1、专题三波的特有现象超声波专题三波的特有现象超声波 知识自主知识自主梳理梳理一、波的叠加一、波的叠加1波的独立传播原理：两列波相遇前、相遇过程中和波的独立传播原理：两列波相遇前、相遇过程中和相遇后，各自的相遇后，各自的 不发生任何变化不发生任何变化.2叠加原理：在两列波重叠的区域里，任何一个质点叠加原理：在两列波重叠的区域里，任何一个质点都同时参与两列波引起的振动，其振动的位移为两列波单独都同时参与两列波引起的振动，其振动的位移为两列波单独存在引起的位移的存在引起的位移的 运动状态运动状态矢量和矢量和二、波的干涉和衍射二、波的干涉和衍射波的干涉波的干涉波的衍射波的衍射条条件件频率频率 的两列同性
2、的两列同性质的波相遇质的波相遇明显条件：障碍物或孔明显条件：障碍物或孔的的 比波长小比波长小或相差不多或相差不多现现象象两列波相遇时，某些区两列波相遇时，某些区域振动总是域振动总是 ，某，某些区域振动总是些区域振动总是 ，且呈现加强和减弱区域且呈现加强和减弱区域 的现象的现象波波 或孔或孔继续向前传播继续向前传播尺寸尺寸相同相同加强加强绕过障碍物绕过障碍物减弱减弱互相间隔互相间隔 重点辨析重点辨析干涉现象是波叠加的特殊现象，若不满足干涉条件，干涉现象是波叠加的特殊现象，若不满足干涉条件，只能发生叠加现象衍射始终存在，有明显和不明显之分，只能发生叠加现象衍射始终存在，有明显和不明显之分，干涉和衍
3、射是波特有的现象，一切波都能发生干涉和衍射是波特有的现象，一切波都能发生三、声波三、声波1声波：声源的振动在声波：声源的振动在 的传播声波是纵的传播声波是纵波，是机械波的一种波，是机械波的一种2声速：声波在空气中的传播速度约为声速：声波在空气中的传播速度约为 .声声速与速与 有关，与有关，与 无关无关3声波的分类声波的分类(1)可闻声波：频率范围在可闻声波：频率范围在 的声的声波波(2)超声波：频率高于超声波：频率高于 Hz的声波，可用于的声波，可用于工程质量检测及疾病的诊断工程质量检测及疾病的诊断 (3)次声波：频率低于次声波：频率低于 Hz的声波的声波4人耳能够把回声与原声区别开来的最小时
4、间间隔为人耳能够把回声与原声区别开来的最小时间间隔为 .介质中介质中340 m/s介质介质频率频率20 Hz20000 Hz20000200.1_s四、多普勒效应四、多普勒效应1定义：由于波源和观察者有相对运动，使观察者感定义：由于波源和观察者有相对运动，使观察者感到到 发生变化的现象发生变化的现象2实质：实质：的频率没有变化，观察者接收到的频率没有变化，观察者接收到的频率发生变化的频率发生变化3说明：机械波和说明：机械波和 波都能发生多普勒效波都能发生多普勒效应现象应现象 波源的频率波源的频率波源波源电磁电磁方法规律方法规律归纳归纳对波的干涉现象的理解对波的干涉现象的理解1频率不同的两列波可
5、以叠加但不能形成稳定的干涉频率不同的两列波可以叠加但不能形成稳定的干涉图象图象2.加强区和减弱区都是两列波引起的位移的矢量和，该加强区和减弱区都是两列波引起的位移的矢量和，该处质点的位移的矢量和也随着波的传播和时间而发生变化，处质点的位移的矢量和也随着波的传播和时间而发生变化，它们仍围绕着平衡位置振动，且与波源振动周期相同它们仍围绕着平衡位置振动，且与波源振动周期相同3.加强区振幅最大，等于两列波振幅之和，减弱区振幅加强区振幅最大，等于两列波振幅之和，减弱区振幅最小，等于两振幅之差，且加强区、减弱区的位置是固定的，最小，等于两振幅之差，且加强区、减弱区的位置是固定的，如两列波振幅相等，则减弱区
6、质点位移为零，而加强区质点如两列波振幅相等，则减弱区质点位移为零，而加强区质点的位移随时间周期性变化的位移随时间周期性变化4.波峰与波峰波峰与波峰(或波谷与波谷或波谷与波谷)相遇处，一定是加强的，相遇处，一定是加强的，用一条平滑的曲线将以上各点连接起来，这条线上的点都是用一条平滑的曲线将以上各点连接起来，这条线上的点都是加强的；而波峰与波谷相遇处，一定是减弱的，把以上各点加强的；而波峰与波谷相遇处，一定是减弱的，把以上各点用平滑的曲线连接起来，这条线上的点都是减弱的；加强点用平滑的曲线连接起来，这条线上的点都是减弱的；加强点和减弱点之间各个质点的振幅介于加强点和减弱点的振幅之和减弱点之间各个质
7、点的振幅介于加强点和减弱点的振幅之间间多普勒效应产生的原因多普勒效应产生的原因1当波源当波源S与观察者与观察者E相对静止时，相对静止时，1 s内通过观察者的内通过观察者的波峰波峰(或密部或密部)的数目是一定的，如图的数目是一定的，如图(a)所示，观察者观察到所示，观察者观察到的频率等于波源振动的频率的频率等于波源振动的频率2当观察者当观察者E向波源向波源S运动时，运动时，1 s内通过观察者的波峰内通过观察者的波峰(或密部或密部)的数目增加，观察者观察到的频率大于波源振动的的数目增加，观察者观察到的频率大于波源振动的频率如果是观察者频率如果是观察者E不动，波源不动，波源S向观察者运动时，向观察者
8、运动时，1 s内内通过观察者的波峰通过观察者的波峰(或密部或密部)的数目也会增加，如图的数目也会增加，如图(b)，观察，观察者观察到的频率大于波源振动的频率者观察到的频率大于波源振动的频率3.当观察者当观察者E背向波源背向波源S运动时，运动时，1 s内通过观察者的波内通过观察者的波峰峰(或密部或密部)的数目减少，观察者观察到的频率小于波源振动的数目减少，观察者观察到的频率小于波源振动的频率如果是观察者的频率如果是观察者E不动，波源不动，波源S背向观察者运动时，背向观察者运动时，1 s内通过观察者的波峰内通过观察者的波峰(或密部或密部)的数目也会减少，如图的数目也会减少，如图(c)，观，观察者观
9、察到的频率小于波源振动的频率察者观察到的频率小于波源振动的频率注意注意(1)当波源以速率当波源以速率v匀速靠近静止的观察者匀速靠近静止的观察者E时，观察者时，观察者“感觉感觉”到的频率变大了，但不是到的频率变大了，但不是“越来越大越来越大”(2)当波源以速率当波源以速率v匀速远离静止的观察者匀速远离静止的观察者E时，观察者时，观察者“感觉感觉”到的频率变小了，但不是到的频率变小了，但不是“越来越小越来越小”(3)发生多普勒现象时，波源的真实频率不发生任何变发生多普勒现象时，波源的真实频率不发生任何变化，只是观察者接收到的频率发生了变化化，只是观察者接收到的频率发生了变化(4)机械波、电磁波都能
10、产生多普勒效应机械波、电磁波都能产生多普勒效应请在掌握的请在掌握的“规律方法规律方法”后打后打“”1两列波相遇时遵循波的叠加原理两列波相遇时遵循波的叠加原理()2在干涉现象中：在干涉现象中：(1)若两列波的路程差若两列波的路程差sk(k0,1,2，)时，则该点时，则该点的振动加强，但位移也有为零的时候，只是振幅大了；的振动加强，但位移也有为零的时候，只是振幅大了；AA1A2(2)若两列波的路程差若两列波的路程差s(2k1)(k0,1,2)时，则该时，则该点的振动减弱，但位移也有不为零的时候，只是振幅小了：点的振动减弱，但位移也有不为零的时候，只是振幅小了：A|A1A2|，当，当A1A2时，该质
11、点的位移始终为零时，该质点的位移始终为零()3干涉和衍射是波特有的现象干涉和衍射是波特有的现象()4当波源和观察者之间有相对运动时，观察者将感到当波源和观察者之间有相对运动时，观察者将感到波的频率发生变化波的频率发生变化(多普勒效应多普勒效应)()请在走过的请在走过的“思维误区思维误区”后打后打“！”1易认为波的干涉现象中加强区的位移始终最大或不易认为波的干涉现象中加强区的位移始终最大或不能为零，也易认为减弱区的位移始终为零能为零，也易认为减弱区的位移始终为零()2易认为叠加就是干涉，干涉就是叠加易认为叠加就是干涉，干涉就是叠加()3经常忽略振动加强或振动减弱的条件是振动情况完经常忽略振动加强
12、或振动减弱的条件是振动情况完全相同的波源，还是振动情况完全相反的波源全相同的波源，还是振动情况完全相反的波源()4易认为多普勒效应是波源的频率发生了变化易认为多普勒效应是波源的频率发生了变化()真题典例真题典例探究探究题型题型1波的叠加问题波的叠加问题【例例1】一波源在绳的左端发出半个波，频率一波源在绳的左端发出半个波，频率f1，振，振幅幅A1；同时另一波源在绳右端发出半个波，频率；同时另一波源在绳右端发出半个波，频率f2(f2f1)，振，振幅幅A2，P为两波源的中点，由图所示，下列说法错误的是为两波源的中点，由图所示，下列说法错误的是()A两列波同时到达两列波同时到达P点点B两列波相遇时两列
13、波相遇时P点波峰值可达到点波峰值可达到A1A2C两列波相遇再分开后，各自保持原波形传播两列波相遇再分开后，各自保持原波形传播D因频率不同，这两列波相遇不能叠加因频率不同，这两列波相遇不能叠加【解析解析】(1)两列波的传播速度有什么关系？如何确两列波的传播速度有什么关系？如何确定哪列波先传到定哪列波先传到P点？点？答答 同种机械波在同一介质中传播速度相同，所以两列同种机械波在同一介质中传播速度相同，所以两列波同时传到波同时传到P点点(2)两列波中哪列波的波长长？两列波中哪列波的波长长？答答 由由vf，因，因f2f1，故，故22，故此时波的波，故此时波的波峰离峰离P点远，波比波的波峰先到达点远，波
14、比波的波峰先到达P点点(4)P点位移可能达到点位移可能达到A1A2吗？吗？答答 两波峰不能同时达到两波峰不能同时达到P点，所以点，所以P点位移不可能达到点位移不可能达到A1A2.(5)两列波相遇又分开以后会发生什么现象？两列波相遇又分开以后会发生什么现象？答答 各自保持原来波形传播各自保持原来波形传播(6)两列波相遇一定叠加吗？两列波相遇一定叠加吗？答答 两列波相遇一定叠加，与频率无关两列波相遇一定叠加，与频率无关【答案答案】BD 思维拓展思维拓展两列波相遇时，位移达两列波相遇时，位移达A1A2的点在的点在P点哪一侧？点哪一侧？【答案答案】P点左侧点左侧【方法归纳方法归纳】波的叠加问题的种类及
15、解法：波的叠加问题的种类及解法：(1)两列波叠加后，求某时刻的波形两列波叠加后，求某时刻的波形(2)两列波叠加后，求某时刻某质点的振动状态两列波叠加后，求某时刻某质点的振动状态解答这种问题时，一般先画出两列波叠加时各自的波解答这种问题时，一般先画出两列波叠加时各自的波形，然后根据两列波叠加时的位移关系，确定合振动的位移，形，然后根据两列波叠加时的位移关系，确定合振动的位移，从而确定波形或质点的其它振动参量从而确定波形或质点的其它振动参量【备选例题备选例题1】(2009石家庄石家庄)两列简谐波沿水平弹性两列简谐波沿水平弹性绳相向传播，波长均为绳相向传播，波长均为2 m，波速均为，波速均为1 m/
16、s.t0时，两列波时，两列波的前端相距的前端相距1 m，波形如图，则图中各波形对应的时刻，波形如图，则图中各波形对应的时刻t1、t2、t3、t4分别为分别为()A2 s,1.5 s,1 s,2.5 sB2 s,1 s,1.5 s,2.5 sC1 s,1.5 s,2 s,2.5 sD1 s,2 s,1.5 s,4 s【答案】【答案】A题型题型2波的干涉问题波的干涉问题【例例2】如图所示，如图所示，S1和和S2是湖面上两个完全相同的是湖面上两个完全相同的水波的波源，水波的波源，MN是足够长的湖岸，水波的波长为是足够长的湖岸，水波的波长为2 m，S1与与S2的连线与湖岸垂直，且的连线与湖岸垂直，且S
17、1S25 m，则岸边始终平静的地方，则岸边始终平静的地方共有几处？共有几处？【解析解析】(1)怎么理解怎么理解“始终平静始终平静”？答答 由于同时存在两列水波，它们将相互叠加，产生干由于同时存在两列水波，它们将相互叠加，产生干涉现象，使得有些地方振动加强，有些地方振动减弱，所谓涉现象，使得有些地方振动加强，有些地方振动减弱，所谓“始终平静始终平静”就是振动叠加减弱的地方就是振动叠加减弱的地方(2)产生稳定干涉图样的条件是什么？产生稳定干涉图样的条件是什么？答答 两列波的频率相同两列波的频率相同(3)振动加强和减弱的条件是什么？振动加强和减弱的条件是什么？答答 当两列波源到达空间某一点时的波程差为波长整数当两列波源到达空间某一点时的波程差为波长整数倍时，振动加强；当波程差为半波长奇数倍时，振动减弱倍时，振动加强；当波程差为半波长奇数倍时，振动减弱【答案答案】5处处【备选例题备选例题2】如图所示，在直线如图所示，在直线PQ垂线垂线OM上有上有A、B两个声源，两个声源，A、B分别距分别距O点点6 m和和1 m，两个声源同时不断，两个声源同时不断向外发出波长都为向外发出波长都为2 m的完全相同的声波，在直线的完全相同的声波，在直线PQ上从上从到到的范围内听不到声音的小区域共有几处？的范围内听不到声音的小区域共有几处？【答案答案】5处处
