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第四時 波的特有現象

【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
【知識再現】
一、 波的反射與折射
1．波面與波線
（1）沿各個方向傳播的同一波的波峰(或波谷)在同一時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叫做波線，波線用表示波的傳播方向.
2．波的反射
（1）波遇到障礙物會返回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、頻率和波速跟入射波相同.
3．波的折射
（1）波從一種介質射入另一種介質時，傳播的方向會發生改變，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：波從一種介質進入另一種介質，哪些物理量發生變化，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，每個質點都將參與兩列波引起的振動，其位移是兩列波分別引起的位移的矢量和。相遇后仍保持原的運動狀態。
2．波在相遇區域里，不干擾，有獨立性。
三、 波的干涉
1．產生穩定干涉的條：兩列波的 。
2．現象：兩列波相遇時，某些區域振動總是加強，某些區域振動總是減弱，并且振動加強和減弱區互相 ，形成穩定的干涉圖樣。
3．在干涉現象中：凡到兩波的路程差為
處，振動加強；凡到兩波的路程差為 處，振動減弱．
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的兩列波相遇，才能產生穩定的干涉圖樣，干涉是疊加的一個特例。
四、 波的衍射
1．現象：波傳播過程中偏離 繞過障礙物的現象叫衍射。
2．產生明顯衍射現象的條是： （或小孔）的尺寸比 或能夠與波長相比較．
五、多普勒效應
1．多普勒效應：由于波和觀察者之間有 ，使觀察者感到波的 發生變化的現象，叫做多普勒效應。
2．當波和觀察者相對靜止時，觀察者接收到的頻率 波的頻率。當波和觀察者相對靠近時，觀察者接收到的頻率 波的頻率。當波和觀察者相對遠離時，觀察者接收到的頻率
波的頻率。
3．一切波都能發生多普勒效應。
4．設波S振動的頻率為f，波和觀察者A沿同一直線運動，相對于地面的速度分別為vS和vA。波在介質中的傳播速度為vp，且vS<vp，vA<vp，則觀察者接收到的頻率為 .

知識點一波的干涉特點
1．產生穩定干涉的條：兩列波的頻率必須相同，相差恒定。
2．振動加強區和減弱區
（1）加強區：當兩相干波振動步調完全一致時，在兩列波相遇的區域中的某一點P與兩波S1和S2的距離差滿足S1P-S2P=nλ (n=0,1,2 ... )，
P為振動加強的點，這些點的振幅為A=A1+A2，其中A1與A2分別為兩列波的振幅．
（2）減弱區：當兩相干波振動步調完全相同時，若P點滿足S1P-S2P=（2 n+1）λ/2 (k=0,1,2,3...)，則P點為減弱點，這些點的振幅為A= A1-A2，特別地，當兩列波振幅相同(A1=A2）時，振動減弱點的合振動振幅A=A1-A2=0，根本不振動．
注意：①振動加強區和減弱區是穩定的，兩區城相互間隔，交替出現．
②振動加強和減弱的點的位移并不總等于A1+A2和 A1 -A2，因為這些點在不停地振動．這個質點的位移在（A1十A2）和-（A1+A2）之間變化，是個振動加強的點．
③兩振的振動情況相反，上述結論也相反。
【應用1】如圖所示，S1和S2是湖面上兩個完全相同的水波的波，N是足夠長的湖岸，水波的波長為2m，S1與S2的連線與湖岸垂直，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．無數處
導示:岸邊到兩個波距離差（波程差）為半波長的奇數倍的地方是始終平靜的（振動減弱區）。O點的波程差最大，為5m，其左右各有波程差為3m、1m的平靜地點，所以始終平靜處一共5處。
故選C.

類型一波的折射問題
【例1】一平面波，以30°的入射角投射到兩種介質的交界面，發生的射，折射角為45°，當入射波的波長為10厘米，那么折射波的波長是多少?
導示:根據折射定律 = ，又V＝λf
有 = = λ2＝10 厘米.

類型二波的疊加問題的理解
【例2】在一根繩子上相向傳播著兩個波長相等的半波長的橫波。在某時刻，兩個橫波傳播到繩上的AB段時，繩子看起是完全平直的。則（ ）
A.此時在繩子AB段上，有些質點速度不為零
B.此時在繩子AB段上，所有的質點速度都為零
C.在這以后，繩子＿L仍有兩個半波長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
導示: 波長、振幅均相等的兩列半波長的橫波I和Ⅱ沿繩分別向右、向左傳播。經過一段時間后，它們均傳到AB段，此刻，兩列波在AB段各點處分別引起的相時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段各點的總位移等于兩個分位移的矢量和，均為零，所以AB段的繩子看起是平直的；AB段各點總的振動速度等于兩個分振動速度的矢量和，故在AB段中點C處速度為零，其他各點速度均不為零。在AC段各點速度均向下，且越靠近A點速度越大；在CB段各點速度方向均向上，且越靠近B點速度越大。此刻AB段各點總的位移和速度如圖所示。因為AB段上除中點C外均在運動著，所以此刻在AB上仍然有兩個半波長的橫波在向右和向左傳播著，故選項A,C正確。
答案：AC
解答這類問題，一般先畫出兩列波疊加時的各自的波形，然后根據兩列波疊加時的位移關系，然后確定振動的合位移，從而確定波形或其它振動參量。

類型三波的干涉圖象問題
【例3】如圖所示，s1和s2是兩個相干波，由它們發出的波相互疊加，實線表示波峰，虛線表示波谷，對于a、b、c三點的振動情況，下列判斷中正確的是（ ）
（A）b處的振動永遠互相減弱
（B）a處永遠是波峰與波峰相遇
（C）b處在此時刻是波谷與波谷相遇
（D）c處的振動永遠相互減弱
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，過半個周期后變成波谷與波谷相遇，始終是振動加強的點，并非永遠是波峰與波峰相遇的點，選項B錯誤。c處此刻是波峰與波谷相遇，過半個周期后是波谷與波峰相遇，它們的振動永遠互相減弱，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，不能混為一談。振幅是指振動的質點所能達到的最大位移，既使在振動最強處，質點的位移仍做周期性變化，甚至可以為零；振動最弱的點，位移總是零。

類型三波的衍射條的理解
【例4】圖是觀察水面波衍射的實驗裝置，AC和BD是兩塊擋板，AB是一個孔，O是波。圖中已畫出波所在區域波的傳播情況，每兩條相鄰波紋（圖中曲線）間的距離表示一個波長，則波經過孔之后的傳播情況，下列說法中正確的是（ ）
A、此時能明顯觀察到波的衍射現象
B、擋板前后波紋間距離相等
C、如果將孔AB擴大，有可能觀察不到明顯的衍射現象
D、如果孔的大小不變，將波的頻率增大，將能更明顯地觀察到衍射現象
導示:此時孔的尺寸與波長相近，能觀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，將逐漸偏離發生明顯衍射的條，所以C選項正確；而波頻率增大，會使波長變小，更加符合明顯衍射條，所以D選項錯誤。所以選ABC.

1．人在室內講話的聲音比在室外空曠處講話聲音要宏亮，是因為( )
A．室內空氣不流動 B．室內聲音多次反射
C．室內聲音發生折射 D．室內物體會吸收聲音

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

3．（云南省昆明地區2008高三物理第三次月考試題）兩列簡諧橫波，波速大小均為20m/s，圖為某時刻兩列波的波動圖象，一列波沿著x軸向右傳播（實線所示），另一列沿著x軸向左傳播（虛線所示），下列說法不正確的是（ ）
A．兩列波的頻率均為2.5Hz
B．兩列波在b、d點處振動加強，在a、c點振動減弱
C．此時刻b、d點處的質點速度為0，a、c點處質點速度最大
D．經過0.1s，a處質點在波峰，c處質點在波谷

4．（揚州市2007第二學期高三調研測試）由兩個完全相同的波s1與S2發出的兩列機械波在同種介質中傳播，某時刻的情況如圖所示，其中實線表示波峰，虛線表示波谷，下列說法正確的是（ ）
A．處于波峰與波峰相遇處的質點振動一定最強
B．處于波谷與波谷相遇處的質點振動一定最弱
C．振動最強的質點的位移始終最大，大小為每一列波振幅的2倍
D．振動最弱的質點就是該時刻處于波峰與波谷的交點。除此之外沒有其它質點

5．a為聲，發出聲波；b為接收者，接收a發出的聲波。a、b若運動，只限于在沿兩者連線方向上，下列說法正確的是 （ ）
A．a靜止，b向a運動，則b收到的聲頻比a發出的高
B．a、b向同一方向運動，則b收到的聲頻一定比a發出的高
C．a、b向同一方向運動，則b收到的聲頻一定比a發出的低
D．a、b都向相互背離的方向運動，則b收到的聲頻比a發出的高

參考答案：1．B 2．0.35米 0.6米
3．ACD 4．A 5．A

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