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    高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第三章 机械波4 波的干涉教案配套ppt课件

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    这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第三章 机械波4 波的干涉教案配套ppt课件,共37页。PPT课件主要包含了运动特征,矢量和,相位差,振动方向,保持不变,频率已知,反射波,变化的多少,频率变化,波的叠加等内容,欢迎下载使用。

    一、波的干涉1.填一填(1)波的叠加①波的独立性原理两列波相遇后彼此穿过,仍然______各自的__________,继续传播。②波的叠加原理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、_______恒定、__________相同的两列波叠加时,某些区域的振动______、某些区域的振动_______的现象。②干涉图样:波的干涉形成的稳定图样。③稳定干涉条件a.两列波的频率必须_______。b.两个波源的相位差必须__________。④干涉的普遍性:一切波都能够发生干涉,干涉是____特有的现象。
    2.判一判(1)两列波相遇后各自的振动特点会受到影响。( )(2)在两列波重叠的区域里,任何一个质点的位移都等于原来位移的2倍。( )(3)两列波叠加时,质点的位移一定增大。( )
    3.选一选两波源S1、S2在水槽中形成的波形如图所示,其中实线表示波峰,虚线表示波谷,则(  ) A.在两波相遇的区域中会产生稳定干涉B.在两波相遇的区域中不会产生稳定干涉C.a点的振动始终加强D.a点的振动始终减弱解析:由题图可知,两列波的波长不相等,由v=λf,知f不相等,不满足波产生稳定干涉的条件,故B正确。答案:B 
    二、多普勒效应1.填一填(1)多普勒效应:波源与观察者互相靠近或者互相远离时,观察者接收到的波的______发生变化的现象。(2)多普勒效应产生的原因:当波源与观察者相对静止时,1 s 内通过观察者的波峰(或密部)的数目是_____的,观察到的频率_____波源振动的频率。当波源与观察者相向运动时,1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目_____,观察到的频率_____;反之,当波源与观察者互相远离时,观察到的频率_____。
    (3)多普勒效应的应用①测车辆速度:交警向行进中的车辆发射_________的超声波,同时测量______的频率,根据反射波频率____________就能知道车辆的速度。②测血流速度:向人体内发射_________的超声波,超声波被血管中的血流_____后又被仪器接收,测出反射波的__________就可得血流速度。③测星球速度:测量星球上某些元素发出的光波的______,然后与地球上这些元素_____时发光的频率对照,可得星球的速度。2.判一判(1)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)只有横波才能发生多普勒效应。( )(3)只有声波才能发生多普勒效应。( )
    3.想一想炮弹由远处飞来从头顶呼啸而过的整个过程中,我们所听到的音调会发生怎样的变化?为什么?提示:波源与观察者距离的变化会引起接收频率的变化,频率的变化会引起音调的变化,由于炮弹离我们先变近后变远,所以音调先变高后变低。
    [学透用活]1.波的独立传播特性两列波相遇后,每列波仍像相遇前一样,保持各自原来的波形,继续向前传播。2.波的叠加(1)波的叠加原理在两列波重叠的区域里,任何一个质点同时参与两个振动,其振动位移等于这两列波分别引起的位移的矢量和,当两列波振动方向在同一直线上时,这两个位移的矢量和在选定正方向后可简化为代数和。
    (2)波在叠加时的特点①位移是几列波分别产生位移的矢量和。②各列波独立传播。③两列同相波叠加,振动加强,振幅增大。(如图1所示)④两列反相波叠加,振动减弱,振幅减小。(如图2所示)
    [解析] 两列波在同一介质中传播,波速相等,同时到达中点P,A正确;因波长不同,当a的波峰到达S2时,b的波峰已越过S1,B错误;由于a的波长大于b的波长,两列波在P点叠加时两列波的波峰不可能同时到达P点,所以P点的位移最大不可能达A1+A2,C错误;两列波相遇时,两列波峰同时到达P点的左侧,叠加后位移达到最大值,所以两列波相遇时,绳上位移可达A1+A2的点只有一个,而且此点在P点的左侧,D正确。[答案] AD
    [对点练清]1.两列沿相反方向传播的、振幅和波长都相同的半波(如图甲),在相遇的某一时刻(如图乙)两列波“消失”,此时图中a、b质点的振动方向是(  )A.a向上,b向下      B.a向下,b向上C.a、b都静止 D.a、b都向上解析:根据振动与传播方向关系知,两列波在a点引起的振动方向均向下,在b点引起的振动方向均向上,故B正确。答案:B
    2.波源甲、乙分别在一根水平放置的绳的左右两端,两波源发出的波在绳中的传播速度均是1 m/s,在t=0时刻绳上的波形如图中(a)所示,则根据波的叠加原理,以下叙述中正确的是 (  )A.当t=2 s时,波形如图①所示,当t=4 s时,波形如图②所示B.当t=2 s时,波形如图①所示,当t=4 s时,波形如图③所示C.当t=2 s时,波形如图②所示,当t=4 s时,波形如图①所示D.当t=2 s时,波形如图②所示,当t=4 s时,波形如图③所示解析:由题知v=1 m/s,则t=2 s时,两列波正好重叠,叠加后各质点位移为0,图①错,图②对;t=4 s时,两列波已相互错开,互不影响,图③正确。答案:D
    3.[多选]在同一均匀介质中,有A、B两列孤立波相向传播,波速大小相同,振幅分别为A1、A2,某时刻的波形和位置如图所示,则下列说法正确的有 (   )A.两列波在传播到x=6 m处开始相遇B.两列波在传播到x=6.5 m处开始相遇C.x=6 m处的质点在振动过程中振幅为A1+A2D.x=6.5 m处的质点在振动过程中振幅为A1+A2解析:因为两者速度相同,故两者走的路程相同,都传播了3 m,所以在x=6 m处相遇,x=6.5 m的质点正好是波峰和波峰相遇叠加,在振动过程中振幅为A1+A2,故A、D正确。
    [学透用活]1.关于干涉的条件(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。但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。(2)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。
    2.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,并不振动,水面保持平静。
    3.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。
    [解析] 在波峰和波峰或波谷和波谷相遇的地方,振动加强;波峰和波谷相遇的地方振动减弱,则M、Q点均为振动加强点,N点为振动减弱点。MQ连线为振动加强区,所以P点也是振动加强点,振动加强点的振幅等于两列波的振幅之和。振动减弱点的振幅等于两列波的振幅之差的绝对值。由于两列波的振幅相同,故N点振幅为零,即N点静止不动,A、B正确;在波的传播过程中,质点不随波迁移,C错误;M点振动始终加强,D错误。[答案] AB
    [对点练清]1.如图所示为两列相干水波在 t=0时刻的叠加情况,其中实线表示波峰,虚线表示波谷。若两列波的振幅均保持5 cm不变,波速和波长分别为1 m/s和0.5 m,C点是BD连线的中点。则下列说法正确的是(  )A.A、D点振动始终加强,B点振动始终减弱B.C点始终保持静止不动C.t=0时刻,A、B两点的竖直高度差为10 cmD.在t=0至t=0.25 s的时间内,B点通过的路程为20 cm
    2.(2023·浙江1月选考)主动降噪耳机能收集周围环境中的噪声信号,并产生相应的抵消声波。某一噪声信号传到耳膜的振动图像如图所示,取得最好降噪效果的抵消声波(声音在空气中的传播速度为340 m/s) (  )A.振幅为2AB.频率为100 HzC.波长应为1.7 m的奇数倍D.在耳膜中产生的振动与图中所示的振动同相
    解析:题图甲中两手开始振动时的方向相同,则题图甲中分叉点是振动加强的位置,所以A、B错误;题图乙中两手开始振动时的方向恰好相反,则题图乙中分叉点是振动减弱的位置,则在分叉点的右侧终见不到明显的波形,所以C正确,D错误。答案:C 
    3.如图(a),在xy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(b)和图(c)所示。两列波的波速均为 1.00 m/s。两列波从波源传播到点A(8,-2)的路程差为________ m,两列波引起的点B(4,1)处质点的振动相互________(填“加强”或“减弱”),点C(0,0.5)处质点的振动相互________(填“加强”或“减弱”)。
    [学透用活]1.波源频率波源完成一次全振动,向外发出一个波长的波,称为一个完全波。频率表示单位时间内完成的全振动的次数。因此波源的频率又等于单位时间内波源发出的完全波的个数。2.接收频率(1)波源和观察者相对静止。观察者接收到的频率等于波源的频率。
    (2)波源和观察者有相对运动。观察者在单位时间内接收到的完全波的个数发生变化,即感觉到波的频率发生变化。波源与观察者如果相互靠近,观察者接收到的频率增大;二者如果相互远离,观察者接收到的频率减小。3.音调音调由频率决定,频率高则音调高,频率低则音调低。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。
    [典例3] [多选]如图所示,男同学站立不动吹口哨,一位女同学坐在秋千上来回摆动,下列关于女同学的感受的说法正确的是 (  )A.女同学从A向B运动过程中,她感觉哨声音调变高B.女同学从E向D运动过程中,她感觉哨声音调变高C.女同学在C点向右运动时,她感觉哨声音调不变D.女同学在C点向左运动时,她感觉哨声音调变低[解析] 女同学荡秋千的过程中,只要她有向右的速度,她就有靠近声源的趋势,根据多普勒效应,她都感到哨声音调变高;反之女同学向左运动时,她感到音调变低。选项A、D正确,B、C错误。[答案] AD
    [规律方法]观察者接收到的频率的判断(1)声音的音调取决于频率,频率高则音调高,频率低则音调低。(2)当波源与观察者相互靠近时,观察者接收到的频率大于波源频率,音调变高;反之,观察者接收到的频率小于波源频率,音调变低。   
    [对点练清]1.有经验的铁路养护人员可以从火车鸣笛的声音判断火车的行驶方向。他所利用的是声波的(  )A.干涉现象     B.衍射现象C.多普勒效应 D.反射现象解析:据多普勒效应现象,当火车运动方向靠近养护人员时,他听到的声音音调较高,火车远离养护人员时,他听到的声音音调较低。答案:C 
    2.[多选]一渔船向鱼群发出超声波,若鱼群正向渔船靠近,则被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比(  )A.波速变大     B.波速不变C.频率变高 D.频率不变解析:渔船与鱼群发生相对运动,被鱼群反射回来的超声波的速度大小不变;由多普勒效应知,反射回来的超声波的频率变高,故选项B、C正确。答案:BC
    3.[多选]下列选项与多普勒效应有关的是 (  )A.科学家用激光测量月球与地球间的距离B.医生利用超声波探测病人血管中血液的流速C.技术人员用超声波探测金属、陶瓷、混凝土中是否有气泡D.交通警察向车辆发射超声波并通过测量反射波的频率确定车辆行进的速度解析:A选项科学家用激光测量月球与地球间的距离是利用了波的反射原理,故选项A错误;选项B、D利用了超声波的多普勒效应,故B、D正确;选项C利用了超声波波长短,穿透能力强的特点,故C错误。答案:BD
    一、干涉型消声器的原理(科学思维)消除噪声污染是当前环境保护的一个重要课题。干涉型消声器可用来消弱高速气流产生的噪声。它的结构及气流运行情况如图所示,产生的波长为λ的声波沿水平管道自左向右传播。在声波到达a处时,分成两束相干波,它们分别通过r1和r2的路程,再在b处相遇。要达到消弱噪声的目的,路程差Δr=r2-r1应为 (  )A.波长的整数倍    B.波长的奇数倍C.半波长的奇数倍 D.半波长的偶数倍
    解析:根据干涉特点知,两相干涉源的距离差为波长的整数倍时,此点为振动增强点,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,本题为消除噪声,要减弱声音,所以C正确,D错误。答案:C 
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