1、第四课时波的特有现象第一关：基础关展望高考基 础 知 识一、波的叠加和波的干涉知识讲解(1)波的叠加概念:几列波相遇时能够保持各自的运动状态继续传播,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,质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和.说明:波的叠加只发生在波相遇的时候,而在波相遇之后,波各自保持原有的运动状态.(2)波的干涉定义:频率相同的两列波叠加,使某些区域的振动加强,某些区域的振动减弱.这种现象叫做波的干涉.产生干涉的必要条件:两列波的频率必须相同.说明:a.对振动加强点和振动减弱点的理解:不能认为加强点的位移始终最大,减弱点的位移始终最小,而是振幅增大的点为加
2、强点,其实加强点也在做振动,位移也有为零的时刻,振幅减小的点为减弱点.b.一切波都能发生干涉,跟衍射一样,干涉也是波特有的现象.活学活用1.如图所示,为两列波在空间相遇叠加,其中实线代表的甲波向右传播,虚线代表的乙波向左传播,则()A.A.B点是振动加强点B.A,D点是振动加强点C.B,E点是振动减弱点D.D,F点是振动减弱点解析:A,F点在甲波向下振动,在乙波向下振动,故A,F点是振动加强点;同理可以判断出D点在甲,乙两波上都是向上振动,是振动加强点;B,E两点是两波的波峰和波谷相遇,故是振动减弱点,故选B,C.答案:BC二、波的衍射知识讲解(1)定义:波可以绕过障碍物继续传播,这种现象叫做
3、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相差不多,或者比波长更小时,才能观察到明显的衍射现象.(3)说明:一切波都能发生衍射.衍射是波的特有现象.活学活用2.如图所示,S是振源,MN是带孔挡板,其中M固定,N可以上下移动,为了使原来不振动的A点振动起来,可采用()A.增大S的频率B.减小S的频率C.N上移D.N下移解析:要使A振动起来,必须发生衍射,原来没使A振动,说明孔尺寸较大,故减小孔的尺寸或使波长增大均可.由于波速v一定,要使波长增大,由v=f知减小频率即可,故B,C正确.答案:BC三、多普勒效应知识讲解(1)定义:由于波源和观察者之间有相对运动,使观
4、察者感觉到频率发生变化的现象,叫做多普勒效应.(2)规律:当波源与观察者相互接近时,观察者接收到的频率变大;当波源与观察者相互远离时,观察者接收到的频率变小.(3)说明:发生多普勒效应时,波源本身的频率并没有变化,只是观察者接收到的频率发生了变化.多普勒效应是波特有的现象.活学活用3.一列连续鸣笛的火车从铁道上高速通过，则在铁道边上的人听到的笛声应为（）A.某一不变频率的笛声B.车头经过前笛声频率变高，车头经过后笛声频率变低C.车头经过前笛声频率变低，车头经过后笛声频率变高D.频率时高时低周期性变化的笛声解析:本题考查多普勒效应，波源与接收者之间相对靠近时，接收的频率比波源的频率高，相对远离时
5、，接收的频率比波源的频率低，B对.答案:B第二关：技法关解读高考解 题 技 法一、波的干涉,衍射问题技法讲解1.在稳定的干涉现象中，振动加强区域和振动减弱区域的空间位置是固定不变的，振动加强区域中心质点的振幅等于两列波的振幅之和，振动减弱区域中心质点的振幅等于两列波的振幅之差.2.振动加强的条件是两波源到该区域中心的距离之差等于波长的整数倍；减弱的条件是两波源到该区域中心的距离之差等于半波长的奇数倍.3.加强区永远是加强区，减弱区永远是减弱区，加强区域内各点的振动位移不一定都比减弱区内各点的振动位移大但加强区的振幅一定比减弱区的振幅大，因为振动的强弱是靠振幅来衡量的.4.任何波相遇都能叠加，干
6、涉是叠加的特例，只有当频率相同的两列波相遇时才能发生干涉，故“两列波的频率相同”是干涉能否发生的条件，不是波的叠加的条件.5.衍射在任何条件下都发生，故“障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多”是衍射是否明显发生的条件，不是衍射能否发生的条件.典例剖析例1如图所示，实线表示两个相干波源S1、S2发生的波的波峰位置，则图中的点为振动加强的位置，则图中的点为振动减弱的位置. 解析：波峰和波峰相遇的点是振动加强的点，它们连成的线为振动加强区，b点在振动加强点的连线上，故b点为加强点.a点位于S2的波峰和S1的波谷上，故a点为减弱点.答案：b a例2如图所示是观察水波衍射的实验装置，AC和BD是两块
7、挡板，AB是一个小孔，图中已画出波源所在区域的情况，则对于波经过孔之后的传播情况，下列说法正确的是（）A.能明显观察到波的衍射现象B.若将AB孔扩大，可能观察不到明显的衍射现象C.挡板前后波纹间距相等D. AB孔不变，使波源频率变大，能更明显地观察到衍射现象解析：根据明显衍射的条件可知ABC对.答案：ABC二、波的多普勒效应技法讲解多普勒效应的发生，需要波源与观察者之间有相对运动，从而涉及到了两个频率：一是波源发出的频率，二是观察者接收到的频率波源频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数，波源一旦确定，波源的频率也就确定了，因而波源频率是个客观量，不要错误地认为，发生多普勒效应时波源的频率发生
8、了变化观察者接收到的频率，等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数，它具有一定的主观性，与波源和观察者之间有相对运动有关当波以速度v通过接收者时，时间t内通过的完全波的个数为，因而单位时间内通过接收者的完全波的个数，即接收频率f=.若波源不动，观察者朝向波源以速度v2运动，由于相对速度增大而使得单位时间内通过观察者的完全波的个数增多，即f=，可见接收频率增大了.同理可知，当观察者背离波源运动时，接收频率将减小.若观察者不动，波源朝向观察者以速度v1运动，由于波长变短为=-v1T，而使得单位时间内通过观察者的完全波的个数增多，即f，可见接收频率亦增大.同理可知，当波源背离观察者运动时，接收频率
9、将减小.可见，发生多普勒效应时，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.典例剖析例3如图所示,为一个机械波的波源O做匀速运动的某一时刻的波面分布情况,图中的圆表示波峰. (1)图所表示的是（）A.干涉现象B.衍射现象C.多普勒效应D.折射现象(2)波源正在移向（）A.A点B.B点C.C点D.D点(3)观察到的频率的最低点是（）A.A点B.B点C.C点D.D点解析：(1)由于是一个机械波的波源产生的机械波在同一种介质中传播,故不会是干涉现象,A错;又没有障碍物和小孔,故也不会是衍射现象,一般情况下,不加特殊说明,介质为均匀的同种介质,不发生折射现象,B,D也是错的,故正确
10、答案为C.(2)根据图所示的波面的分布情况,左侧波面密集,右侧波面稀疏,因而波源O正在移向A点,故A正确.(3)根据图所示的波面的分布,波面密集的区域波长小,频率大,波面稀疏的区域波长大,频率小,观察者在B点所接收到的频率最低,故B正确.答案：(1)C(2)A(3)B第三关：训练关笑对高考随 堂 训 练1.两列频率相同的声波，在空气中相遇发生干涉时，（）A振动加强的质点的位移总是最大，不随时间而变化B在某一时刻，振动加强的质点的位移可能小于振动减弱的质点的位移C振动加强的质点的位移随时间不断变化D振动减弱质点的振幅一定小于振动加强质点的振幅解析：两列波相遇发生干涉时，振动加强点的振幅最大，振动
11、减弱点的振幅最小，但振动加强点和振动减弱点的位移都随时间不断变化.答案：BCD2.空气中两列波长相同的声波发生干涉现象，若在某一时刻，P点处恰是两列波的波峰相遇，Q点处是两列波的波谷相遇，则（）A.P点的振幅最大，Q点的振幅最小B.P、Q两点的振幅均是原两列波振幅和C.P、Q两点的振动频率相同D.P、Q两点始终处于最大位移和最小位移处解析：对于干涉现象，还应注意不论是振动加强区还是振动减弱区，各质点都做简谐运动，位移是周期性变化的，而不是恒定不变的.减弱区的质点振幅比加强区质点振幅小，加强区质点位移最大值比减弱区的位移最大值大，但也有位移为零的时刻，加强区或减弱区位置是确定的即加强点始终加强，
12、减弱点始终减弱.答案：BC3.如图所示两个频率与振动情况、振幅均相同的波的干涉图样中，实线表示波峰，虚线表示波谷，对叠加的结果正确的描述是（）A.在A点出现波峰后，经过半个周期该点还是波峰B. B点在干涉过程中振幅始终为零C.两波在B点的路程差是波长的整数倍D.当C点为波谷时，经过一个周期此点出现波峰答案：B4.高频超声波具有很好的方向性（即集中在一定的方向上传播），坚硬物（如石块）容易吸收超声波的能量，松软的物质则能让其透过，目前医学上治疗肾结石，可以不必做外科手术，只需用超声波碎石的方法，无损伤地将石块击碎而自然地从人体内排出.下列关于超声波的说法中，正确的是（）A.高频超声波具有很好的方
13、向性，所以高频超声波不能发生衍射B.某些坚硬材料能很好地反射高频超声波，所以高频超声波不能发生衍射C.高频超声波能透过松软的物质，在这透过过程中高频超声波的能量没有损耗D.高频超声波是一种机械波，它具有机械波的干涉、衍射、折射等性质答案：D课时作业二十八波的特有现象1.利用声音从海底反射的回声测深器测量海的深度，若声波在海水中的传播速度为1500 m/s，要使该仪器在测量大于30 m深度时，误差不超过5%，则在测定信号发出及返回的时刻时，精确度至少应达到()A.0.01 sB.0.05 sC.0.001 sD.0.005 s解析:利用回声测深器测量海水深度，须记录声波发射时刻及接收到被海底反射
14、回来的声波的时刻，从而得到声波在海水中往返一次的时间t，海水深度为，现要测30 m以上深度时，误差不超过5%，则时间测得值t的误差s=0.002 s，故测定信号发出及返回的时刻时，精度至少应达到0.001 s.答案:C2.声波从声源发出，在空中向外传播的过程中()A.波速在逐渐变小B.频率在逐渐变小C.振幅在逐渐变小D.波长在逐渐变小解析:根据惠更斯原理知，声波从声源发出后，在空中向外传播的过程中，形成了以波源为中心的波面，面上的每个点都是子波的波源，然后又形成子波波面，形成包络面，即为新波面，但声源提供的能量一定，在形成新的波面后，总能量不变，但每个新波面获得的能量减少，故在波的传播过程中振
15、幅逐渐减少，故应选C.答案:C3.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到达平衡位置解析:由图可知，图中O、M为振动加强点，此时刻O处于波谷，M处于波峰，因此A错误. N、P为减弱点，且两列波振幅相同，因此， N、P两点振幅为零，即两质点始终处于平衡位置，B正确.质点不会随波向前推移，C不正确.从该时刻经周期，两列波在M点分别引起振动都位于平衡位置，故M点位于平衡位置，D正确
16、.答案:BD4.一波源在左绳端发出半个波，频率f1,振幅A1；当此波源刚起振时绳 右端的另一波源也恰好起振，发出半个波，频率f2(f2f1)，振幅A2，P为绳的中点，如图所示.下列说法错误的是()A.两列波同时到达P点B.两列波相遇时P点波峰值可达到A1+A2C.两列波相遇再分开后，各处保持原波形传播D.因频率不同，这两列波相遇不能叠加解析:因两波源同时起振，形成的都是绳波，波速相同，因此两列波同时到达P点，选项A正确，因f2f1,有21，当的波峰传至P点时，的波峰已过了P点，即两波峰在P点不会相遇，根据波的叠加原理，P点的波峰值不可达到A1+A2，选项B错误，选项C正确，因波的叠加没有条件，
17、故选项D错误.答案:AC5.公路巡警开车在高速公路上以100 km/h的恒定速度巡查，在同一车道上巡警车向前方的一辆轿车发出一个已知频率的电磁波，如果该电磁波被那辆轿车反射回来时，巡警车接收到的电磁波的频率比发出时低，说明那辆轿车的车速()A.高于100 km/hB.低于100 km/hC.等于100 km/hD.无法确定解析:由多普勒效应知，巡警车接收到的频率低了，即观察者接收到的频率低了，说明轿车和巡警车在相互远离，故A正确.答案:A6.下列说法正确的是（）A.若声波波源向观察者靠近，则观察者接收到的声波频率减小B.声波击碎玻璃杯的实验原理是共振C.超声波在水中传播的距离要比光波和无线电波
18、远得多D.“闻其声不见其人”是声波的干涉现象解析:由多普勒效应可知，若声波波源向着观察者运动，则接收到的声波频率增大，选项A错；声波击碎玻璃杯是声波频率与玻璃杯的固有频率相同，玻璃杯发生共振导致破碎，选项B正确；由于水对光波和无线电波吸收比对声波吸收的多，所以超声波在水中传播的距离比光波和无线电波在水中传播的距离远得多，选项C正确.“闻其声不见其人”是声波的衍射现象，选项D错.答案:BC7.在山中砍伐时发出的声音既含有频率较高的声波，也含有频率较低的声波，其中只有频率较低的“嘭”“嘭”声才能被远处的人听到.这是因为（）A.频率较低的“嘭”“嘭”声能量大，能传到很远B.频率较低的“嘭”“嘭”声速
19、度快，最先到达C.频率较低的“嘭”“嘭”声波长较长，容易产生衍射D.以上说法均不对解析：机械波的能量是由振幅决定的，声波在空气中的传播速度都相同，故A、B项错；由v=f知，v一定，f小，大，则频率低的声音波长较长，易发生衍射，在山中较远处易听到，故C项正确.答案：C8.如图所示，甲、乙两平面波是振幅相同的相干波，甲波沿x轴正方向传播，乙波沿y轴正方向传播，图中实线表示某一时刻的波峰位置，虚线表示波谷位置，对图中正方形中央的a、b、c、d四点的振动情况，正确的判断是()A.a、b点振动加强，c、d点振动减弱B.a、c点振动加强，b、d点振动减弱C.a、d点振动加强，b、c点振动减弱D.a、b、c
20、、d点的振动都加强解析:当两列波出现干涉现象时，要产生干涉图样，形成一条加强线，一条减弱线即加强线、减弱线彼此相间隔的稳定的干涉图样，在图中设定A、B、C、D四点，实线相交点，即波峰与波峰相遇，都是振动加强点，可知B、D决定的直线为加强线，过A、C的平行于BD直线的两条直线也应是加强线，a、c两点在BD直线上，故a、c点是振动加强点，分别过b、d点且平行于BD直线的两条直线均在两加强线之间，应为减弱线，故b、d两点的振动是减弱的.答案:B9.医用“B超”发出的超声波频率为7.25104 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，从探头发出的同一超声波脉冲
21、经病变部分反射，回到探头有两个信号，相隔时间t=22 s，则患者病变部分的大小为.解析:这列波在人体内的传播速度为v=f=1.45103 m/s，经病变部分前后表面反射的路程差为2 l=vt,则l= =1.610-2m=1.6 cm.答案:1.6 cm10.如图所示，S是水面波的波源，x、y是挡板，S1、S2是两个狭缝（SS1=SS2，狭缝的尺寸比波长小得多），试回答以下问题：（1）若闭上S1，只打开S2，会看到什么现象？（2）若S1、S2都打开，会发生什么现象？（3）若实线和虚线分别表示波峰和波谷，那么在A、B、C、D各点中，哪些点向上振动最强，哪些点向下振动最强，哪些点振动最弱？解析:（1
22、）只打开S2时，波源S产生的波传播到狭缝S2上，由于狭缝的尺寸比波长小，于是水面波在狭缝S2处发生衍射现象，水面波以狭缝S2 处为波源向挡板另一侧传播开来.（2）由于SS1=SS2，所以从波源发出的水波传播到S1、S2处时它们的振动情况完全相同，当S1、S2都打开时，产生相干波，它们在空间相遇时产生干涉现象，一些地方振动加强，一些地方振动减弱，加强区与减弱区相互间隔开，发生明显的干涉现象.（3）质点D是波峰与波峰相遇处，是振动最强点；质点B是波谷与波谷相遇处，也是振动最强点，质点A、C是波峰与波谷相遇的地方，这两点振动最弱.答案:（1）水面波以狭缝S2处为波源向挡板另一侧传播开来（2）发生明显
23、的干涉现象（3）DBA、C11.如图所示，空间同一平面上有A、B、C三点，AB=5 m,BC=4 m,AC=3 m，A、C两点处有完全相同的两个波源，振动频率为1360 Hz，波速为340 m/s，则BC连线上振动最弱的位置有几处？解析:波的干涉图样的规律是一条条从两个波源中间伸展出来的振动加强与振动减弱相间的区域.其中，到两波源距离之差为半波长偶数倍的点在振动加强区域；到两波源距离之差为半波长奇数倍的点在振动减弱区域.在BC及其延长线上，有到A的距离与到C距离之差为1个、1个、3个、2个（2n-1）个、n个的点，这些振动最弱的点与振动最强的点在B、C及其延长线上自远处向C相间递次排列.由题给
24、出的条件可求得，该波波长为25 cm，则B点到A与到C距离之差等于1 m，为波长4倍的振动加强点，C点到A与C距离之差等于3 m，为波长12倍的振动加强点，故在BC之间应有8处振动最弱的位置.答案:8处12.一列简谐横波，某时刻的波形图象如图甲所示，从该时刻开始计时，波上A质点的振动图象如图乙所示，则（1）若此波遇到另一列简谐横波并发生稳定干涉现象，则该波所遇到的波的频率为多少？（2）若该波能发生明显的衍射现象，则该波所遇到的障碍物尺寸应满足什么条件？解析:（1）由振动图象可以看出，此波的周期为0.8 s，所以频率为1.25 Hz.因为发生稳定干涉的条件是两列波的频率相等，所以另一列波的频率为1.25 Hz.（2）由波动图象可以看出，此波的波长为20 m，当障碍物的尺寸小于或等于20 m时能够发出明显的衍射.答案:（1）1.25 Hz(2)见解析
