2020版新教材高中物理 主題2 機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波 10 波的干涉學(xué)案 新人教版必修第一冊(cè)

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1、10　波的干涉 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1．通過(guò)實(shí)驗(yàn)，了解波的干涉現(xiàn)象． 2．理解波的疊加原理，知道波的干涉是一種特殊的疊加現(xiàn)象． 3．理解形成穩(wěn)定干涉圖樣的條件．(難點(diǎn)) 知識(shí)點(diǎn)| 波的干涉 1．波的疊加原理 (1)波的獨(dú)立傳播：幾列波相遇時(shí)能夠保持各自的運(yùn)動(dòng)特征，繼續(xù)傳播．即各自的波長(zhǎng)、頻率等保持不變． (2)波的疊加：在幾列波重疊的區(qū)域里，質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與這幾列波引起的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的矢量和． 2．波的干涉 (1)定義：頻率相同的兩列波疊加時(shí)，某些區(qū)域的振幅加大，某些區(qū)域的振幅減小，而且振幅加大的區(qū)域和振幅減小的區(qū)域

2、相互間隔，這種現(xiàn)象叫波的干涉，所形成的圖樣叫作干涉圖樣． (2)干涉條件：兩列波的頻率必須相同；兩個(gè)波源的相位差必須保持不變． (3)一切波都能發(fā)生干涉，干涉是波特有的現(xiàn)象． 1．兩列波相疊加就能形成穩(wěn)定的干涉圖樣． (×) 2．在操場(chǎng)上不同位置聽(tīng)到學(xué)校同一喇叭的聲音大小不同，是聲波的干涉現(xiàn)象． (×) 3．兩個(gè)人一起說(shuō)話，不會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象． (√) 1．敲擊音叉使其發(fā)聲，然后轉(zhuǎn)動(dòng)音叉，為什么聽(tīng)到聲音忽強(qiáng)忽弱？ 【提示】　這是聲波的干涉現(xiàn)象．音叉的兩股振動(dòng)頻率相同，這樣，兩列頻率相同的聲波在空氣中傳播，有的區(qū)域振動(dòng)加強(qiáng)，有的區(qū)域振動(dòng)減弱，于是聽(tīng)到聲音忽強(qiáng)忽弱． 2．有

3、人說(shuō)在波的干涉圖樣中，加強(qiáng)點(diǎn)就是位移始終最大的點(diǎn)，減弱點(diǎn)就是位移始終為零的點(diǎn)，這種說(shuō)法對(duì)嗎？ 【提示】　這種說(shuō)法不正確．在干涉圖樣中的加強(qiáng)點(diǎn)是以兩列波的振幅之和為振幅做振動(dòng)的點(diǎn)，某一瞬時(shí)振動(dòng)位移可能是零．同理，減弱點(diǎn)是以兩列波的振幅之差為振幅做振動(dòng)的點(diǎn)，它的位移不一定始終為零． 1．波的獨(dú)立傳播特性 兩列波相遇后，每列波將保持各自原來(lái)的波形繼續(xù)向前傳播，互相不會(huì)發(fā)生干擾． 如圖甲、乙所示，在同一直線上，向右傳播的波1和向左傳播的波2，相遇以后，各自還是按照相遇前的波速、振幅、頻率，繼續(xù)沿著各自的方向傳播，不會(huì)因?yàn)橄嘤龆l(fā)生任何變化，也就是說(shuō)相互不會(huì)因相遇而發(fā)生干擾． 2．

4、對(duì)波的干涉現(xiàn)象的理解 (1)波的疊加是無(wú)需條件的，任何頻率的兩列波在空間相遇都會(huì)疊加． (2)穩(wěn)定干涉圖樣的產(chǎn)生是有條件的，必須是兩列波的頻率相同、相差恒定，如果兩列波的頻率不相等，在相遇的區(qū)域里不同時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)疊加的結(jié)果都不相同，看不到穩(wěn)定的干涉圖樣． (3)明顯的干涉圖樣和穩(wěn)定的干涉圖樣意義是不同的，明顯的干涉圖樣除了滿足相干條件外，還必須滿足兩列波振幅差別不大．振幅越是接近，干涉圖樣越明顯． (4)振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)和振動(dòng)減弱的點(diǎn)始終以振源的頻率振動(dòng)，其振幅不變(若是振動(dòng)減弱點(diǎn)，振幅可為0)，但其位移隨時(shí)間發(fā)生變化． (5)振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)的振動(dòng)總是加強(qiáng)，但并不是始終處于波峰或波谷，它們都

5、在平衡位置附近振動(dòng)，有的時(shí)刻位移為零． (6)振動(dòng)減弱的點(diǎn)的振動(dòng)始終減弱，位移的大小始終等于兩列波分別引起位移的大小之差，振幅為兩列波的振幅之差．如果兩列波的振幅相同，則振動(dòng)減弱點(diǎn)總是處于靜止?fàn)顟B(tài)，并不振動(dòng)． 3．干涉圖樣及其特征 (1)干涉圖樣：如圖所示． (2)特征： ①加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變． ②加強(qiáng)區(qū)始終加強(qiáng)，減弱區(qū)始終減弱(加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)不隨時(shí)間變化)． ③加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)互相間隔． 1．當(dāng)兩列水波發(fā)生干涉時(shí)，如果兩列波的波峰在P點(diǎn)相遇，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)有時(shí)是減弱的 B．質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)始終是加強(qiáng)的 C．質(zhì)點(diǎn)P的振幅最大 D．

6、質(zhì)點(diǎn)P的位移始終最大 E．某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)P的位移可能為零 解析：P點(diǎn)是兩列波的波峰的相遇點(diǎn)，故其振動(dòng)始終是加強(qiáng)的，A錯(cuò)誤，B正確；質(zhì)點(diǎn)P處于振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)，振幅最大，C正確；對(duì)于某一個(gè)振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，位移是會(huì)隨時(shí)間變化的，D錯(cuò)誤；質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)到平衡位置時(shí)，位移為零，E正確． 答案：BCE 2.如圖所示是水波干涉的示意圖，S1、S2是兩波源，A、D、B三點(diǎn)在一條直線上，兩波源的頻率相同，振幅相等，則下列說(shuō)法正確的是(　　) A．A點(diǎn)一會(huì)兒在波峰，一會(huì)兒在波谷 B．B點(diǎn)一會(huì)兒在波峰，一會(huì)兒在波谷 C．C點(diǎn)一會(huì)兒在波峰，一會(huì)兒在波谷 D．D點(diǎn)一會(huì)兒在波峰，一會(huì)兒在波谷 E．質(zhì)點(diǎn)D的位移始終是零

7、 解析：在波的干涉中，振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域里的質(zhì)點(diǎn)總在自己的平衡位置兩側(cè)做簡(jiǎn)諧振動(dòng)，只是質(zhì)點(diǎn)的振幅較大，為A1＋A2.本題中由于A1＝A2，故振動(dòng)減弱區(qū)的質(zhì)點(diǎn)并不振動(dòng)，而此時(shí)A點(diǎn)是波峰與波峰相遇，B點(diǎn)是波谷與波谷相遇，都是加強(qiáng)點(diǎn)，又因?yàn)锳、D、B三點(diǎn)在一條振動(dòng)加強(qiáng)線上，這條線上任一點(diǎn)的振動(dòng)都是加強(qiáng)的，故此三點(diǎn)都為加強(qiáng)點(diǎn)，且都是一會(huì)兒在波峰，一會(huì)兒在波谷．而C點(diǎn)是波峰與波谷相遇點(diǎn)，是減弱點(diǎn)，不振動(dòng)． 答案：ABD 3．如圖所示，波源S1在繩的左端發(fā)出頻率為f1，振幅為A1的半個(gè)波形a，同時(shí)另一個(gè)波源S2在繩的右端發(fā)出頻率為f2，振幅為A2的半個(gè)波形b，且f1＜f2，P為兩個(gè)波源連線的中點(diǎn)．已知機(jī)械

8、波在介質(zhì)中傳播的速度只由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定．下列說(shuō)法正確的是(　　) A．兩列波比較，a波將先到達(dá)P點(diǎn) B．兩列波同時(shí)到達(dá)P點(diǎn) C．兩列波在P點(diǎn)疊加時(shí)，P點(diǎn)的位移最大可達(dá)A1＋A2 D．b的波峰到達(dá)P點(diǎn)時(shí)，a的波峰還沒(méi)有到達(dá)P點(diǎn) E．兩列波相遇時(shí)，繩上位移可達(dá)A1＋A2的點(diǎn)只有一個(gè)，此點(diǎn)在P點(diǎn)的左側(cè) 解析：因兩波波速相等，故兩列波能同時(shí)到達(dá)P點(diǎn)，A錯(cuò)誤，B正確；因f1＜f2，由λ＝可知，λ1＞λ2，故當(dāng)兩列波同時(shí)到達(dá)P點(diǎn)時(shí)，a波的波峰離P點(diǎn)的距離比b波的波峰離P點(diǎn)的距離大，因此兩波峰不能同時(shí)到達(dá)P點(diǎn)，兩波峰應(yīng)相遇在P點(diǎn)左側(cè)，此位置對(duì)應(yīng)的位移為A1＋A2，位移最大，綜上所述，C錯(cuò)

9、誤，D、E正確． 答案：BDE 判斷振動(dòng)加強(qiáng)和減弱的常用方法 (1)條件判斷法 振動(dòng)頻率相同、振動(dòng)步調(diào)完全相同的兩波源的波疊加時(shí)，設(shè)某點(diǎn)到兩波源的距離差為Δr. ①當(dāng)Δr＝k·λ(k＝0，1，2，…)時(shí)為加強(qiáng)點(diǎn)． ②當(dāng)Δr＝(2k＋1)·λ/2時(shí)為減弱點(diǎn)(k＝0，1，2，…)． 若兩波源振動(dòng)步調(diào)相反，則上述結(jié)論相反． (2)現(xiàn)象判斷法 若某點(diǎn)總是波峰與波峰(或波谷與波谷)相遇，該點(diǎn)為加強(qiáng)點(diǎn)；若某點(diǎn)總是波峰與波谷相遇，則為減弱點(diǎn)． 若某點(diǎn)是平衡位置和平衡位置相遇，則讓兩列波再傳播T，看該點(diǎn)是波峰和波峰(波谷與波谷)相遇，還是波峰和波谷相遇，從而判斷該點(diǎn)是加強(qiáng)點(diǎn)還是減弱點(diǎn)． - 5 -