的总位移等于各列波单独存在时在该处引起的振动位移的矢量和。

图2－5－12．波的干涉现象(1)实验及现象：1.当几列波相遇时，质点的总位移等于各列波单独存在时所产生的振动位移的矢量和，这就是波的叠加原理。

2．频率相同的两列波叠加，使介质中某些区域的质点振动始终加强，另一些区域的质点振动始终减弱，并且这两种区域互相间隔，位置保持不变。

这种稳定的叠加现象叫做波的干涉。

产生干涉现象的必要条件之一是两列波的频率相同。

3．当缝的宽度或障碍物的尺寸比波长小或与波长相差不多时，将发生明显的衍射现象，波发生衍射是无条件的，发生明显的衍射是有条件的。

4．当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的波的频率高于波源的频率，当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的波的频率低于波源的频率。

①实验：波源是固定在同一个振动棒上的两个小球，当振动棒带动两个小球振动时，将会产生振动方向和振动频率都相同的两列水波。

②现象：在振动的水面上，出现了一条条从两个波源中间展开来的相对平静的区域和振动较强的区域，这两种区域的分布固定而且相互隔开。

(2)现象解释：①加强区：在某一时刻，两列波的波峰(或波谷)同时到达某一点，该质点的振动最剧烈，振动的振幅等于两列波的振幅之和。

加强点形成的区域是加强区。

②减弱区：某一时刻，两列波的波峰和波谷同时到达某一点，该质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，减弱点形成的区域是减弱区。

若两列波振幅相同，质点振动的合振幅就等于零。

(3)波的干涉：①定义：频率相同的两列波叠加，使介质中某些区域的质点振动始终加强，另一些区域的质点振动始终减弱，并且这两种区域相互间隔、位置保持不变，这种稳定的叠加现象叫做波的干涉。

多普勒效应-人教版选修3-4教案一、学习目标1.掌握多普勒效应的概念及原理；2.理解多普勒效应在医学与天文学等领域的应用；3.培养科学思维和实验能力。

二、学习重点1.多普勒效应的概念和原理；2.多普勒效应的应用。

三、学习难点1.如何进行多普勒频移的计算；2.多普勒效应在不同领域的应用。

四、教学过程1. 导入环节通过观看视频、图片等帮助学生理解多普勒效应的概念，并引发学生的思考和探究欲望。

2. 理论学习1.多普勒效应的概念：多普勒效应是指当波源或接收器相对运动时，所接收到的波的频率发生变化的现象。

具体地说，当波源和接收器靠近时，所接收到的波的频率相对于波源自身的频率增加；当波源和接收器远离时，所接收到的波的频率相对于波源自身的频率减小。

2.多普勒效应的原理：多普勒效应的原理是基于相对运动的相对性原理。

当波源和接收器相对运动时，波源和接收器相对静止观测时所测得的波的频率与波的频率不同。

这是因为波的速度是一定的，所以当波源和接收器之间距离变化时，同一时刻所传递的波的数量发生相应的变化，从而改变了波的频率。

3. 实验操作1.实验设备：音响、手摇铃、电子计数器等；2.实验步骤：将音响与手摇铃放在同一位置，在手摇铃静止时，开启音响播放音频，记录下音乐的频率f1；之后将手摇铃以20cm/s的速度平移，观察到声音的变化，记录下当手摇铃接近或远离音响时的音频频率f2。

3.实验结果：根据公式f2=f1(1+Vr/c)或f2=f1(1-Vr/c)计算出多普勒频移的值，进而判断手摇铃是向音响接近还是远离。

4. 应用拓展1.多普勒效应在医学上的应用：多普勒超声成像技术可在诊断心血管、胎儿监测等方面发挥重要作用。

2.多普勒效应在天文学上的应用：多普勒效应可以用于观测天体运动的速度，例如观测星系的相对速度、观测恒星的自转速度等。

五、课堂小结本次课程主要讲解了多普勒效应的概念、原理和应用，并通过实验的方式让学生更好地理解多普勒效应的实际应用场景。

第二章机械波第5、6节波的干涉、衍射多普勒效应【学习目标】1.通过自主学习，让学生知道波的叠加原理、干涉现象,的衍射现象，了解什么是多普勒效应及其产生的原因和应用.。

2.小组合作，掌握波的干涉条件，波发生明显衍射现象的条件.3.激情投入，理解干涉现象、衍射现象都是波所特有的现象。

【重难点】重点：1.波的叠加原理.2.波的干涉条件、干涉现象和干涉图样.3.波发生明显衍射现象的条件.难点：1.波的叠加原理.2.对波的干涉的理解.3.对多普勒效应的理解.【课程内容标准】1、通过实验，认识波的干涉现象、衍射现象。

2、对多普勒效应的理解..【课前预习案】【使用说明】1．同学们要先通读教材，然后依据课前预习案再研究教材；通过梳理掌握：知道波的叠加原理、干涉现象,的衍射现象.知道它们之间的关系.解什么是多普勒效应及其产生的原因和应用.2．勾划课本并写上提示语．标注序号；完成学案，熟记基础知识，用红笔标注疑问。

（一）教材助读一、波的干涉1.波的叠加原理(1)波的独立传播特性：两列波在相遇后相互穿过，仍然保持各自的_________继续传播，彼此之间好像未曾相遇.(2)波的叠加原理：在几列波传播的重叠区域内，质点要同时参与由几列波引起的振动，质点的总位移等于各列波___________在该处引起的振动位移的矢量和.2.波的干涉现象①实验：波源是固定在同一个振动棒上的两个小球，当振动棒带动两个小球振动时，将会产生振动_____和振动_____都相同的两列水波.②现象：在振动的水面上，出现了一条条从两个波源中间展开来的水面相对平静的区域和振动较强的区域，这两种区域的分布_____而且相互隔开.①加强区：在某一时刻，两列波的_____________同时到达某一点，该质点的振动最剧烈，振动的振幅等于两列波的_________.加强点形成的区域是加强区.②减弱区：某一时刻，两列波的___________同时到达某一点，该质点振动的振幅等于两列波的_________，减弱点形成的区域是减弱区.若两列波振幅相同，质点振动的合振幅就等于零.(3)波的干涉①定义：频率相同的两列波叠加，使介质中某些区域的质点振动_________，另一些区域的质点振动始终减弱，并且这两种区域_________、位置保持不变的稳定的叠加现象.②干涉图样：波的干涉中所形成的图样.如图所示.③干涉条件：_____相同的两列波叠加.④一切波都能发生干涉，干涉是波_____的现象.二、波的衍射现象1.定义：波能够绕到_____________传播的现象.2.实验及现象(1)实验：在水槽里放两块挡板，挡板之间留一狭缝：①保持波源的振动频率不变，改变缝的_____.②保持缝的宽度不变，通过改变波源的振动频率来改变波长.(2)现象①狭缝宽度远大于水波波长时：_____明显的衍射现象.②当狭缝的宽度接近水波的波长时，水波在狭缝的边缘发生了_____.③当狭缝的宽度更接近水波的波长时，水波通过狭缝后成为近似于点波源发出的球面波，衍射现象更加_____.3.发生明显衍射的条件： 缝的宽度或障碍物的尺寸大小跟波长_________或比波长小.4.一切波都能发生衍射，衍射是波_____的现象.三、多普勒效应及其应用1.多普勒效应当波源和观测者之间有相对运动时，观测者测得的频率与波源频率_____的现象.2.多普勒效应产生的原因(1)波源与观测者相对静止时，单位时间内通过观测者的完全波的个数是_____的，观测者观测到的频率_____波源振动的频率.(2)波源与观测者相互靠近时，单位时间内通过观测者的完全波的个数_____，观测者观测到的频率_____波源的频率，即观测到的频率变大.(3)波源与观测者相互远离时，观测者观测到的频率_____.（二）预习自测1、两列振幅和波长都相同而传播方向相反的波（如甲图所示），在相遇的某一时刻（如乙图所示），两列波消失，此时介质中的x 、y 两质点的运动方向是： A ．x 向上，y 向下 B ．x 向下，y 向上C ．x 、y 都向上D ．x 、y 都静止 2、两列振动情况完全相同的振源。