波的特有現象教學(xué)及試題

　　【要求】

　　1.了解波的反射、折射現象。

　　2.知道波的特有現象---干涉和衍射現象

　　3.熟悉多普勒效應的特點(diǎn)

　　【知識再現】

　　一、 波的反射與折射

　　1．波面與波線(xiàn)

　�。�1）沿各個(gè)方向傳播的同一波的波峰(或波谷)在同一時(shí)刻構成的圓面叫波陣面（波面）。

　�。�2）垂直波面、指向波的傳播方向的直線(xiàn)叫做波線(xiàn)，波線(xiàn)用來(lái)表示波的傳播方向.

　　2．波的反射

　�。�1）波遇到障礙物會(huì )返回來(lái)繼續傳播的現象叫做波的反射。

　�。�2）波的反射中，反射角跟入射角相等.反射波的波長(cháng)、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(shí)，傳播的方向會(huì )發(fā)生改變，這種現象叫做波的折射。

　�。�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：在兩列波相遇的區域里，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都將參與兩列波引起的振動(dòng)，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(lái)的運動(dòng)狀態(tài)。

　　2．波在相遇區域里，不干擾，有獨立性。

　　三、 波的干涉

　　1．產(chǎn)生穩定干涉的條件：兩列波的 。

　　2．現象：兩列波相遇時(shí)，某些區域振動(dòng)總是加強，某些區域振動(dòng)總是減弱，并且振動(dòng)加強和減弱區互相 ，形成穩定的干涉圖樣。

　　3．在干涉現象中：凡到兩波源的路程差為

　　處，振動(dòng)加強；凡到兩波源的路程差為 處，振動(dòng)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)生穩定的干涉圖樣，干涉是疊加的一個(gè)特例。

　　四、 波的衍射

　　1．現象：波傳播過(guò)程中偏離 繞過(guò)障礙物的現象叫衍射。

　　2．產(chǎn)生明顯衍射現象的條件是： （或小孔）的尺寸比 或能夠與波長(cháng)相比較．

　　五、多普勒效應

　　1．多普勒效應：由于波源和觀(guān)察者之間有 ，使觀(guān)察者感到波的 發(fā)生變化的現象，叫做多普勒效應。

　　2．當波源和觀(guān)察者相對靜止時(shí)，觀(guān)察者接收到的頻率 波源的頻率。當波源和觀(guān)察者相對靠近時(shí)，觀(guān)察者接收到的頻率 波源的頻率。當波源和觀(guān)察者相對遠離時(shí)，觀(guān)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。

　　4．設波源S振動(dòng)的頻率為f，波源和觀(guān)察者A沿同一直線(xiàn)運動(dòng)，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(guān)察者接收到的頻率為 .

　　知識點(diǎn)一波的干涉特點(diǎn)

　　1．產(chǎn)生穩定干涉的條件：兩列波的頻率必須相同，相差恒定。

　　2．振動(dòng)加強區和減弱區

　�。�1）加強區：當兩相干波源振動(dòng)步調完全一致時(shí)，在兩列波相遇的區域中的某一點(diǎn)P與兩波源S1和S2的距離差滿(mǎn)足S1P-S2P=nλ (n=0,1,2 ... )，

　　P為振動(dòng)加強的點(diǎn)，這些點(diǎn)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：當兩相干波源振動(dòng)步調完全相同時(shí)，若P點(diǎn)滿(mǎn)足S1P-S2P=（2 n+1）λ/2 (k=0,1,2,3...)，則P點(diǎn)為減弱點(diǎn)，這些點(diǎn)的振幅為A= A1-A2，特別地，當兩列波振幅相同(A1=A2）時(shí)，振動(dòng)減弱點(diǎn)的合振動(dòng)振幅A=A1-A2=0，根本不振動(dòng)．

　　注意：①振動(dòng)加強區和減弱區是穩定的，兩區城相互間隔，交替出現．

　�、谡駝�(dòng)加強和減弱的點(diǎn)的位移并不總等于A(yíng)1+A2和 A1 -A2，因為這些點(diǎn)在不停地振動(dòng)．這個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位移在（A1十A2）和-（A1+A2）之間變化，是個(gè)振動(dòng)加強的點(diǎn)．

　�、蹆烧裨吹恼駝�(dòng)情況相反，上述結論也相反。

　　【應用1】如圖所示，S1和S2是湖面上兩個(gè)完全相同的水波的波源，MN是足夠長(cháng)的湖岸，水波的波長(cháng)為2m，S1與S2的連線(xiàn)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(wú)數處

　　導示:岸邊到兩個(gè)波源距離差（波程差）為半波長(cháng)的奇數倍的地方是始終平靜的（振動(dòng)減弱區）。O點(diǎn)的波程差最大，為5m，其左右各有波程差為3m、1m的平靜地點(diǎn)，所以始終平靜處一共5處。

　　故選C.

　　類(lèi)型一波的折射問(wèn)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°，當入射波的波長(cháng)為10厘米，那么折射波的波長(cháng)是多少?

　　導示:根據折射定律 = ，又V＝λf

　　有 = = λ2＝10 厘米.

　　類(lèi)型二波的疊加問(wèn)題的理解

　　【例2】在一根繩子上相向傳播著(zhù)兩個(gè)波長(cháng)相等的半波長(cháng)的橫波。在某時(shí)刻，兩個(gè)橫波傳播到繩上的AB段時(shí)，繩子看起來(lái)是完全平直的。則（ ）

　　A.此時(shí)在繩子AB段上，有些質(zhì)點(diǎn)速度不為零

　　B.此時(shí)在繩子AB段上，所有的質(zhì)點(diǎn)速度都為零

　　C.在這以后，繩子＿L仍有兩個(gè)半波長(cháng)的橫波向相反方向傳播

　　D.在這以后，繩子將繼續保持平直狀態(tài)

　　導示: 波長(cháng)、振幅均相等的兩列半波長(cháng)的橫波I和Ⅱ沿繩分別向右、向左傳播。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，它們均傳到AB段，此刻，兩列波在A(yíng)B段各點(diǎn)處分別引起的相時(shí)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）。根據波的疊加原理可知，AB段各點(diǎn)的總位移等于兩個(gè)分位移的矢量和，均為零，所以AB段的繩子看起來(lái)是平直的；AB段各點(diǎn)總的振動(dòng)速度等于兩個(gè)分振動(dòng)速度的矢量和，故在A(yíng)B段中點(diǎn)C處速度為零，其他各點(diǎn)速度均不為零。在A(yíng)C段各點(diǎn)速度均向下，且越靠近A點(diǎn)速度越大；在CB段各點(diǎn)速度方向均向上，且越靠近B點(diǎn)速度越大。此刻AB段各點(diǎn)總的位移和速度如圖所示。因為AB段上除中點(diǎn)C外均在運動(dòng)著(zhù)，所以此刻在A(yíng)B上仍然有兩個(gè)半波長(cháng)的橫波在向右和向左傳播著(zhù)，故選項A,C正確。

　　答案：AC

　　解答這類(lèi)問(wèn)題，一般先畫(huà)出兩列波疊加時(shí)的各自的波形，然后根據兩列波疊加時(shí)的位移關(guān)系，然后確定振動(dòng)的合位移，從而確定波形或其它振動(dòng)參量。

　　類(lèi)型三波的干涉圖象問(wèn)題

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

　�。ˋ）b處的振動(dòng)永遠互相減弱

　�。˙）a處永遠是波峰與波峰相遇

　�。–）b處在此時(shí)刻是波谷與波谷相遇

　�。―）c處的振動(dòng)永遠相互減弱

　　導示:b處此刻是波谷和波谷相遇，位移為負的最大值，振動(dòng)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(guò)半個(gè)周期后變成波谷與波谷相遇，始終是振動(dòng)加強的點(diǎn)，并非永遠是波峰與波峰相遇的點(diǎn)，選項B錯誤。c處此刻是波峰與波谷相遇，過(guò)半個(gè)周期后是波谷與波峰相遇，它們的振動(dòng)永遠互相減弱，選項D正確。

　　故選C、D

　　所謂加強和減弱的區別是指振幅大小的區別。這里要將振幅和位移區分開(kāi)，不能混為一談。振幅是指振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)所能達到的最大位移，既使在振動(dòng)最強處，質(zhì)點(diǎn)的位移仍做周期性變化，甚至可以為零；振動(dòng)最弱的點(diǎn)，位移總是零。

　　類(lèi)型三波的衍射條件的理解

　　【例4】圖是觀(guān)察水面波衍射的實(shí)驗裝置，AC和BD是兩塊擋板，AB是一個(gè)孔，O是波源。圖中已畫(huà)出波源所在區域波的傳播情況，每?jì)蓷l相鄰波紋（圖中曲線(xiàn)）間的距離表示一個(gè)波長(cháng)，則波經(jīng)過(guò)孔之后的傳播情況，下列說(shuō)法中正確的是（ ）

　　A、此時(shí)能明顯觀(guān)察到波的衍射現象

　　B、擋板前后波紋間距離相等

　　C、如果將孔AB擴大，有可能觀(guān)察不到明顯的衍射現象

　　D、如果孔的大小不變，將波源的頻率增大，將能更明顯地觀(guān)察到衍射現象

　　導示:此時(shí)孔的尺寸與波長(cháng)相近，能觀(guān)察到明顯的衍射現象，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(huì )使波長(cháng)變小，更加符合明顯衍射條件，所以D選項錯誤。所以選ABC.

　　1．人在室內講話(huà)的聲音比在室外空曠處講話(huà)聲音要宏亮，是因為( )

　　A．室內空氣不流動(dòng) B．室內聲音多次反射

　　C．室內聲音發(fā)生折射 D．室內物體會(huì )吸收聲音

　　2．一列波以60°的入射角入射到兩種介質(zhì)的交界面上，反射波剛好跟折射波垂直，若入射波的波長(cháng)為0.6米，那么折射波的波長(cháng)為 米，反射波的波長(cháng)為 米.

　　3．（云南省昆明地區2008高三物理第三次月考試題）兩列簡(jiǎn)諧橫波，波速大小均為20m/s，圖為某時(shí)刻兩列波的波動(dòng)圖象，一列波沿著(zhù)x軸向右傳播（實(shí)線(xiàn)所示），另一列沿著(zhù)x軸向左傳播（虛線(xiàn)所示），下列說(shuō)法不正確的是（ ）

　　A．兩列波的頻率均為2.5Hz

　　B．兩列波在b、d點(diǎn)處振動(dòng)加強，在a、c點(diǎn)振動(dòng)減弱

　　C．此時(shí)刻b、d點(diǎn)處的質(zhì)點(diǎn)速度為0，a、c點(diǎn)處質(zhì)點(diǎn)速度最大

　　D．經(jīng)過(guò)0.1s，a處質(zhì)點(diǎn)在波峰，c處質(zhì)點(diǎn)在波谷

　　4．（揚州市2007第二學(xué)期高三調研測試）由兩個(gè)完全相同的波源s1與S2發(fā)出的兩列機械波在同種介質(zhì)中傳播，某時(shí)刻的情況如圖所示，其中實(shí)線(xiàn)表示波峰，虛線(xiàn)表示波谷，下列說(shuō)法正確的是（ ）

　　A．處于波峰與波峰相遇處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)一定最強

　　B．處于波谷與波谷相遇處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)一定最弱

　　C．振動(dòng)最強的質(zhì)點(diǎn)的位移始終最大，大小為每一列波振幅的2倍

　　D．振動(dòng)最弱的質(zhì)點(diǎn)就是該時(shí)刻處于波峰與波谷的交點(diǎn)。除此之外沒(méi)有其它質(zhì)點(diǎn)

　　5．a(chǎn)為聲源，發(fā)出聲波；b為接收者，接收a發(fā)出的聲波。a、b若運動(dòng)，只限于在沿兩者連線(xiàn)方向上，下列說(shuō)法正確的是 （ ）

　　A．a(chǎn)靜止，b向a運動(dòng)，則b收到的聲頻比a發(fā)出的高

　　B．a(chǎn)、b向同一方向運動(dòng)，則b收到的聲頻一定比a發(fā)出的高

　　C．a(chǎn)、b向同一方向運動(dòng)，則b收到的聲頻一定比a發(fā)出的低

　　D．a(chǎn)、b都向相互背離的方向運動(dòng)，則b收到的聲頻比a發(fā)出的高

　　參考答案：1．B 2．0.35米 0.6米

　　恒定電流

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