物理第三节 机械波的传播现象集体备课课件ppt

这是一份物理第三节 机械波的传播现象集体备课课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了绕过障碍物，相差不多，返回来，同一平面，波的干涉，运动特征，保持不变，矢量和，干涉图样，波的衍射等内容，欢迎下载使用。

1．熟悉惠更斯原理的内容和应用2．认识波的衍射现象3．知道衍射是波特有的现象4．熟悉波发生明显衍射的条件
1．类比光的反射、折射、衍射等规律，分析光与机械波的联系2．总结波的反射、折射和衍射的应用事例，思考其原理，逐步提升应用知识的能力
预习导学 | 新知领悟
1．定义：波可以______________继续传播，这种现象叫作波的衍射．2．发生明显衍射现象的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长___________或者比波长_______时，才能发生明显的衍射现象．3．一切波都能发生________，________是波特有的现象．
机械波的衍射与惠更斯原理
4．惠更斯原理：介质中波动传到的各点都可以看作是发射子波的波源，在其后的任一时刻，这些子波的包络面就形成新的波面．
1．只有当障碍物或狭缝的尺寸跟波长相差不多时，才能发生波的衍射现象吗？2．是否孔的尺寸越小，衍射现象越容易观察？
【答案】1．障碍物或狭缝的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是能否发生明显衍射的条件．衍射是波特有的现象，一切波都会发生衍射现象．2．不是．当孔的尺寸非常小时，衍射波的能量很弱，实际上很难观察到波的衍射．
(多选)关于波的衍射现象，下列说法正确的是(　　)A．当孔的尺寸比波长大时，一定不会发生衍射现象B．只有孔的尺寸与波长相差不多时，或者比波长还小时才会观察到明显的衍射现象C．只有波才有衍射现象D．“闻其声而不见其人”属于波的衍射现象【答案】BCD　【解析】当孔的尺寸比波长大时，会发生衍射现象，只不过不明显．只有当孔、缝或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才会发生明显的衍射现象．
1．反射现象波遇到介质界面会________继续传播的现象．2．反射角与入射角(1)入射角：________光线与法线的夹角，如图中的α.(2)反射角：________光线与法线的夹角，如图中的β.
3．反射定律反射光线、法线与入射光线在___________内，反射光线与入射光线分居法线两侧，反射角______入射角．注意：反射波与入射波的波长、频率、波速都相等，但由于反射面吸收一部分能量，反射波传播的能量将减少．4．折射现象(1)波在传播过程中，从一种介质________另一种介质时，波的________方向发生改变的现象．(2)一切波都会发生________现象．
人们听不清对方说话时，除了让一只耳朵转向对方，还习惯性地把同侧的手附在耳旁，如图这样做是利用声波的什么特点提高耳朵的接收能力？
【答案】在耳廓原有形状、面积的基础上增加一个手的面积是为了增加波的反射面积来提高耳朵的接收能力．
一列声波从空气中传入水中，已知水中声速较大，则声波频率________，波长________．【答案】不变　变大　【解析】由于波的频率由波源决定，因此波无论在空气中还是在水中频率都不变．又因波在水中速度较大，由公式v＝λf可得，波在水中的波长变大．
1．波的叠加(1)波的独立传播：几列波相遇后彼此穿过，仍然________各自的___________，继续传播．即各自的波长、频率等____________．(2)波的叠加：在几列波重叠的区域里，介质的质点________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________．
2．波的干涉(1)定义：________相同、相位差恒定、振动方向相同的两列波叠加时，某些区域的振动总是________，某些区域的振动总是________，这种现象叫作波的干涉，所形成的这种稳定图样叫作___________．(2)干涉条件：两列波的频率必须________；两个波源的相位差必须______________．(3)一切波都能发生干涉，干涉是波________的现象．
1．敲击音叉使其发声，然后转动音叉，为什么听到声音忽强忽弱？2．有人说在波的干涉图样中，加强点就是位移始终最大的点，减弱点就是位移始终为零的点，这种说法对吗？
【答案】1．这是声波的干涉现象．音叉的两股振动频率相同，这样，两列频率相同的声波在空气中传播，有的区域振动加强，有的区域振动减弱，于是听到声音忽强忽弱．2．这种说法不正确．在干涉图样中的加强点是以两列波的振幅之和为振幅做振动的点，某一瞬时振动位移可能是零．同理，减弱点是以两列波的振幅之差为振幅做振动的点，它的位移不一定始终为零．
蟋蟀是利用了______发出声音，某同学围绕蟋蟀走了一圈，听到忽高忽低的蟋蟀声，这是由于声波的______现象，填空处选择正确的是(　　)A．蟋蟀的嘴　衍射B．蟋蟀的翅膀　干涉C．蟋蟀的翅膀　共振D．蟋蟀的嘴　共振【答案】B　【解析】蟋蟀是依靠一双翅膀的振动发声，两翅膀的振动频率、振幅相同，形成相干波源，在周围出现振动加强与减弱的区域．
多维课堂 | 素养初培
我们在家中经常听到优美的声乐从窗外飘来．问题(1)声音为什么没被障碍物所挡住？(2)这种现象叫什么名字？【答案】(1) 声波在传播过程中遇到障碍物时，可以绕过障碍物继续传播．(2) 这是声波的衍射现象．
1．衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射．凡能发生衍射现象的都有波的存在．2．波的衍射总是存在的，只有“明显”与“不明显”的差异，波长较长的波容易发生明显的衍射现象．3．波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)仿佛一个新波源，由它发出与原来同频率的波在孔(障碍物)后传播，就偏离了直线方向．因此，波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况．素养点评：本探究通过“波的衍射”的分析，培养“科学思维”素养．
波的衍射精练1　(多选)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，以下哪种情况可以使衍射现象更明显(　　)A．增大障碍物的尺寸B．减小波的频率C．缩小障碍物的尺寸D．增大波的频率【答案】BC　
【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，要使衍射现象变得明显，可以通过缩小障碍物的尺寸，同时增大波长即减小波的频率来实现，B、C正确．
变式1　(多选)如图所示分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔(A、B图)或障碍物(C、D图)，其中能发生明显衍射现象的有(　　)
【答案】BD　【解析】图B、D中小孔与波长相差不多，能发生明显衍射．
衍射现象的两点提醒1．障碍物的尺寸的大小不是发生衍射的条件，而是发生明显衍射的条件，波长越大越易发生明显衍射现象．2．当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分明显，但衍射波的能量很弱，也很难观察到波的衍射．
我们在山中或在大的空房间里大声说话时，都会听到回声．问题这属于波的什么现象？【答案】波的反射．
波的反射和折射现象中各量的变化
1．波的反射和折射的比较波向前传播在两介质的界面上同时发生了反射和折射现象，一些物理量发生了相应变化，比较如下：
2.说明(1)频率f由波源决定，故无论是反射波还是折射波都与入射波的频率，即波源的振动频率相同．(2)波速v由介质决定，因反射波与入射波在同一介质中传播，故波速不变；而折射波与入射波在不同介质中传播，所以波速变化．(3)据v＝λf知，波长λ与v及f有关，即与介质及波源有关．反射波与入射波在同一介质中传播，频率相同，故波长相同．折射波与入射波在不同介质中传播，f相同，v不同，故λ不同．素养点评：本探究通过波的反射现象和波的折射的探究，培养“科学思维”素养．
波的反射现象精练2　某人想听到自己发出的声音的回声，若已知声音在空气中的传播速度为340 m/s，那么他至少要离障碍物多远？(原声与回声区分的最短时间为0.1 s)【答案】17 m　
变式2　当一个探险者进入一个山谷后，为了估测出山谷的宽度，他吼一声后，经过0.5 s听到右边山坡反射回来的声音，又经过1.5 s后听到左边山坡反射回来的声音，若声速为340 m/s，则这个山谷的宽度约为多少？【答案】425 m　
回声测距的方法技巧利用回声测距是波的反射的一个重要应用，它的特点是声源正对障碍物，声源发出的声波与回声在同一条直线上传播．1．若是一般情况下的反射，反射波和入射波是遵从反射定律的，可用反射定律作图后再求解．2．利用回声测距时，要特别注意声源是否运动，若声源运动，声源发出的原声至障碍物再返回至声源的这段时间与声源的运动时间相同．3．解决波的反射问题，关键是根据物理情境规范作出几何图形，然后利用几何知识结合物理规律进行解题．
如图所示，操场中两根电线杆上各有一只扬声器，接在同一个扩音机上，一位同学沿着MN方向走来．问题(1)他听到的声音会有什么变化？(2)为什么？【答案】(1) 声音忽强忽弱．(2) 因为声波发生了干涉现象．
对波的叠加与波的干涉现象的理解
1．波的独立传播几列波相遇时能够保持各自的运动特征，继续传播．即各自的波长、频率等保持不变．2．波的叠加波的叠加原理是波具有独立传播性的必然结果，由于总位移是两个位移的矢量和，所以叠加区域的质点的位移可能增大，也可能减小．
两列同相波的叠加，振动加强，振幅增大(如图甲所示)．两列反相波的叠加，振动减弱，振幅减小(如图乙所示)．
3．干涉条件(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，必须是两列同类的波，并且波的频率相同、振动方向在同一直线上、相位差恒定．如果两列波的频率不相等，在同一种介质中传播时其波长就不相等，这样不能形成稳定的振动加强点和减弱点．因此我们就看不到稳定的干涉图样，只能是一般的振动叠加现象．(3)明显的干涉图样和稳定的干涉图样意义是不同的，明显的干涉图样除了满足相干条件外，还必须满足两列波振幅差别不大．振幅越是接近，干涉图样越明显．
4．关于加强点(区)和减弱点(区)(1)加强点：在某些点两列波引起的振动始终加强，质点的振动最剧烈，振动的振幅等于两列波的振幅之和，A＝A1＋A2.(2)减弱点：在某些点两列波引起的振动始终相互削弱，质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，A＝|A1－A2|，若两列波振幅相同，质点振动的合振幅就等于零，水面保持平静．
5．干涉图样及其特征(1)干涉图样：如图所示(2)特征：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．
特别提醒：(1)振动加强的点的振动总是加强，但并不是始终处于波峰或波谷，它们都在平衡位置附近振动，有的时刻位移也为零．只是振幅为两列波振幅之和，显得振动剧烈．(2)振动减弱点的振动始终减弱，位移的大小始终等于两列波分别引起位移的大小之差，振幅为两列波振幅之差．如果两列波的振幅相同，则振动减弱点将会总是处于静止．素养点评：本探究通过对波的叠加与波的干涉现象的理解，培养“科学思维”素养．
波的叠加精练3　(多选)如图所示，实线和虚线分别表示振幅、频率均相同的两列波的波峰和波谷．此刻，M是波峰与波峰的相遇点，下列说法中正确的是(　　)A．该时刻质点O正处在平衡位置B．P、N两质点始终处在平衡位置C．随着时间的推移，质点M向O点处移动D．从该时刻起，经过四分之一周期，质点M到达平衡位置
变式3　(多选)如图表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇．图中实线表示某时刻的波峰，虚线表示的是波谷，下列说法正确的是(　　)
A．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和减弱之间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】波的干涉示意图所示的仅是某一时刻两列相干波叠加的情况，形成干涉图样的所有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，振动加强和减弱的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，都是振动加强点；而b、d两点都是波峰和波谷相遇的点，是振动减弱点，A正确；e点位于加强点的连线上，为加强点．f点位于减弱点的连线上，为减弱点，B错误；相干波源产生的波的干涉是稳定的，加强点与减弱点的位置不会随时间变化，C错误；因形成干涉图样的质点也在不停地做周期性振动，经半个周期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，D正确．
【答案】C　【解析】根据干涉特点知，两相干波源的距离差为波长的整数倍时，此点为振动加强点，而消除噪声不能加强，故A、B错误；距离差为半波长的奇数倍时，此点为振动减弱点，本题为消除噪音，要减弱振动，故C正确，D错误．
变式4　在学校运动场上50 m直跑道的两端，分别安装了由同一信号发生器带动的两个相同的扬声器．两个扬声器连续发出波长为5 m的声波．一同学从该跑道的中点出发，向某一端点缓慢行进10 m．在此过程中，他听到扬声器声音由强变弱的次数为(　　)A．2　　　B．4C．6　　　D．8【答案】B　
【解析】根据波的干涉的加强点和减弱点的条件，可知当某点与两个波源距离差为波长的整数倍时，该点为振动加强点，即声音加强点，由题可知，Δx＝nλ＝5n(n＝0,1,2，…)，所以这位同学距离跑道两端相差 5 m 的整数倍，也就是说这位同学每向前运动2.5 m，就为一个声音加强点，10 m内共有4个点，故B正确．
1．波的应用——B超人们在说话或唱歌的时候，我们听到的声音称为声波，它的频率在20～20 000 Hz，超过20 000 Hz以上的声波，人耳就不能听见，称为超声波，简称超声．超声在诊断疾病时，有多种形式：①以振幅(amplitude)形式诊断疾病的称“一维显示” , 因振幅第一个英文字母是A，故称A超，又称一维超声．②以灰阶即亮度(brightness)模式形式来诊断疾病的称“二维显示”，因亮度第一个英文字母是B，故称B超，又称二维超声或灰阶超声．
【考题延伸】(2020年山东海岳中学月考)医用B超仪发出的超声波频率为7.25×104 Hz，这种超声波在人体内传播的波长为2 cm，在给某患者的肝脏病变部分进行检测时(如图)，从探头发出的同一超声脉冲波经病变部分反射回到探头有两个信号，相隔时间为Δt＝32 μs，试计算患者病变部分的大小．
【答案】2.32 cm　素养点评：本题通过考查B超，培养学生的“科学思维”素养．
2．波的衍射与干涉现象的比较干涉与衍射的研究对象不同，从形式上看，衍射是波绕过障碍物继续传播的现象，而波的干涉是两列波的叠加；干涉图样与衍射图样不同，干涉图样中有间隔均匀的加强、减弱区，而衍射图样相当于从衍射孔处有一个新的波源．
【考题延伸】利用发波水槽得到的水面波形如图甲、乙所示，则(　　)   A．图甲、乙均显示了波的干涉现象B．图甲、乙均显示了波的衍射现象C．图甲显示了波的干涉现象，图乙显示了波的衍射现象D．图甲显示了波的衍射现象，图乙显示了波的干涉现象
【答案】D　【解析】图甲中可以看出只有一条狭缝，是一列波的传播，水波发生明显的衍射现象；图乙中有两个振源，是两列波的传播，在重叠区域，有些区域振动加强，有些区域振动减弱，是干涉现象，故D正确．素养点评：本题通过考查波的衍射与干涉现象的比较，培养学生的“科学思维”素养．
课堂小练 | 素养达成
1．(多选)下列现象中利用波的反射的是(　　)A．在水里的人能听到岸上的声音B．医生给病人做超声波检查C．渔民利用声波探测鱼群D．潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况【答案】BCD　【解析】在水里的人能听到岸上的声音是利用了声波的折射，超声波检查身体、潜艇中的声呐都是利用了超声波的反射，渔民利用声波探测鱼群利用了声波的反射，故A错误，B、C、D正确．
2．(2020年新余一中检测)在室内讲话的声音比在室外空旷处讲话的声音要洪亮，是因为(　　)A．室内空气不流动　　　　B．室内声音多次反射C．室内声音发生折射 D．室内物体会吸附声音【答案】B　【解析】在室内听到的声音洪亮是因为声波在室内墙壁上经过多次反射而得到加强，故B正确．
3．(多选)下列说法正确的是(　　)A．波发生反射时，波的频率不变，波速变小，波长变短B．波发生反射时，频率、波长、波速均不变C．波发生折射时，波的频率不变，但波长、波速发生变化D．波发生折射时，波的频率、波长、波速均发生变化【答案】BC　【解析】波发生反射时，在同一种介质中传播，因此波长、波速和频率不变；波发生折射时，频率不变，波速和波长发生变化．故A、D错误，B、C正确．
4.(多选)一列水波通过某孔的实际情况如图所示，现把孔的尺寸变小，或者把水波的波长变大，水波通过孔后的假想情况如图中四幅图所示，其假想错误的图示有(　　)   A．孔变小　　B．孔变小　　C．波长变大　D．波长变大【答案】BD　
【解析】衍射现象是普遍存在的．波遇到障碍物时都有绕过障碍物的特性，即衍射现象，但只有当障碍物或孔的尺寸比波长小或差不多时才能观察到明显的衍射现象．
5．在空旷的广场上有一堵较高大的墙MN，墙的一侧O点有一个正在播放男女声合唱歌曲的声源．某人从图中A点走到墙后的B点，在此过程中，如果从声波的衍射来考虑，则会听到(　　)A．声音变响，男声比女声更响B．声音变响，女声比男声更响C．声音变弱，男声比女声更弱D．声音变弱，女声比男声更弱【答案】D　【解析】由于MN很高大，故衍射现象比较弱，由于女声音调更高，波长更小，所以衍射更不明显．
6．(2020年嘉定区校级期中)如图所示，分别用实线和虚线表示的两列水波在水中相遇．某时刻，A位置刚好为两列波各自的第一个波峰相遇处，则A位置(　　)A．始终保持在平衡位置上方B．始终是振动加强点C．始终是振动减弱点D．既不是始终加强也不是始终减弱【答案】D　
7．(2020年奉贤区一模)如图所示，实线表示波源S1、S2发出的两列水波的波峰位置，则图中(　　)A．a、b均为振动减弱B．a、b均为振动加强C．a振动加强，b振动减弱D．a振动减弱，b振动加强【答案】D　【解析】图示时刻，a点是S1的波谷与S2的波峰相遇，振动减弱；b点是波谷与波谷相遇，振动加强．故A、B、C错误，D正确．
8．(多选)如图所示，S1、S2是振动情况完全相同的两个机械波波源，振幅为A.a、b、c三点分别位于S1、S2连线的中垂线上，且ab＝bc.某时刻a是两列波波峰的相遇点，c是两列波波谷的相遇点，则(　　)A．a处质点的位移始终为2AB．c处质点的位移始终为－2AC．b处质点的振幅为2AD．c处质点的振幅为2A【答案】CD