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第三節(jié)　機(jī)械波的傳播現(xiàn)象
[學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1．知道機(jī)械波的衍射和干涉．2．了解惠更斯原理．3．了解機(jī)械波的反射和折射特點(diǎn)．
知識(shí)點(diǎn)一　機(jī)械波的衍射與惠更斯原理
1．波的衍射
水波在遇到小障礙物或者小孔時(shí)，能____障礙物或____小孔繼續(xù)向前傳播的現(xiàn)象．______都能發(fā)生衍射，衍射是波____的現(xiàn)象．
2．惠更斯原理
介質(zhì)中波動(dòng)傳到的各點(diǎn)都可以看作是發(fā)射____的波源，在其后的任一時(shí)刻，這些子波的包絡(luò)就形成新的____．這就是惠更斯原理，該原理對(duì)任何波動(dòng)過程都是____的．
知識(shí)點(diǎn)二　機(jī)械波的反射和折射
在波的反射中，波的頻率、波速和波長(zhǎng)都____．在波的折射中，____不變，波速和波長(zhǎng)發(fā)生改變．
知識(shí)點(diǎn)三　機(jī)械波的干涉
1．波的疊加原理
兩列波在相遇疊加時(shí)，每列波都是獨(dú)立地保持自己原有的____，如同在各自的傳播路徑中并沒有遇到其他波一樣．相遇區(qū)域中各點(diǎn)的位移，就是這兩列波引起的位移的____，這一規(guī)律稱為波的疊加原理．
2．波的干涉
(1)條件：兩列波產(chǎn)生干涉的必要條件是____相同，______恒定，振動(dòng)方向相同．
(2)波的干涉：對(duì)于頻率相同的兩列波，在相遇的區(qū)域水面上，會(huì)出現(xiàn)____的相對(duì)平靜的區(qū)域和劇烈振動(dòng)的區(qū)域．這兩個(gè)區(qū)域在水面上的位置是____的，且互相____．這種現(xiàn)象為波的干涉．
1．思考判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)．
(1)任何波的波線與波面都相互垂直． (　　)
(2)反射波的頻率、波速與入射波相同． (　　)
(3)折射波的頻率、波速與入射波相同． (　　)
(4)當(dāng)障礙物或狹縫的尺寸跟波長(zhǎng)相差不大時(shí)，有明顯的衍射現(xiàn)象． (　　)
2．(多選)下列敘述屬于波的反射現(xiàn)象的是(　　)
A．在空房間里講話，會(huì)感到聲音比在野外響
B．水波從深水區(qū)入射到淺水區(qū)方向變化
C．講話者又聽到自己的回聲
D．聲波從空氣中進(jìn)入水中速度變大
3．下列現(xiàn)象或事實(shí)屬于衍射現(xiàn)象的是(　　)
A．風(fēng)從窗戶吹進(jìn)來
B．雪堆積在背風(fēng)的屋后
C．聽到墻外人的說話聲
D．晚上看到水中月亮的倒影
水波通過兩座小山之間狹窄的水面時(shí)，形成半圓形的水波向外擴(kuò)散，繞過小山，這是什么緣故？如果兩座小山之間的水面更寬或更窄，這種現(xiàn)象還會(huì)存在嗎？
　機(jī)械波的衍射與惠更斯原理
1．關(guān)于衍射的條件
應(yīng)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(zhǎng)差不多，或比波長(zhǎng)小是發(fā)生明顯衍射的條件．
2．波的衍射實(shí)質(zhì)分析
由惠更斯原理可知，波傳到小孔(障礙物)時(shí)，小孔(障礙物)仿佛是一個(gè)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(shí)的近似情況．
3．衍射圖樣
(1)圖甲為水波遇到較寬的縫．
(2)圖乙為水波遇到較窄的縫．
【典例1】　如圖所示，O是水面上一波源，實(shí)線和虛線分別表示某時(shí)刻的波峰和波谷，A是擋板，B是小孔．若不考慮波的反射因素，則經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，水面上的波將分布于(　　)
A．整個(gè)區(qū)域
B．陰影Ⅰ以外區(qū)域
C．陰影Ⅱ以外區(qū)域
D．陰影Ⅱ和Ⅲ以外的區(qū)域
[聽課記錄]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　衍射是波所特有的現(xiàn)象
(1)衍射是波所特有的現(xiàn)象，一切波都會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象．
(2)衍射現(xiàn)象總是存在的，只有明顯和不明顯的差異．
(3)一般情況下，波長(zhǎng)越大的波越容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象．
[跟進(jìn)訓(xùn)練]
1．某同學(xué)觀察到波長(zhǎng)相同的水波通過兩個(gè)寬度不同的狹縫時(shí)的現(xiàn)象，如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A．水波通過狹縫后波長(zhǎng)變短
B．這是水波的衍射現(xiàn)象，有些波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象
C．此現(xiàn)象可以說明，波長(zhǎng)一定，縫越窄衍射現(xiàn)象越明顯
D．此現(xiàn)象可以說明，縫寬一定，波長(zhǎng)越長(zhǎng)衍射現(xiàn)象越明顯
　波的反射和波的折射
1．對(duì)波的反射的理解
(1)波發(fā)生反射時(shí)波的傳播方向發(fā)生了變化．
(2)反射波和入射波在同一介質(zhì)中傳播，介質(zhì)決定波速，因此波速不變，波的頻率是由波源決定的，因此波的頻率也不改變，根據(jù)公式λ＝，可知波長(zhǎng)也不改變．
2．波的反射、折射現(xiàn)象中各量的變化
(1)波向前傳播，在兩種介質(zhì)的界面上會(huì)同時(shí)發(fā)生反射現(xiàn)象和折射現(xiàn)象，一些相關(guān)物理量變化如下：
波現(xiàn)象 波的反射 波的折射
傳播方向 改變，i＝i′ 改變，r≠i
頻率f 不變 不變
波速v 不變 改變
波長(zhǎng)λ 不變 改變
(2)說明
①頻率f由波源決定，故無論是反射波的頻率還是折射波的頻率都等于入射波的頻率．
②波速v由介質(zhì)決定，因反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播，故波速不變；折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播，波速變化．
③根據(jù)v＝λf，波長(zhǎng)λ與v及f有關(guān)，即與介質(zhì)和波源有關(guān)，反射波與入射波在同一介質(zhì)中，波速相同、頻率相同，故波長(zhǎng)相同．折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播，v不同，f相同，故λ不同．
3．波的反射現(xiàn)象的應(yīng)用
(1)回聲測(cè)距
①當(dāng)聲源不動(dòng)時(shí)，聲波遇到了障礙物會(huì)返回來繼續(xù)傳播，反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播速度相同，因此，入射波和反射波在傳播距離一樣的情況下，用的時(shí)間相等，設(shè)經(jīng)時(shí)間t聽到回聲，則聲源距障礙物的距離為s＝v聲 ．
②當(dāng)聲源以速度v向靜止的障礙物運(yùn)動(dòng)或障礙物以速度v向靜止的聲源運(yùn)動(dòng)時(shí)，聲源發(fā)聲時(shí)障礙物到聲源的距離為s＝(v聲＋v)．
③當(dāng)聲源以速度v遠(yuǎn)離靜止的障礙物或障礙物以速度v遠(yuǎn)離聲源時(shí)，聲源發(fā)聲時(shí)障礙物到聲源的距離s＝(v聲－v)．
(2)超聲波定位
蝙蝠能發(fā)出超聲波，超聲波遇到障礙物或捕食目標(biāo)時(shí)會(huì)被反射回來，蝙蝠就根據(jù)接收到的反射回來的超聲波來確定障礙物或食物位置，從而確定飛行方向．另外海豚、雷達(dá)也是利用波的反射來定位或測(cè)速的．
【典例2】　有一輛汽車以15 m/s的速度勻速行駛，在其正前方有一陡峭山崖，汽車?guó)Q笛2 s 后司機(jī)聽到回聲，此時(shí)汽車距山崖的距離多遠(yuǎn)？(v聲＝340 m/s)
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[跟進(jìn)訓(xùn)練]
2．人耳只能區(qū)分相差0.1 s以上的兩個(gè)聲音，人要聽到自己講話的回聲，人離障礙物的距離至少要大于多少米？(已知聲音在空氣中的傳播速度為 340 m/s)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　波的疊加與波的干涉
1．波的干涉與波的疊加
(1)波的疊加是無條件的，任何頻率的兩列波在空間相遇都會(huì)疊加，但干涉必須是滿足一定條件的兩列波疊加后形成的現(xiàn)象．
(2)穩(wěn)定干涉圖樣的產(chǎn)生是有條件的，必須是兩列同類的波，并且波的頻率相同、振動(dòng)方向相同、相位差恒定．如果兩列波的頻率不相等，在同一種介質(zhì)中傳播時(shí)其波長(zhǎng)就不相等，這樣不能形成穩(wěn)定的振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)．因此我們就看不到穩(wěn)定的干涉圖樣，只能是一般的振動(dòng)疊加現(xiàn)象．
2．干涉圖樣及其特征
(1)干涉圖樣
(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．
【典例3】　(多選)如圖所示，S1、S2是振幅均為A的兩個(gè)水波波源，某時(shí)刻它們形成的波峰和波谷分別由實(shí)線和虛線表示．則下列說法中正確的是(　　)
A．兩列波在相遇區(qū)域發(fā)生干涉
B．兩列波在相遇區(qū)域內(nèi)發(fā)生疊加
C．此時(shí)各點(diǎn)的位移是：xA＝0，xB＝－2A，xC＝2A
D．A處振動(dòng)始終減弱，B、C處振動(dòng)始終加強(qiáng)
[思路點(diǎn)撥]　(1)從圖中可以看出，兩列水波波長(zhǎng)不同，頻率不同，不能發(fā)生干涉現(xiàn)象．
(2)兩列波疊加，任何一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的總位移等于兩列波在該點(diǎn)上的位移的矢量和．
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　確定振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的技巧
(1)波峰與波峰(或波谷與波谷)相遇的點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，波峰與波谷相遇的點(diǎn)為振動(dòng)減弱點(diǎn)．
(2)在波的傳播方向上，加強(qiáng)點(diǎn)的連線為加強(qiáng)區(qū)，減弱點(diǎn)的連線為減弱區(qū)．
(3)不管波如何疊加，介質(zhì)中的各質(zhì)點(diǎn)均在各自的平衡位置附近振動(dòng)．
[跟進(jìn)訓(xùn)練]
3．如圖所示是水波干涉示意圖，S1、S2是兩波源，A、D、B三點(diǎn)在一條直線上，兩波源頻率相同，振幅相等，則下列說法正確的是(　　)
A．A處質(zhì)點(diǎn)一會(huì)兒在波峰，一會(huì)兒在波谷
B．B處質(zhì)點(diǎn)一直在波谷
C．C處質(zhì)點(diǎn)一會(huì)兒在波峰，一會(huì)兒在波谷
D．D處質(zhì)點(diǎn)一直在平衡位置
1．(多選)以下關(guān)于波的認(rèn)識(shí)，正確的是(　　)
A．潛水艇利用聲吶探測(cè)周圍物體的分布情況，用的是波的反射原理
B．隱形飛機(jī)怪異的外形及表面涂特殊吸波材料，是為了減少波的反射，從而達(dá)到隱形的目的
C．雷達(dá)的工作原理是利用波的直線傳播
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
2．戰(zhàn)繩訓(xùn)練是當(dāng)下流行的一種健身方式，健身者通過晃動(dòng)戰(zhàn)繩的一端使其上下振動(dòng)從而讓手臂和肩部的肌肉得到良好的鍛煉，其簡(jiǎn)化圖如圖所示，不妨假設(shè)健身者左右手抓住的繩子是完全相同的，兩手的振動(dòng)能持續(xù)保持相同的頻率和振幅，下列說法正確的是(　　)
A．健身者左右手開始抖動(dòng)時(shí)的方向是相同的
B．當(dāng)左右兩列繩波傳到P點(diǎn)時(shí)振動(dòng)將得到加強(qiáng)
C．右手繩子上的a、b兩點(diǎn)振動(dòng)情況始終相同
D．如果只增加左右手上下振動(dòng)的幅度，繩波的波長(zhǎng)變短
3．(多選)(源自粵教版教材改編)如圖所示，水平面內(nèi)兩個(gè)沿豎直方向振動(dòng)的相干波源S1、S2發(fā)出的簡(jiǎn)諧橫波在同一均勻介質(zhì)中相遇，波長(zhǎng)均為5 cm，波源S1的振幅為2 cm，S2的振幅為4 cm．圖中實(shí)線表示某時(shí)刻的波峰，虛線表示該時(shí)刻的波谷，a、c、e三點(diǎn)均位于S1、S2連線的中垂線上，其中e點(diǎn)是a、c連線的中點(diǎn)，b、d、f三點(diǎn)為圓弧的交點(diǎn)．下列說法正確的是(　　)
A．圖示時(shí)刻a、c兩點(diǎn)連線上的任意一點(diǎn)(不含a、c)均向下振動(dòng)
B．b點(diǎn)的振幅為2 cm
C．圖中b、d、f三點(diǎn)位于同一條雙曲線上
D．圖中e點(diǎn)的振幅為0，但是它是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)
4．甲、乙兩人平行站在一堵又高又寬的墻前面，二人相距2a，距墻均為，當(dāng)甲開了一槍后，乙在t時(shí)間后聽到第一聲槍響，則乙聽到第二聲槍響的時(shí)間為(　　)
A．甲開槍t后 B．甲開槍2t后
C．甲開槍3t后 D．甲開槍4t后
回顧本節(jié)內(nèi)容，自主完成以下問題：
1．波反射時(shí)頻率與波速如何變化？
2．是不是只有在小孔或障礙物尺寸與波長(zhǎng)差不多或比波長(zhǎng)小才有衍射現(xiàn)象？
3．波的疊加與波的干涉的區(qū)別？
9 / 9第三節(jié)　機(jī)械波的傳播現(xiàn)象
[學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1．知道機(jī)械波的衍射和干涉．2．了解惠更斯原理．3．了解機(jī)械波的反射和折射特點(diǎn)．
知識(shí)點(diǎn)一　機(jī)械波的衍射與惠更斯原理
1．波的衍射
水波在遇到小障礙物或者小孔時(shí)，能繞過障礙物或穿過小孔繼續(xù)向前傳播的現(xiàn)象．一切波都能發(fā)生衍射，衍射是波特有的現(xiàn)象．
2．惠更斯原理
介質(zhì)中波動(dòng)傳到的各點(diǎn)都可以看作是發(fā)射子波的波源，在其后的任一時(shí)刻，這些子波的包絡(luò)就形成新的波面．這就是惠更斯原理，該原理對(duì)任何波動(dòng)過程都是適用的．
知識(shí)點(diǎn)二　機(jī)械波的反射和折射
在波的反射中，波的頻率、波速和波長(zhǎng)都不變．在波的折射中，頻率不變，波速和波長(zhǎng)發(fā)生改變．
知識(shí)點(diǎn)三　機(jī)械波的干涉
1．波的疊加原理
兩列波在相遇疊加時(shí)，每列波都是獨(dú)立地保持自己原有的特性，如同在各自的傳播路徑中并沒有遇到其他波一樣．相遇區(qū)域中各點(diǎn)的位移，就是這兩列波引起的位移的合成，這一規(guī)律稱為波的疊加原理．
2．波的干涉
(1)條件：兩列波產(chǎn)生干涉的必要條件是頻率相同，相位差恒定，振動(dòng)方向相同．
(2)波的干涉：對(duì)于頻率相同的兩列波，在相遇的區(qū)域水面上，會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定的相對(duì)平靜的區(qū)域和劇烈振動(dòng)的區(qū)域．這兩個(gè)區(qū)域在水面上的位置是固定的，且互相隔開．這種現(xiàn)象為波的干涉．
1．思考判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)．
(1)任何波的波線與波面都相互垂直． (√)
(2)反射波的頻率、波速與入射波相同． (√)
(3)折射波的頻率、波速與入射波相同． (×)
(4)當(dāng)障礙物或狹縫的尺寸跟波長(zhǎng)相差不大時(shí)，有明顯的衍射現(xiàn)象． (√)
2．(多選)下列敘述屬于波的反射現(xiàn)象的是(　　)
A．在空房間里講話，會(huì)感到聲音比在野外響
B．水波從深水區(qū)入射到淺水區(qū)方向變化
C．講話者又聽到自己的回聲
D．聲波從空氣中進(jìn)入水中速度變大
AC　[A、C都屬于波的反射現(xiàn)象，B、D屬于波的折射現(xiàn)象.]
3．下列現(xiàn)象或事實(shí)屬于衍射現(xiàn)象的是(　　)
A．風(fēng)從窗戶吹進(jìn)來
B．雪堆積在背風(fēng)的屋后
C．聽到墻外人的說話聲
D．晚上看到水中月亮的倒影
C　[波在傳播過程中偏離直線傳播繞過障礙物的現(xiàn)象稱為波的衍射.C與衍射現(xiàn)象相符，A、B、D不屬于衍射現(xiàn)象.]
水波通過兩座小山之間狹窄的水面時(shí)，形成半圓形的水波向外擴(kuò)散，繞過小山，這是什么緣故？如果兩座小山之間的水面更寬或更窄，這種現(xiàn)象還會(huì)存在嗎？
提示：波繞到小山后面的現(xiàn)象就是波的衍射.存在，障礙物或孔、縫的尺寸大小只影響衍射現(xiàn)象的明顯程度.
　機(jī)械波的衍射與惠更斯原理
1．關(guān)于衍射的條件
應(yīng)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(zhǎng)差不多，或比波長(zhǎng)小是發(fā)生明顯衍射的條件．
2．波的衍射實(shí)質(zhì)分析
由惠更斯原理可知，波傳到小孔(障礙物)時(shí)，小孔(障礙物)仿佛是一個(gè)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(shí)的近似情況．
3．衍射圖樣
(1)圖甲為水波遇到較寬的縫．
(2)圖乙為水波遇到較窄的縫．
【典例1】　如圖所示，O是水面上一波源，實(shí)線和虛線分別表示某時(shí)刻的波峰和波谷，A是擋板，B是小孔．若不考慮波的反射因素，則經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，水面上的波將分布于(　　)
A．整個(gè)區(qū)域
B．陰影Ⅰ以外區(qū)域
C．陰影Ⅱ以外區(qū)域
D．陰影Ⅱ和Ⅲ以外的區(qū)域
B　[從題圖中可以看出A擋板寬度比波長(zhǎng)大，所以不能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，而B小孔寬度比波長(zhǎng)小，能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，所以經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，水面上的波將分布于陰影Ⅰ以外區(qū)域，故B正確.]
　衍射是波所特有的現(xiàn)象
(1)衍射是波所特有的現(xiàn)象，一切波都會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象．
(2)衍射現(xiàn)象總是存在的，只有明顯和不明顯的差異．
(3)一般情況下，波長(zhǎng)越大的波越容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象．
[跟進(jìn)訓(xùn)練]
1．某同學(xué)觀察到波長(zhǎng)相同的水波通過兩個(gè)寬度不同的狹縫時(shí)的現(xiàn)象，如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A．水波通過狹縫后波長(zhǎng)變短
B．這是水波的衍射現(xiàn)象，有些波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象
C．此現(xiàn)象可以說明，波長(zhǎng)一定，縫越窄衍射現(xiàn)象越明顯
D．此現(xiàn)象可以說明，縫寬一定，波長(zhǎng)越長(zhǎng)衍射現(xiàn)象越明顯
C　[波衍射后不影響波的特性，即波長(zhǎng)和頻率不變，A錯(cuò)誤；波的衍射是波特有的性質(zhì)，故所有波都會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，B錯(cuò)誤；從題圖中可知第1幅圖衍射現(xiàn)象比較明顯，所以波長(zhǎng)一定，縫越窄衍射現(xiàn)象越明顯，由于題中給出的是波長(zhǎng)一定的情況，無法得出縫寬一定時(shí)的衍射情況，故C正確，D錯(cuò)誤.]
　波的反射和波的折射
1．對(duì)波的反射的理解
(1)波發(fā)生反射時(shí)波的傳播方向發(fā)生了變化．
(2)反射波和入射波在同一介質(zhì)中傳播，介質(zhì)決定波速，因此波速不變，波的頻率是由波源決定的，因此波的頻率也不改變，根據(jù)公式λ＝，可知波長(zhǎng)也不改變．
2．波的反射、折射現(xiàn)象中各量的變化
(1)波向前傳播，在兩種介質(zhì)的界面上會(huì)同時(shí)發(fā)生反射現(xiàn)象和折射現(xiàn)象，一些相關(guān)物理量變化如下：
波現(xiàn)象 波的反射 波的折射
傳播方向 改變，i＝i′ 改變，r≠i
頻率f 不變 不變
波速v 不變 改變
波長(zhǎng)λ 不變 改變
(2)說明
①頻率f由波源決定，故無論是反射波的頻率還是折射波的頻率都等于入射波的頻率．
②波速v由介質(zhì)決定，因反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播，故波速不變；折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播，波速變化．
③根據(jù)v＝λf，波長(zhǎng)λ與v及f有關(guān)，即與介質(zhì)和波源有關(guān)，反射波與入射波在同一介質(zhì)中，波速相同、頻率相同，故波長(zhǎng)相同．折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播，v不同，f相同，故λ不同．
3．波的反射現(xiàn)象的應(yīng)用
(1)回聲測(cè)距
①當(dāng)聲源不動(dòng)時(shí)，聲波遇到了障礙物會(huì)返回來繼續(xù)傳播，反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播速度相同，因此，入射波和反射波在傳播距離一樣的情況下，用的時(shí)間相等，設(shè)經(jīng)時(shí)間t聽到回聲，則聲源距障礙物的距離為s＝v聲 ．
②當(dāng)聲源以速度v向靜止的障礙物運(yùn)動(dòng)或障礙物以速度v向靜止的聲源運(yùn)動(dòng)時(shí)，聲源發(fā)聲時(shí)障礙物到聲源的距離為s＝(v聲＋v)．
③當(dāng)聲源以速度v遠(yuǎn)離靜止的障礙物或障礙物以速度v遠(yuǎn)離聲源時(shí)，聲源發(fā)聲時(shí)障礙物到聲源的距離s＝(v聲－v)．
(2)超聲波定位
蝙蝠能發(fā)出超聲波，超聲波遇到障礙物或捕食目標(biāo)時(shí)會(huì)被反射回來，蝙蝠就根據(jù)接收到的反射回來的超聲波來確定障礙物或食物位置，從而確定飛行方向．另外海豚、雷達(dá)也是利用波的反射來定位或測(cè)速的．
【典例2】　有一輛汽車以15 m/s的速度勻速行駛，在其正前方有一陡峭山崖，汽車?guó)Q笛2 s 后司機(jī)聽到回聲，此時(shí)汽車距山崖的距離多遠(yuǎn)？(v聲＝340 m/s)
[解析]　如圖所示為汽車與聲波的運(yùn)動(dòng)過程示意圖.
設(shè)汽車由A到C路程為s1，C點(diǎn)到山崖B距離為s；聲波由A到B再反射到C路程為s2，因汽車與聲波運(yùn)動(dòng)時(shí)間同為t
則有s2＝s1＋2s
即v聲t＝v汽t＋2s
所以s＝＝ m＝325 m.
[答案]　325 m
[跟進(jìn)訓(xùn)練]
2．人耳只能區(qū)分相差0.1 s以上的兩個(gè)聲音，人要聽到自己講話的回聲，人離障礙物的距離至少要大于多少米？(已知聲音在空氣中的傳播速度為 340 m/s)
[解析]　從人講話到聲音傳到人耳的時(shí)間取0.1 s時(shí)，人與障礙物間的距離最小.單程考慮，聲音從人傳到障礙物或從障礙物傳到人耳時(shí)t＝ s＝0.05 s，故人離障礙物的最小距離x＝vt＝340×0.05 m＝17 m.
[答案]　17 m
　波的疊加與波的干涉
1．波的干涉與波的疊加
(1)波的疊加是無條件的，任何頻率的兩列波在空間相遇都會(huì)疊加，但干涉必須是滿足一定條件的兩列波疊加后形成的現(xiàn)象．
(2)穩(wěn)定干涉圖樣的產(chǎn)生是有條件的，必須是兩列同類的波，并且波的頻率相同、振動(dòng)方向相同、相位差恒定．如果兩列波的頻率不相等，在同一種介質(zhì)中傳播時(shí)其波長(zhǎng)就不相等，這樣不能形成穩(wěn)定的振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)．因此我們就看不到穩(wěn)定的干涉圖樣，只能是一般的振動(dòng)疊加現(xiàn)象．
2．干涉圖樣及其特征
(1)干涉圖樣
(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．
【典例3】　(多選)如圖所示，S1、S2是振幅均為A的兩個(gè)水波波源，某時(shí)刻它們形成的波峰和波谷分別由實(shí)線和虛線表示．則下列說法中正確的是(　　)
A．兩列波在相遇區(qū)域發(fā)生干涉
B．兩列波在相遇區(qū)域內(nèi)發(fā)生疊加
C．此時(shí)各點(diǎn)的位移是：xA＝0，xB＝－2A，xC＝2A
D．A處振動(dòng)始終減弱，B、C處振動(dòng)始終加強(qiáng)
[思路點(diǎn)撥]　(1)從圖中可以看出，兩列水波波長(zhǎng)不同，頻率不同，不能發(fā)生干涉現(xiàn)象．
(2)兩列波疊加，任何一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的總位移等于兩列波在該點(diǎn)上的位移的矢量和．
BC　[兩列波發(fā)生干涉的條件是：頻率相同，相位差恒定，振動(dòng)方向相同，從題圖上可知λ1≈2λ2，則2f1≈f2，這兩列波不是相干波，故不能發(fā)生干涉現(xiàn)象，A錯(cuò)誤；兩列機(jī)械波在相遇區(qū)域發(fā)生疊加，這是波的基本現(xiàn)象之一，其結(jié)果是：任何一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的總位移，都等于這兩列波引起的位移的矢量和，所以B、C正確；由于頻率不同，疊加情況會(huì)發(fā)生變化，如C處此時(shí)兩波峰相遇，但經(jīng)，S2在C處是波谷，S1則不是，故C處振動(dòng)不能始終加強(qiáng)，D錯(cuò)誤.]
　確定振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的技巧
(1)波峰與波峰(或波谷與波谷)相遇的點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，波峰與波谷相遇的點(diǎn)為振動(dòng)減弱點(diǎn)．
(2)在波的傳播方向上，加強(qiáng)點(diǎn)的連線為加強(qiáng)區(qū)，減弱點(diǎn)的連線為減弱區(qū)．
(3)不管波如何疊加，介質(zhì)中的各質(zhì)點(diǎn)均在各自的平衡位置附近振動(dòng)．
[跟進(jìn)訓(xùn)練]
3．如圖所示是水波干涉示意圖，S1、S2是兩波源，A、D、B三點(diǎn)在一條直線上，兩波源頻率相同，振幅相等，則下列說法正確的是(　　)
A．A處質(zhì)點(diǎn)一會(huì)兒在波峰，一會(huì)兒在波谷
B．B處質(zhì)點(diǎn)一直在波谷
C．C處質(zhì)點(diǎn)一會(huì)兒在波峰，一會(huì)兒在波谷
D．D處質(zhì)點(diǎn)一直在平衡位置
A　[A、B、D三點(diǎn)都在振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)，三處質(zhì)點(diǎn)均做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)一會(huì)兒在波峰，一會(huì)兒在波谷，選項(xiàng)A正確，B、D錯(cuò)誤；點(diǎn)C是振動(dòng)減弱點(diǎn)，又因兩波振幅相等，故C處質(zhì)點(diǎn)一直在平衡位置不動(dòng)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤.]
1．(多選)以下關(guān)于波的認(rèn)識(shí)，正確的是(　　)
A．潛水艇利用聲吶探測(cè)周圍物體的分布情況，用的是波的反射原理
B．隱形飛機(jī)怪異的外形及表面涂特殊吸波材料，是為了減少波的反射，從而達(dá)到隱形的目的
C．雷達(dá)的工作原理是利用波的直線傳播
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
ABD　[聲吶、雷達(dá)都是利用接收反射波來進(jìn)行定位，A正確，C錯(cuò)誤；D選項(xiàng)中水波的傳播方向發(fā)生改變屬于波的折射現(xiàn)象，D正確；隱形飛機(jī)是通過減少波的反射達(dá)到隱形的目的，B正確.]
2．戰(zhàn)繩訓(xùn)練是當(dāng)下流行的一種健身方式，健身者通過晃動(dòng)戰(zhàn)繩的一端使其上下振動(dòng)從而讓手臂和肩部的肌肉得到良好的鍛煉，其簡(jiǎn)化圖如圖所示，不妨假設(shè)健身者左右手抓住的繩子是完全相同的，兩手的振動(dòng)能持續(xù)保持相同的頻率和振幅，下列說法正確的是(　　)
A．健身者左右手開始抖動(dòng)時(shí)的方向是相同的
B．當(dāng)左右兩列繩波傳到P點(diǎn)時(shí)振動(dòng)將得到加強(qiáng)
C．右手繩子上的a、b兩點(diǎn)振動(dòng)情況始終相同
D．如果只增加左右手上下振動(dòng)的幅度，繩波的波長(zhǎng)變短
C　[根據(jù)波形平移法可知，健身者左右手開始抖動(dòng)時(shí)的方向是相反的，A錯(cuò)誤；當(dāng)左右兩列繩波傳到P點(diǎn)時(shí)，P點(diǎn)為振動(dòng)減弱點(diǎn)，B錯(cuò)誤；題圖中右手繩子上的a、b兩點(diǎn)都處于波谷，由于振動(dòng)周期相同，a、b兩點(diǎn)將同時(shí)到達(dá)波峰，C正確；如果只增加左右手上下振動(dòng)的幅度，由于頻率不變，波速不變，可知繩波的波長(zhǎng)保持不變，D錯(cuò)誤.]
3．(多選)(源自粵教版教材改編)如圖所示，水平面內(nèi)兩個(gè)沿豎直方向振動(dòng)的相干波源S1、S2發(fā)出的簡(jiǎn)諧橫波在同一均勻介質(zhì)中相遇，波長(zhǎng)均為5 cm，波源S1的振幅為2 cm，S2的振幅為4 cm．圖中實(shí)線表示某時(shí)刻的波峰，虛線表示該時(shí)刻的波谷，a、c、e三點(diǎn)均位于S1、S2連線的中垂線上，其中e點(diǎn)是a、c連線的中點(diǎn)，b、d、f三點(diǎn)為圓弧的交點(diǎn)．下列說法正確的是(　　)
A．圖示時(shí)刻a、c兩點(diǎn)連線上的任意一點(diǎn)(不含a、c)均向下振動(dòng)
B．b點(diǎn)的振幅為2 cm
C．圖中b、d、f三點(diǎn)位于同一條雙曲線上
D．圖中e點(diǎn)的振幅為0，但是它是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)
ABC　[由題意知，兩相干波源能形成穩(wěn)定干涉圖樣，其連線中垂線上的點(diǎn)均為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，由題圖可知，a點(diǎn)是波谷與波谷相遇的點(diǎn)，c點(diǎn)是波峰與波峰相遇的點(diǎn)，題圖所示時(shí)刻ac連線上的點(diǎn)(不含a、c)都是向下方運(yùn)動(dòng)的，故A正確；由題圖可知，b點(diǎn)是波峰與波谷相遇的點(diǎn)，設(shè)波源S1產(chǎn)生的波的振幅為A1，波源S2產(chǎn)生的波的振幅為A2，則b點(diǎn)的振幅A＝A2－A1＝2 cm，故B正確；由題圖可知b、d、f三點(diǎn)到兩個(gè)波源的距離之差均為半波長(zhǎng)，根據(jù)幾何知識(shí)可得，b、d、f三點(diǎn)在同一條雙曲線上，故C正確；圖示時(shí)刻e點(diǎn)的位移為0，但e點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，振幅為6 cm，故D錯(cuò)誤。]
4．甲、乙兩人平行站在一堵又高又寬的墻前面，二人相距2a，距墻均為，當(dāng)甲開了一槍后，乙在t時(shí)間后聽到第一聲槍響，則乙聽到第二聲槍響的時(shí)間為(　　)
A．甲開槍t后 B．甲開槍2t后
C．甲開槍3t后 D．甲開槍4t后
B　[設(shè)聲速為v，乙聽到第一聲槍響必然是甲開槍的聲音直接傳到乙的耳朵中，故t＝ ①
甲、乙兩人與墻的位置如圖所示，乙聽到的第二聲槍響必然是墻反射的槍聲，由聲波的反射定律和幾何關(guān)系得
AC＝BC＝AB＝2a
故乙聽到第二聲槍響的時(shí)間為
t′＝＝ ②
由①②得t′＝2t，故B正確.]
回顧本節(jié)內(nèi)容，自主完成以下問題：
1．波反射時(shí)頻率與波速如何變化？
提示：反射波與入射波在同一介質(zhì)，頻率與波速都不變化.
2．是不是只有在小孔或障礙物尺寸與波長(zhǎng)差不多或比波長(zhǎng)小才有衍射現(xiàn)象？
提示：衍射現(xiàn)象什么時(shí)候都有，只是在小孔或障礙物尺寸與波長(zhǎng)差不多或比波長(zhǎng)小才有明顯的衍射現(xiàn)象.
3．波的疊加與波的干涉的區(qū)別？
提示：波的疊加是無條件的，干涉的產(chǎn)生是有條件的：兩列同類的波，頻率相同，相位差恒定，振動(dòng)方向相同.
課時(shí)分層作業(yè)(十)　機(jī)械波的傳播現(xiàn)象
?考點(diǎn)一　波的衍射
1．在水槽里放兩塊擋板，中間留一個(gè)狹縫，觀察水波通過狹縫后的傳播情況，圖(一)是保持水波的波長(zhǎng)不變，改變狹縫的寬度，觀察水波的傳播情況變化；圖(二)是實(shí)驗(yàn)時(shí)拍攝波長(zhǎng)不同的水波通過寬度一定的狹縫的照片，在甲、乙、丙三幅照片中，波長(zhǎng)分別是狹縫寬度的、、，對(duì)比這三張照片觀察衍射現(xiàn)象與波長(zhǎng)、狹縫寬度的關(guān)系．該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明(　　)
A．只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸比波長(zhǎng)大，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象
B．只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長(zhǎng)相差不多或比波長(zhǎng)更小，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象
C．圖(二)丙圖可以得出，波長(zhǎng)比狹縫小太多就不會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象
D．圖(一)甲圖可以看出，狹縫寬度再增加就不會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象
B　[由題圖(一)可知，波長(zhǎng)一定時(shí)，狹縫越窄衍射現(xiàn)象越明顯；由題圖(二)可知，狹縫寬度一定，波長(zhǎng)越長(zhǎng)衍射現(xiàn)象越明顯；只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長(zhǎng)相差不多或比波長(zhǎng)更小，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象，故A錯(cuò)誤，B正確；由題圖(二)丙圖可以得出，波長(zhǎng)比狹縫小太多同樣會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是衍射現(xiàn)象不明顯，故C錯(cuò)誤；由題圖(一)甲圖可以看出，狹縫寬度再增加也會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是衍射現(xiàn)象不明顯，故D錯(cuò)誤.]
2．生活中手機(jī)小孔位置內(nèi)安裝了降噪麥克風(fēng)，其原理是通過其降噪系統(tǒng)產(chǎn)生與外界噪音相位相反的聲波疊加從而實(shí)現(xiàn)降噪的效果．圖乙表示的是理想情況下的降噪過程，實(shí)線表示環(huán)境噪聲，虛線表示降噪系統(tǒng)產(chǎn)生的等幅反相聲波，則(　　)
A．降噪過程應(yīng)用的是聲波的干涉原理，P點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)
B．降噪過程應(yīng)用了聲波的衍射原理，使噪聲無法從外面進(jìn)入耳麥
C．降噪聲波與環(huán)境噪聲聲波的傳播速度大小相等
D．質(zhì)點(diǎn)P經(jīng)過一個(gè)周期向外遷移的距離為一個(gè)波長(zhǎng)
C　[由于傳播介質(zhì)相同，所以降噪聲波與環(huán)境噪聲聲波的傳播速度大小相等，故C正確；由題圖乙可知，降噪聲波與環(huán)境聲波波長(zhǎng)相等，則頻率相同，疊加時(shí)產(chǎn)生穩(wěn)定干涉，又由于兩列聲波等幅反相，所以能使振幅減為零，從而起到降噪作用，兩列聲波在P點(diǎn)的振動(dòng)方向相反，所以P點(diǎn)為振動(dòng)減弱點(diǎn)，故A、B錯(cuò)誤；P點(diǎn)并不隨波遷移，故D錯(cuò)誤.]
3．在水波槽的衍射實(shí)驗(yàn)中，若打擊水面的振子振動(dòng)頻率是 5 Hz，水波在水槽中的傳播速度為0.05 m/s，為觀察到顯著的衍射現(xiàn)象，小孔直徑d應(yīng)滿足(　　)
A．d＝10 cm　　 B．d＝5 cm
C．d＞1 cm D．d＜1 cm
D　[在水槽中激發(fā)的水波波長(zhǎng)為λ＝＝ m＝0.01 m＝1 cm，要求在小孔后產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象，應(yīng)取小孔的尺寸小于波長(zhǎng)，故D正確.]
?考點(diǎn)二　波的反射和波的折射
4．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(zhǎng)、頻率相等，波速不等
B．2與1的波速、頻率相等，波長(zhǎng)不等
C．3與1的波速、頻率、波長(zhǎng)均相等
D．3與1的頻率相等，波速、波長(zhǎng)均不等
D　[波線1、2都在介質(zhì)a中傳播，故1、2的頻率、波速、波長(zhǎng)均相等，故A、B錯(cuò)誤；波線1、3是在兩種不同介質(zhì)中傳播，波速不同，但波源沒變，因而頻率相等，由λ＝，得波長(zhǎng)不同，故C錯(cuò)誤，D正確.]
5．(源自粵教版教材改編)將一根粗繩A和一根細(xì)繩B連接起來，再將其放在光滑的水平玻璃面上，在粗繩左端抖動(dòng)一下產(chǎn)生如圖甲所示的入射波，圖乙是繩波經(jīng)過交界點(diǎn)之后的某一時(shí)刻首次出現(xiàn)的波形．返回粗繩的為反射波，在細(xì)繩上傳播的為透射波．可以判斷(　　)
A．入射波和反射波的速度大小不等
B．入射波和透射波的速度大小相等
C．反射波和透射波的速度大小不等
D．入射波和透射波的頻率不等
C　[波的傳播速度只與介質(zhì)有關(guān)，入射波和反射波是在同一介質(zhì)中傳播的，故波速大小相等，A錯(cuò)誤；同理，入射波和透射波、反射波和透射波均不是在同一介質(zhì)中傳播的，波速大小均不相等，B錯(cuò)誤，C正確；波的頻率僅由波源決定，與介質(zhì)無關(guān)，所以入射波和透射波的頻率相等，D錯(cuò)誤.]
?考點(diǎn)三　波的疊加與干涉
6．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的振幅最大
C．質(zhì)點(diǎn)P的位移始終最大
D．質(zhì)點(diǎn)P的位移一定不為零
B　[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；質(zhì)點(diǎn)P處于振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)，振幅最大，B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，C錯(cuò)誤；質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)到平衡位置時(shí)，位移為零，D錯(cuò)誤.]
7．(多選)如圖所示，沿一條直線相向傳播的兩列波的振幅和波長(zhǎng)均相等，當(dāng)它們相遇時(shí)可能出現(xiàn)的波形是圖中的(　　)
A　　 　B　　　C　　　D
BC　[當(dāng)這兩列波的前半個(gè)波(或后半個(gè)波)相遇時(shí)，根據(jù)波的疊加原理，在前半個(gè)波(或后半個(gè)波)重疊的區(qū)域內(nèi)所有的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的合位移為零，而兩列波的后半個(gè)波(或前半個(gè)波)的波形保持不變，所以B正確；當(dāng)兩列波完全相遇時(shí)(即重疊在一起)，由波的疊加原理可知，所有質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移均等于每列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的矢量和，使得所有的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移加倍，所以C正確.]
8．如圖所示，S1、S2為水波槽中的兩個(gè)波源，它們分別激起兩列水波，圖中實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷．已知兩列波的波長(zhǎng)分別為λ1和λ2且λ1＜λ2，該時(shí)刻在P點(diǎn)兩列波的波峰與波峰相遇，則以下敘述正確的是(　　)
A．P點(diǎn)有時(shí)在波峰，有時(shí)在波谷，振動(dòng)始終加強(qiáng)
B．P點(diǎn)始終在波峰
C．P點(diǎn)的振動(dòng)不遵循波的疊加原理，也不始終加強(qiáng)
D．P點(diǎn)的振動(dòng)遵循波的疊加原理，但并不始終加強(qiáng)
D　[任何波的疊加都遵循波的疊加原理，但只有兩列波發(fā)生干涉時(shí)，才能形成穩(wěn)定的干涉圖樣，即S1、S2兩列波只有頻率相同、相位差恒定時(shí)，才可在P點(diǎn)始終加強(qiáng).故D正確.]
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