高考物理模型全归纳 第95讲+机械波的干涉、衍射与多普勒效应的应用

高考物理全归纳——模型专题

在高中物理教学中，引导学生认识、理解和建立“物理模型”，是培养学生创造性思维和创新能力的有效途径。

一、什么是物理模型

自然界中事物与事物之间总是存在着千丝万缕的联系，并都处在不断的变化之中。面对复杂多变的自然界，进行科学研究时，总是遵循这样一条重要的原则，即从简到繁，先易后难，循序渐进，逐次深入。

物理模型有三个类型：（1）物理研究对象的理想化（对象模型）；（2）物理条件的理想化（条件模型）；（3）物理过程的理想化（过程模型）

二、为什么要建立物理模型

1、帮助学生掌握学习方法      2、落实“过程与方法”的教学目标

3、提高学生解决问题能力

三、如何帮助学生的建立物理模型

（一）提高认识，重视过程：

对研究对象建立理想的物理模型和在研究物理过程中选择最简单的物理模型，在教学中是经常涉及到的，但学生总不能从中得到启示。

（二）概括总结，触类旁通：

新课程提出高中阶段应给学生更多的空间，让学生较独立地进行科学探究，培养学生的自主探究、自主学习、自已解决问题的能力。

第95讲 机械波的干涉、衍射与多普勒效应的应用

1．（2022•上海）在单缝衍射实验中，仅减小单缝的宽度，则屏上（　　）

A．条纹变宽，光强增强 B．条纹变窄，光强增强 

C．条纹变宽，光强减弱 D．条纹变窄，光强减弱

2．（浙江）“B超”可用于探测人体内脏的病变状况。如图是超声波从肝脏表面入射，经折射与反射，最后从肝脏表面射出的示意图。超声波在进入肝脏发生折射时遵循的规律与光的折射规律类似，可表述为（式中θ1是入射角，θ2是折射角，ν1，ν2为别是超声波在肝外和肝内的传播速度），超声波在肿瘤表面发生反射时遵循的规律与光的反射规律相同。已知ν2＝0.9v1，入射点与出射点之间的距离是d，入射角为i，肿瘤的反射面恰好与肝脏表面平行，则肿瘤离肝脏表面的深度h为（　　）

A． B． 

C． D．

一.知识回顾

1．波的独立传播原理

两列波相遇后彼此穿过，仍然保持各自的运动特征，即各自的波长、频率等保持不变，继续传播，就像没有跟另一列波相遇一样。

2．波的叠加

几列波相遇时能够保持各自的运动特征，即各自的波长、频率等保持不变，继续传播，在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移(速度、加速度)等于这几列波单独传播时引起的位移(速度、加速度)的矢量和。

3．波的干涉和衍射的比较

4.波的干涉中加强点与减弱点的比较

5．波的干涉中加强点和减弱点的判断方法

(1)图像法：在某时刻的波形图上，波峰与波峰(或波谷与波谷)的交点是加强点，波峰与波谷的交点是减弱点。加强点或减弱点各自连接形成加强线和减弱线，以两波源为中心向外辐射，两种线互相间隔，这就是干涉图样，如图所示。加强点与减弱点之间各质点的振幅介于加强点与减弱点的振幅之间。

(2)公式法

①当两个相干波源的振动步调一致时，到两个波源的距离之差Δx＝nλ(n＝0,1,2，…)处是加强区，Δx＝(2n＋1)(n＝0,1,2，…)处是减弱区。

②当两个相干波源的振动步调相反时，到两个波源的距离之差Δx＝(2n＋1)(n＝0,1,2，…)处是加强区，Δx＝nλ(n＝0,1,2，…)处是减弱区。

4多普勒效应　

①定义：波源与观察者相互靠近或者相互远离时，观察者接收到的波的频率发生变化的现象

叫作多普勒效应。

②规律：观察者观测到的频率，等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数。波源的频率不变，只是观测到的波的频率发生变化。如果二者相互靠近，观测到的频率变大；如果二者相互远离，观测到的频率变小。

③应用：利用声波的多普勒效应可以测定车辆行驶的速度；利用光波的多普勒效应可以判断遥远天体相对地球的运行速度。

二.例题精析

题型一：干涉与衍射、多普勒效应的区别

例1．关于机械波的特性，下列说法正确的是（　　）

A．只有波长比障碍物的尺寸小或相差不多的时候才会发生明显的衍射现象 

B．火车鸣笛时向我们驶来，听到的笛声频率将比声源发出的频率低 

C．向人体内发射频率已知的超声波被血管中的血液反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化就能知道血液的速度，这种方法应用的是多普勒效应             

D．只要是性质相同的波，都可以发生干涉

题型二：机械波干涉的定性判定

（多选）例2．水槽中，与水面接触的两根相同细杆固定在同一个振动片上。振动片做简谐振动时，两根细杆周期性触动水面形成两个波源。两波源发出的波在水面上相遇，在重叠区域发生干涉并形成了干涉图样。关于两列波重叠区域内水面上振动的质点，下列说法正确的是（　　）

A．不同质点的振幅都相同 

B．不同质点振动的频率都相同 

C．不同质点振动的相位都相同 

D．不同质点振动的周期都与振动片的周期相同

题型三：机械波干涉的定量计算

例3．一振动片以频率f做简谐振动时，固定在振动片上的两根细杆同步周期性地触动水面上a、b两点，两波源发出的波在水面上形成稳定的干涉图样。c是水面上的一点，a、b、c间的距离均为l，如图所示。已知波的波长为，除c点外，bc边上还有其他振幅极大的点。则波的传播速度为 　   　，bc边上还有 　   　个振幅极大的点（b、c均不算入）。

三.举一反三，巩固练习

1. 如图所示为观察水面波衍射的实验装置，AC和BD是两块挡板，AB是一个小孔，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，则对波经过孔后的传播情况，下列描述正确的是（　　）

A．挡板前后波纹间距不等 

B．此时不能观察到明显的衍射现象 

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

2. 如图，P为桥墩，A为靠近桥墩浮在水面的叶片，波源S连续振动，形成水波，此时叶片A静止不动。为使水波能带动叶片振动，可用的方法是（　　）

A．增大波源振幅 B．减小波源振幅 

C．减小波源距桥墩的距离 D．降低波源频率

3. 关于波的反射与折射，下列说法正确的是（　　）

A．入射波的波长一定等于反射波的波长，其频率不变 

B．入射波的波长一定小于反射波的波长，其频率不变 

C．入射波的波长一定大于折射波的波长，其频率不变 

D．入射波的波长一定小于折射波的波长，其频率不变

4. 下列关于波的说法正确的是（　　）

A．波在任何情况下都能发生明显的衍射现象 

B．波在任何情况下都能发生干涉现象 

C．频率相同的两列波，一定不能形成干涉图样 

D．机械波的传播必须依赖介质

5. 如图所示，S1和S2是湖面上两个完全相同的水波的波源，MN是足够长的湖岸，水波的波长为2m，S1与S2的连线与湖岸垂直，S1S2＝7.7m，则岸边始终平静的位置共有（　　）

A．7处 B．8处 C．9处 D．无数处

6. 如图所示是水波干涉示意图，S1、S2是两波源，A、D、B三点在一条直线上，两波源频率相同，振幅相等，下列说法正确的是（　　）

A．质点A一会儿在波峰，一会儿在波谷 

B．质点B一直在波谷 

C．质点C一会儿在波峰，一会儿在波谷 

D．质点D一直在平衡位置

7. 如图，两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播，波速均为0.4m/s，两个波源分别位于x＝﹣0.2m和x＝1.2m处，波源的振幅均为3cm。图为0时刻两列波的图像，此刻平衡位置在x＝0.2m和x＝0.8m的P、Q两质点恰好开始振动。质点M的平衡位置处于0.5m处。关于各质点运动情况判断正确的是（　　）

A．质点P、Q起振方向相反 

B．t＝0.75s时刻，质点P、Q都运动到M点 

C．t＝1.5s时刻，质点M的位移为3cm 

D．在0～1.5s时间内，质点M运动的路程为18cm

8. 关于下列物理现象的说法正确的是（　　）

A．“闻其声而不见其人”的现象是由声波的干涉导致的 

B．为防止物体共振的发生，尽量使驱动力的频率与物体固有频率一致 

C．汽车过一排等间距的减速带时，车速越大振幅越大 

D．医学上采用“彩超”的方式测血流流速，是利用了超声波的多普勒效应

9. 下列说法正确的是（　　）

A．单色光在介质中传播时，介质的折射率越大，光的传播速度越小 

B．观察者靠近声波波源的过程中，接收到的声波频率小于波源频率 

C．同一个双缝干涉实验中，蓝光产生的干涉条纹间距比红光的大 

D．两束频率不同的光，可以产生干涉现象

10. 超声波由水中向空气中传播时，会发生类似于光由光密介质向光疏介质传播的折射及全反射现象，也满足折射定律（其中α、β分别为超声波在水中的入射角和空气中的折射角，v1、v2分别为超声波在空气中和水中的传播速度）．已知超声波在水中的传播速度约为空气传播速度的4倍，一潜艇静止在水下深度为H的地方，其发出的超声波会向水面传播，若将潜艇看作是一个点声源，求在水面多大面积的区域内有该潜艇发出的超声波从水中传出．