落在水面上的雨滴形成的水波會發(fā)生干涉現(xiàn)象
水波在小孔位置會發(fā)生衍射現(xiàn)象
1．波的衍射：水波在遇到小障礙物或者小孔時繼續(xù)向前傳播，我們把這種現(xiàn)象叫作波的衍射．2．發(fā)生明顯衍射的條件：縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長____，或者__________．衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都可以發(fā)生衍射．3．惠更斯原理．(1)內容：介質中波動傳到的各點，都可以看作是______________，在其后的任一時刻，這些子波的____就形成新的波面．(2)應用：惠更斯原理對任何____過程都是適用的．
1．反射現(xiàn)象．(1)定義：機械波遇到介質界面會____原介質繼續(xù)傳播的現(xiàn)象．(2)特點：頻率、波速和波長都不變．2．折射現(xiàn)象．(1)定義：機械波從一種介質____另一種介質時，波的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象．(2)特點：頻率不變，波速和波長發(fā)生改變．3．反射和折射是波的普遍性質．
1．波的疊加原理：幾列波相遇時能夠保持各自的運動特征，繼續(xù)傳播，在相遇的區(qū)域中，質點的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的位移的____．2．波的干涉．(1)定義：________的兩列波在相遇的區(qū)域中，會出現(xiàn)穩(wěn)定的相對平靜的區(qū)域和劇烈振動的區(qū)域，這些區(qū)域的位置是固定的，且互相隔開．這種現(xiàn)象叫波的干涉．
(2)穩(wěn)定干涉條件．①兩列波的____必須相同．②兩個波的______恒定，且________相同．(3)干涉的普遍性．一切波都能夠發(fā)生干涉，干涉是__________現(xiàn)象．
1.如右圖所示，在空曠的廣場上有一堵較高大的墻MN，在墻的一側有一個正在播放男女合唱歌曲的聲源O，某人從A點走到墻后的B點，在此過程中，如從衍射的角度來考慮，則會聽到(　　)A．聲音變響，男聲比女聲更響B(tài)．聲音變響，女聲比男聲更響C．聲音變弱，男聲比女聲更弱D．聲音變弱，女聲比男聲更弱
解析：由題意可知，某人從題圖中A點走到墻后的B點，由于波的衍射現(xiàn)象，能聽到聲音，但強度變弱．由于男聲的頻率低于女聲的頻率，在同一介質中聲音的傳播速度相同，則男聲的波長比女聲的波長長，更容易發(fā)生衍射．故A、B、C錯誤，D正確．
2．右圖中1、2、3分別代表入射波、反射波、折射波的波線，則(　　)A．2與1的波長、頻率相等，波速不等B．2與1的波速、頻率相等，波長不等C．3與1的波速、頻率、波長均相等D．3與1的頻率相等，波速、波長均不等
3．關于波的疊加和干涉，下列說法正確的是(　　)A．兩列頻率不相同的波相遇時，因為沒有穩(wěn)定的干涉圖樣，所以波沒有疊加B．兩列頻率相同的波相遇時，振動加強的點只是波峰與波峰相遇的點C．兩列頻率相同的波相遇時，介質中振動加強的質點在某時刻的位移可能是零D．兩列頻率相同的波相遇時，振動加強的質點的位移總是比振動減弱的質點的位移大
解析：兩列波相遇時一定疊加，A錯誤；振動加強是指振幅增大，而不只是波峰與波峰相遇的點，B錯誤；振動加強點的振幅增大，質點仍然在自己的平衡位置附近振動，故某時刻的位移可以是振幅范圍內的任何值，C正確，D錯誤．
1．關于衍射的條件：應該說衍射是沒有條件的，衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都可以發(fā)生衍射．衍射只有“明顯”與“不明顯”之分，障礙物或小孔的尺寸跟波長差不多，或比波長小是產生明顯衍射的條件．2．波的衍射實質分析：波傳到小孔(障礙物)時，小孔(障礙物)仿佛是一個新波源，由它發(fā)出的與原來同頻率的波在小孔(障礙物)后傳播，就偏離了直線方向．波的直線傳播只是在衍射不明顯時的近似情況．
3．惠更斯原理的實質：波面上的每一點(面源)都是一個次級球面波的子波源，子波的波速與頻率等于初級波的波速和頻率，此后每一時刻的子波波面的包絡面就是該時刻總的波動的波面．其核心思想是介質中任一處的波動狀態(tài)是由各處的波動決定的，惠更斯原理解釋了波的衍射現(xiàn)象．
【典例1】　(2024·江蘇南京月考)曉宇在實驗室利用發(fā)波水槽演示了波的衍射現(xiàn)象，調整縫的寬度PQ＝5 cm，M、N為擋板后放置的兩個浮球，實驗時發(fā)現(xiàn)兩浮球始終靜止不動，則下列說法正確的是(　　)A．將縫的寬度略微調大，則兩浮球可能上下浮動B．將縫的寬度適當調小，則兩浮球可能上下浮動C．增大振源的頻率，兩浮球可能上下浮動D．無論如何調節(jié)振源的頻率，兩浮球始終靜止
解析：當縫的寬度PQ＝5 cm時，兩浮球始終靜止不動，可知此時波的衍射現(xiàn)象不明顯，即波的波長遠小于此時縫寬，若將縫的寬度略微調大，波長仍遠小于此時縫寬，同樣不會有明顯的衍射現(xiàn)象，即兩浮球仍會靜止不動；若將縫的寬度適當調小，當波長和縫寬接近或者大于縫寬時可發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，即此時兩浮球可以上下浮動，A錯誤，B正確．根據公式v＝λf可知，由于波在介質中的傳播速度不變，故增大振源的頻率時波長變短，根據前面分析可知波長仍遠小于縫寬，不會有明顯的衍射現(xiàn)象，兩浮球不可能上下浮動；減小振源的頻率時，波長變長，當波長和縫寬接近或者大于縫寬時可發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，此時兩浮球會上下浮動．故C、D錯誤．
關于波的衍射現(xiàn)象的兩點提醒(1)障礙物的尺寸的大小與波長大小的關系不是發(fā)生衍射的條件，而是發(fā)生明顯衍射的條件，波長越大，越易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象．(2)當孔的尺寸遠小于波長時，盡管衍射十分突出，但衍射波的能量很弱，也很難觀察到波的衍射．
解析：水波通過狹縫后波長不變，A錯誤；這是水波的衍射現(xiàn)象，衍射是波特有的性質，任何波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象，B錯誤；該實驗的狹縫寬度相等，波長不等，則此現(xiàn)象可以說明，縫寬一定，波長越長衍射現(xiàn)象越明顯，C錯誤，D正確．
2．某居住地A位于某山脈的一側，山脈的另一側P處建有無線電波發(fā)射站，如下圖所示．該發(fā)射站可發(fā)送頻率為400 kHz的中波和400 MHz的微波．已知無線電波在空氣中的傳播速度都為3×108 m/s.回答以下問題：
(1)該中波和微波的波長各是多少？
答案：750 m　0.75 m
(2)發(fā)射站發(fā)出的電磁波是經過干涉還是衍射后到達居住地A處的？解析：發(fā)射站發(fā)出的無線電波繞過山脈到達A處，發(fā)生了衍射現(xiàn)象．答案：衍射(3)若兩種波的接收效果不同，請說明哪一種波的接收效果更好．為什么？解析：中波的接收效果更好，因為它的波長長，衍射現(xiàn)象更明顯．答案：中波的接收效果好，因為它的波長長，衍射效果更好　
1．波的頻率是由振源決定的，介質中各個質點的振動都是受迫振動，因此不論是反射還是折射，波的頻率是不改變的．2．波速是由介質決定的．波反射時是在同一介質中傳播，因此波速不變；波折射時是在不同介質中傳播，因此波速改變．
【典例2】　某測量員利用回聲測距，他站在兩平行墻壁間某一位置鳴槍，經過1 s第一次聽到回聲，又經過0.5 s再次聽到回聲，已知聲速為340 m/s，則兩墻壁間的距離為多少？[核心點撥]　(1)注意測量員是否運動．(2)注意測量員聽到回聲是來回的距離．
解析：設兩墻壁間的距離為s，測量員離較近的墻壁的距離為x，則他離較遠的墻壁的距離為s－x，第一次聽到回聲時，2x＝vt1；第二次聽到回聲時，2(s－x)＝v(t1＋Δt)，其中Δt＝0.5 s，t1＝1 s，代入數(shù)據得s＝425 m．答案：425 m
3．(多選)關于波的反射與折射，下列說法正確的是(　　)A．波發(fā)生反射時，波的頻率不變，波速變小，波長變短B．波發(fā)生反射時，波的頻率、波長、波速均不變C．波發(fā)生折射時，波的頻率、波長、波速均發(fā)生變化D．波發(fā)生折射時，波的頻率不變，但波長、波速均發(fā)生變化
解析：波發(fā)生反射時，在同一種介質中運動，因此波長、波速和頻率不變，A錯誤，B正確；波在不同種介質中運動時發(fā)生折射，波速發(fā)生變化，但頻率由振源決定，波的頻率不變，由v＝λf可知波長也發(fā)生變化，C錯誤，D正確．
4．(多選)以下關于波的認識，正確的是(　　)A．潛艇利用聲吶探測周圍物體的分布情況，用的是波的反射原理B．隱形飛機怪異的外形及表面涂特殊隱形物質，是為了減少波的反射，從而達到隱形的目的C．雷達的工作原理是利用了波的干涉D．水波從深水區(qū)傳到淺水區(qū)改變傳播方向的現(xiàn)象，是波的折射現(xiàn)象解析：潛艇探測周圍物體利用了反射原理，A正確；隱形飛機可以減少波的反射，B正確；雷達工作原理利用了波的反射，C錯誤；水波的傳播方向發(fā)生變化，屬于波的折射，D正確．
1．發(fā)生干涉的條件．(1)兩列波的頻率相同．(2)相位差恒定．2．產生穩(wěn)定干涉圖樣的兩列波的振幅越接近，干涉圖樣越明顯．
3．干涉圖樣及其特點．(1)干涉圖樣：如右圖所示．(2)特點．①加強區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變．②加強區(qū)始終加強，減弱區(qū)始終減弱(加強區(qū)與減弱區(qū)不隨時間變化).③加強區(qū)與減弱區(qū)互相間隔．
②現(xiàn)象判斷法：若某點總是波峰與波峰或波谷與波谷相遇，該點為振動加強點；若總是波峰與波谷相遇，則為振動減弱點．(4)振動加強的點和振動減弱的點始終保持與波源同頻率振動，其振幅不變(減弱的點的振幅可能為零)，其位移隨時間變化．
【典例3】　如右圖所示，S1、S2是兩個步調完全相同的相干波源，其中實線表示波峰，虛線表示波谷．若兩列波的振幅均保持5 cm不變，關于右圖中所標的a、b、c、d四點，下列說法正確的是(　　)A．d點始終保持靜止不動B．圖示時刻c點的位移為零C．b點振動始終加強，c點振動始終減弱D．圖示時刻，b、c兩點的豎直高度差為10 cm
[核心點撥]　(1)S1、S2是兩個步調完全相同的相干波源，說明發(fā)生干涉．(2)由題圖知b點是波峰與波峰相遇，c點是波谷與波谷相遇，d點是波峰與波谷相遇．解析：d點是波峰與波谷相遇，振動減弱，振幅為零，故保持靜止，故A正確；b點是波峰與波峰相遇，c點是波谷與波谷相遇，它們均屬于振動加強點，由于振幅是5 cm，則b點相對于平衡位置高10 cm，而c點是波谷與波谷相遇，則c點相對于平衡位置低10 cm，所以b、c兩點的豎直高度差為20 cm，故B、C、D錯誤．
振動加強點與振動減弱點的判斷方法
5.(多選)(2024·廣東中山一中校考)如右圖所示，S1、S2為兩個振動情況完全一樣的波源，兩列波的波長都為λ，它們在介質中產生干涉現(xiàn)象，S1、S2在空間中共形成了5個振動加強的區(qū)域，如右圖中實線所示．P是振動加強區(qū)域中的一點，從右圖中可看出(　　)A．S1波在該區(qū)域的傳播速度和S2波的等大B．P點到兩波源的距離等于λC．P點此時刻振動最強，經過半個周期后，振動變?yōu)樽钊鮀．S1 、S2連線和加強區(qū)交點等間距，間距為半波長
解析：兩列波在同一介質中傳播，傳播速度相等，故A正確；由題可知，S1、S2在空間中共形成了5個振動加強的區(qū)域，題圖中直線上各點到兩個波源的距離相等，所以可知P點到兩波源的距離差等于λ，故B錯誤；P點處于振動加強區(qū)且始終加強，此時刻振動最強，經過半個周期振動仍然最強，故C錯誤；S1 、S2連線和加強區(qū)交點等間距，間距為半波長，故D正確．
6．(多選)如下圖所示，實線和虛線分別表示振幅、頻率均相同的兩列波的波峰和波谷．此刻，M是波峰與波峰相遇點，下列說法正確的是(　　)A．該時刻質點O正處在平衡位置B．P、N兩點始終處于平衡位置C．M點經過四分之一周期變?yōu)檎駝訙p弱點D．從該時刻起，經過四分之一周期，質點M到達平衡位置
解析：由題圖可知，O、M均為振動加強點，此時O點處于波谷，M點處于波峰，M點是峰、峰相遇，M點為振動加強點，則始終為振動加強點，A、C錯誤；N、P兩點為振動減弱點，又因為兩列波的振幅相同，因此N、P兩點的振幅為零，即兩點始終處于平衡位置，B正確；從該時刻經過四分之一周期，兩列波分別引起的振動都使M點位于平衡位置，故M點位于平衡位置，D正確.

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第三節(jié) 機械波的傳播現(xiàn)象

版本： 粵教版 (2019)

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