选修3-4《波的特有现象：声波超声波》复习课件.ppt

第第3课时课时波的特有现象声波超声波波的特有现象声波超声波机械振动和机械波机械振动和机械波一、波的叠加一、波的叠加1波波的的独独立立传传播播原原理理：两两列列波波相相遇遇前前、相相遇遇过过程程中中和和相相遇遇后后，各各自自的的_不不发发生生任任何何变变化化2叠叠加加原原理理：在在两两列列波波重重叠叠的的区区域域里里，任任何何一一个个质质点点都都同同时时参参与与两两列列波波引引起起的的振振动动，其其振振动动的的位位移为两列波单独存在引起的位移的移为两列波单独存在引起的位移的_波形波形矢量和矢量和二、波的干涉和衍射波的干涉波的干涉波的衍射波的衍射条条件件频频率率_的两列同性的两列同性质质的波相遇的波相遇明明显显条件：障碍物或条件：障碍物或孔的孔的_比波比波长长小小或相差不多或相差不多现现象象两列波相遇两列波相遇时时，某些区域，某些区域振振动总动总是是_，某些区，某些区域振域振动总动总是是_，且，且呈呈现现加加强强和减弱区域和减弱区域_的的现现象象波波_或通或通过过孔孔继续继续向前向前传传播播相等相等大小大小加强加强减弱减弱相互间隔相互间隔绕过障碍物绕过障碍物干涉现象是波叠加的特殊现象，若不满足干涉现象是波叠加的特殊现象，若不满足干涉条件，只能发生叠加现象衍射始终干涉条件，只能发生叠加现象衍射始终存在，有明显和不明显之分，干涉和衍射存在，有明显和不明显之分，干涉和衍射是波特有的现象，一切波都能发生是波特有的现象，一切波都能发生三、声波三、声波1声波：声源的振动在声波：声源的振动在_的传播声波是的传播声波是纵波，是机械波的一种纵波，是机械波的一种2声速：声波在空气中的传播速度约为声速：声波在空气中的传播速度约为_.声速与声速与_有关，与有关，与_无关无关介质介质340_m/s介质介质声源声源3声波的分类声波的分类(1)可闻声波：频率范围在可闻声波：频率范围在_的的声波声波(2)超声波：频率高于超声波：频率高于_Hz的声波，可用的声波，可用于工程质量检测及疾病的诊断于工程质量检测及疾病的诊断(3)次声波：频率低于次声波：频率低于_的声波的声波4人耳能够把回声与原声区别开来的最小时间人耳能够把回声与原声区别开来的最小时间间隔为间隔为_.20 Hz20 000 Hz20 00020 Hz0.1 s四、多普勒效应四、多普勒效应1定义：由于波源和观察者有相对运动，使定义：由于波源和观察者有相对运动，使观察者感到观察者感到_发生变化的现象发生变化的现象2实质：实质：_的频率没有变化，观察者接收的频率没有变化，观察者接收到的频率发生变化到的频率发生变化3说明：机械波和说明：机械波和_波都能发生多普勒波都能发生多普勒效应现象效应现象波的频率波的频率波波电磁电磁一、关于加强点、减弱点的位移与振幅的理解一、关于加强点、减弱点的位移与振幅的理解1加加强强处处和和减减弱弱处处都都是是两两列列波波引引起起的的位位移移的的矢矢量量和和，质质点点的的位位移移都都随随时时间间变变化化，各各质质点点仍仍围绕平衡位置振动，与振源振动周期相同围绕平衡位置振动，与振源振动周期相同2振振动动加加强强处处振振幅幅大大，等等于于两两列列波波的的振振幅幅之之和和，即即AA1A2，质质点点的的振振动动能能量量大大，并并且且始始终终最最大大减减弱弱处处振振幅幅小小，等等于于两两列列波波的的振振幅幅之之差差，即即A|A1A2|，质质点点振振动动能能量量小小，并并且始终最小，若且始终最小，若A1A2，则减弱处不振动，则减弱处不振动3加加强强点点的的位位移移变变化化范范围围：|A1A2|A1A2|，减减弱弱点点位位移移变变化化范范围围：|A1A2|A1A2|.【说说明明】当当波波源源以以速速率率v匀匀速速靠靠近近静静止止的的观观察察者者时时，观观察察者者“感感觉觉”到到的的频频率率变变大大了了，但但不不是是“越越来来越越大大”了了，同同样样当当波波源源以以速速率率v匀匀速速远远离离静静止止的的观观察察者者时时，观观察察者者“感感觉觉”到到的的频频率率变变小小了了，但但也也不不是是“越越来来越越小小”一、波的干涉问题一、波的干涉问题 如右图所示，如右图所示，S1、S2是两个相干是两个相干波源，它们振动同步且振幅相同实线和虚线分别波源，它们振动同步且振幅相同实线和虚线分别表示在某一时刻它们所发出的波的波峰和波谷图表示在某一时刻它们所发出的波的波峰和波谷图中所标的中所标的a、b、c、d四点中四点中d点到两波源距离相等，点到两波源距离相等，下列说法中正确的有下列说法中正确的有()A该时刻该时刻a质点振动最弱，质点振动最弱，b、c质点质点振动最强，振动最强，d质点振动既不是最强也不质点振动既不是最强也不是最弱是最弱B该时刻该时刻a质点振动最弱，质点振动最弱，b、c、d质质点振动都最强点振动都最强Ca质点的振动始终是最弱的，质点的振动始终是最弱的，b、c、d质点的振动始终是最强的质点的振动始终是最强的D再过再过T/4后的时刻，后的时刻，a、b、c三个质三个质点都将处于各自的平衡位置，因此振点都将处于各自的平衡位置，因此振动最弱动最弱【解解析析】该该时时刻刻a质质点点振振动动最最弱弱，b、c质质点点振振动动最最强强，因因为为它它们们分分别别是是波波峰峰与与波波谷谷、波波峰峰与与波波峰峰、波波谷谷与与波波谷谷相相遇遇的的点点，这这不不难难理理解解但但是是d既既不不是是波波峰峰和和波波峰峰叠叠加加，又又不不是是波波谷谷和和波波谷谷叠叠加加，如如何何判判定定其其振振动动强强弱弱？从从图图中中可可以以看看出出，d是是S1、S2连连线线的的中中垂垂线线上上的的一一点点，到到S1、S2的的距距离离相相等等，所所以以两两列列波波在在任任何何时时刻刻在在该该点点的的振振动动方方向向和和位位移移均均同同向向，由由叠叠加加原原理理得得该该点点必然为振动最强点必然为振动最强点在在干干涉涉现现象象中中，振振动动加加强强点点和和减减弱弱点点是是固固定定的的，不不随随时时间间的的延延伸伸而而变变化化，即即加加强强点点始始终终加强，减弱点始终减弱故加强，减弱点始终减弱故A正确正确【答案答案】A【点评点评】振动加强点的振动加强点的“加强加强”是做是做简谐运动的振幅变大了；振动减弱点简谐运动的振幅变大了；振动减弱点的的“减弱减弱”是做简谐运动的振幅变小是做简谐运动的振幅变小了，既然做简谐运动，其位移就变化，了，既然做简谐运动，其位移就变化，就不会始终保持最大，或始终保持最就不会始终保持最大，或始终保持最小小1如如图图所所示示，均均匀匀介介质质中中两两波波源源S1、S2分分别别位位于于x轴轴上上x10、x212 m处处，质质点点P位位于于x轴轴上上xP4 m处处t0时时刻刻两两波波源源同同时时开开始始由由平平衡衡位位置置向向y轴轴正正方方向向振振动动，振振动动周周期期均均为为T0.1 s，传传播播速速度度均均为为v40 m/s，波波源源S1和和S2的的振振幅幅分分别别为为A12 cm和和A21 cm.则在则在t0至至t0.3 s内质点内质点P通过的路程为通过的路程为()A12 cmB16 cmC20 cm D28 cm因因两两波波源源振振动动方方向向相相同同，频频率率相相等等，质质点点P与与两两波波源源的的距距离离差差d8 m4 m4 m，为为整整数数倍倍波波长长，故故质质点点P处处为为振振动动加加强强点点，叠叠加加后后振振幅幅变变为为12 cm，这这0.1 s内内路路程程为为4(A1A2)12 cm，故总路程为，故总路程为20 cm.【答案答案】C二、波的图象与波特有现象的综合二、波的图象与波特有现象的综合 一个位于原点一个位于原点O的波源的波源S发出一发出一列沿列沿x轴正向传播的简谐横波，波速为轴正向传播的简谐横波，波速为400 m/s，已知在，已知在t0时刻，波刚好传到时刻，波刚好传到x40 m处，处，当时的波形图如上图所示当时的波形图如上图所示.在在x轴上横坐标轴上横坐标x400 m处固定一个波的接收器处固定一个波的接收器P(图中未画出图中未画出)，则下列说法中正确的是则下列说法中正确的是()A波源开始振动的方向一定是向下波源开始振动的方向一定是向下Bx40 m处的质点在处的质点在t0.5 s时刻时刻位于最大位移处位于最大位移处C接收器在接收器在t1.0 s时刻才接收到此时刻才接收到此波的信号波的信号D若从若从t0时刻起波源时刻起波源S沿沿x轴负向轴负向以以10 m/s的速度匀速移动，则接收器的速度匀速移动，则接收器接收到此波时的频率将变小接收到此波时的频率将变小【答案】AD2如下图甲所示，如下图甲所示，O为波源，为波源，OP间距为间距为s，t0时刻时刻O点开始由平衡位置向下振动，产生向右的沿直线传播点开始由平衡位置向下振动，产生向右的沿直线传播的简谐横波，图乙表示的简谐横波，图乙表示P点振动的图象点振动的图象(从从t1时刻开始时刻开始振动振动)则以下说法正确的是则以下说法正确的是()【答案】ACD(2009年年高高考考广广东东卷卷)如如右右图图为为声声波波干干涉涉演演示示仪仪的的原原理理图图，两两个个U形形管管A和和B套套在在一一起起，A管管两两侧侧各各有有一一小小孔孔声声波波从从左左侧侧小小孔孔传传入入管管内内，被被分分成成两两列列频频率率_的的波波当当声声波波分分别别通通过过A、B传传播播到到右右侧侧小小孔孔时时，若若两两列列波波传传播播的的路路程程相相差差半半个个波波长长，则则此此处处声声波波的的振振幅幅_；若若传传播播的的路路程程相相差差一一个个波波长长，则则此此处处声声波波的的振振幅幅_命题研究命题研究 高考链接高考链接【解解析析】声声波波从从左左侧侧小小孔孔传传入入管管内内，被被分分成成两两列列频频率率相相同同的的波波且且相相位位差差固固定定若若传传播播的的路路程程相相差差为为半半波波长长的的偶偶数数倍倍，则则干干涉涉相相长长；若若传传播播的的路路程程相相差差为为半半波波长长的的奇奇数数倍倍，则则干干涉涉相相消消所所以以若若两两列列波波传传播播的的路路程程相相差差半半个个波波长长(半半波波长长的的奇奇数数倍倍)，则则此此处处声声波波的的振振幅幅减减小小；若若传传播播的的路路程程相相差差一一个个波波长长(半半波波长长的的偶偶数数倍倍)，则则此此处处声声波波的振幅增大的振幅增大【答案答案】相同减小增大相同减小增大本题属于波的叠加、干涉问题，是高考中的本题属于波的叠加、干涉问题，是高考中的高频考点，一般难度不大在干涉现象中，高频考点，一般难度不大在干涉现象中，振动加强是指质点合振动的振幅增大，振动振动加强是指质点合振动的振幅增大，振动质点的能量增大；振动减弱是指质点合振动质点的能量增大；振动减弱是指质点合振动的振幅减小，能量减小不论是振动加强区的振幅减小，能量减小不论是振动加强区域还是减弱区域，各质点的振动周期都与波域还是减弱区域，各质点的振动周期都与波源的振动周期相同，各质点振动的位移是周源的振动周期相同，各质点振动的位移是周期性变化的要得到稳定的干涉现象，观察期性变化的要得到稳定的干涉现象，观察到干涉图样，两个波源必须是频率相同，振到干涉图样，两个波源必须是频率相同，振动方向相同的相干波源动方向相同的相干波源(2008年年高高考考上上海海单单科科)有有两两列列简简谐谐横横波波a、b在在同同一一媒媒质质中中沿沿x轴轴正正方方向向传传播播，波波速速均均为为v2.5 m/s.在在t0时时两两列列波波的的波波峰峰正正好好在在x2.5 m处重合，如下图所示处重合，如下图所示(1)求两列波的周期求两列波的周期Ta和和Tb.(2)求求t0时两列波的波峰重合处的所有位置时两列波的波峰重合处的所有位置(3)辨辨析析题题：分分析析并并判判断断在在t0时时是是否否存存在在两两列列波波的的波波谷谷重重合合处处某某同同学学分分析析如如下下：既既然然两两列列波波的的波波峰峰与与波波峰峰存存在在重重合合处处，那那么么波波谷谷与与波波谷谷重重合合处处也也一一定定存存在在只只要要找找到到这这两两列列波波半半波波长长的的最最小公倍数，小公倍数，即可得到波谷与波谷重合处的所有位置，即可得到波谷与波谷重合处的所有位置你你认认为为该该同同学学的的分分析析正正确确吗吗？若若正正确确，求求出出这这些些点点的的位位置置若若不正确，指出错误处并通过计算说明理由不正确，指出错误处并通过计算说明理由1如如右右图图所所示示，一一个个波波源源在在绳绳的的左左端端发发生生波波甲甲，另另一一个个波波源源在在同同一一根根绳绳的的右右端端发发生生波波乙乙，波波速速都都等等于于1 m/s.在在t0时时刻刻，绳绳上上的的波波形形如如图图a所所示示，则则根根据据波波的叠加原理，下述正确的是的叠加原理，下述正确的是()A当当t2 s时，波形如图时，波形如图b，t4 s时，波形如图时，波形如图cB当当t2 s时，波形如图时，波形如图b，t4 s时，波形如图时，波形如图dC当当t2 s时，波形如图时，波形如图d，t4 s时，波形如图时，波形如图cD当当t2 s时，波形如图时，波形如图c，t4 s时，波形如图时，波形如图d【解析解析】t2 s，xvt2 m，甲、乙两波均传至，甲、乙两波均传至2、3之间，之间，叠加后各点位移为零；叠加后各点位移为零；t4 s时，时，xvt4 m故选项故选项D对对【答案答案】D2如右图所示，男同学站立不动吹口哨，一如右图所示，男同学站立不动吹口哨，一位女同学坐在秋千上来回摆动，下列关于女同位女同学坐在秋千上来回摆动，下列关于女同学的感受的说法正确的是学的感受的说法正确的是()A女同学从女同学从A向向B运动过程中，她感运动过程中，她感觉哨声音调变高觉哨声音调变高B女同学从女同学从E向向D运动过程中，她感运动过程中，她感觉哨声音调变高觉哨声音调变高C女同学在女同学在C点向右运动时，她感点向右运动时，她感觉哨声音调不变觉哨声音调不变D女同学在女同学在C点向左运动时，她感点向左运动时，她感觉哨声音调变低觉哨声音调变低【答案答案】AD3关于次声波和超声波，以下说法中不正确的是关于次声波和超声波，以下说法中不正确的是()A频率低于频率低于20 Hz的声波为次声波，频率高于的声波为次声波，频率高于20 000 Hz的的声波为超声波声波为超声波B次声波的波长比可闻声波长，超声波的波长比可闻声次声波的波长比可闻声波长，超声波的波长比可闻声波短波短C次声波的频率太低，即使是强次声波对人体也无伤害次声波的频率太低，即使是强次声波对人体也无伤害D在同一种均匀介质中，在相同的温度条件下，次声波、在同一种均匀介质中，在相同的温度条件下，次声波、可闻声波和超声波的波速均相等可闻声波和超声波的波速均相等【解解析析】由由次次声声波波和和超超声声波波的的定定义义知知A正正确确；声声波波的的传传播播速速度度由由介介质质决决定定，与与频频率率无无关关，所所以以D项项正正确确；由由vf知知，频频率率较较低低的的次次声声波波比比可可闻闻声声波波波波长长长长，频频率率较较高高的的超超声声波波比比可可闻闻声声波波波波长长短短，B正正确确；强强次次声声波波可可使使人人耳耳聋聋、昏昏迷迷、精精神神失失常常甚甚至至死亡，故死亡，故C不正确不正确【答案答案】C4如如下下图图所所示示，向向左左匀匀速速运运动动的的小小车车发发出出频频率率为为f的的声声波波，车车左左侧侧A处处的的人人感感受受到到的的声声波波的的频频率率为为f1，车车右右侧侧B处处的的人人感感受受到到的的声声波波的的频频率率为为f2，则，则()Af1f,f2f Bf1f,f2fCf1f,f2f Df1f,f2f【解解析析】声声源源靠靠近近A处处的的人人，由由多多普普勒勒效效应应知知，他他接接收收到到的的频频率率变变大大，即即f1f：相相反反，声声源源远远离离B处处的的人人，则则他他接接收收到到的的频频率率变变小小，即即f2f，故故选项选项D对对【答案答案】D5如如右右图图所所示示，A处处放放一一频频率率为为40 Hz的的音音叉叉，经经过过橡橡皮皮管管ACB和和ADB连连通通到到B处处，在在B处处完完全全听听不不到到音音叉叉振振动动的的声声音音，已已知知管管ACB的的长长度度为为0.4 m，声声音音在在空空气气中中传传播播速速度度为为320 m/s，那那么么管管ADB的的长长度度至少为多少米？至少为多少米？【答案】4.4 m