高中物理 第2章 機(jī)械波 第3節(jié) 波的干涉和衍射知識(shí)導(dǎo)航素材 魯科版選修34

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1、 第3節(jié) 波的干涉和衍射 思維激活 1.在水塘里，微風(fēng)激起的水波遇到小石、蘆葦?shù)燃?xì)小的障礙物，會(huì)繞過(guò)它們繼續(xù)傳播，好像它們并不存在.這是為什么? 提示:這是水波的衍射現(xiàn)象. 2.為什么“聞其聲不見(jiàn)其人”? 提示:聲波的波長(zhǎng)在1.7 cm到17 m之間.自然界中大多數(shù)物體的尺寸都在這一范圍內(nèi),故聲波很容易衍射.如老師用課本擋住嘴巴講話(huà),學(xué)生仍可聽(tīng)見(jiàn);又如門(mén)開(kāi)一小縫,門(mén)外的人可以清晰地聽(tīng)到室內(nèi)的聲音,等等.而光波的波長(zhǎng)約為0.4 μm~0.8 μm.因此,只有在特定的、人為控制的條件下才能明顯看到光波的衍射現(xiàn)象.故而我們常常是“聞其聲而不見(jiàn)其人”. 3.把兩塊石子在不同的地方投入池

2、塘,就有兩列波在水面?zhèn)鞑?兩列波相遇時(shí),會(huì)不會(huì)像兩個(gè)小球相碰時(shí)那樣,都改變?cè)瓉?lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)呢? 提示:這時(shí)會(huì)發(fā)生波的疊加,相遇時(shí),兩列波發(fā)生變化,一旦脫離,又恢復(fù)到原來(lái)的形態(tài). 自主整理 一、波的干涉現(xiàn)象 1.波的疊加原理:幾列波相遇時(shí)能保持各自的特性繼續(xù)傳播而不受其他波的影響,在相遇區(qū)域,任一質(zhì)點(diǎn)的__________等于相遇波列單獨(dú)存在時(shí)到達(dá)該處引起的__________的矢量和,這就是波的__________原理. 2.波的干涉:振動(dòng)__________和振動(dòng)__________相同的兩列波疊加后,振動(dòng)__________和振動(dòng)__________的區(qū)域互相間隔、穩(wěn)定分布的現(xiàn)象,

3、叫做__________,形成的圖樣叫做__________.能夠產(chǎn)生干涉的波源叫__________. 二、波的衍射現(xiàn)象 波可以繞過(guò)__________或通過(guò)__________繼續(xù)傳播的現(xiàn)象,叫做波的衍射.實(shí)驗(yàn)證明,當(dāng)__________或__________的尺寸跟__________相差不多時(shí),就發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象. 高手筆記 1．發(fā)生明顯衍射的條件 條件:障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小,或跟波長(zhǎng)差不多. (1)障礙物或孔的尺寸大小,并不是決定衍射能否發(fā)生的條件,僅是衍射現(xiàn)象是否明顯的條件.一般情況下,波長(zhǎng)較大的波容易產(chǎn)生顯著的衍射現(xiàn)象. (2)波傳到小孔(或障

4、礙物)時(shí),小孔(或障礙物)仿佛一個(gè)新的波源,由它發(fā)出與原來(lái)同頻率的波(稱(chēng)為子波)在孔后傳播,于是,就出現(xiàn)了偏離直線(xiàn)傳播的衍射現(xiàn)象. (3)當(dāng)孔的尺寸遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)時(shí)盡管衍射十分明顯,但由于衍射波的能量很弱,衍射現(xiàn)象不容易觀察到. 2．兩列波干涉的條件 條件:兩列同類(lèi)波的頻率相同且振動(dòng)情況相同,相差恒定. (1)干涉現(xiàn)象中那些總是振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)或振動(dòng)減弱的點(diǎn)是建立在兩波源產(chǎn)生的機(jī)械波波長(zhǎng)相同,也就是頻率相同的前提下. (2)如果兩列頻率相同而相差不恒定的波相疊加,得到的圖樣是不穩(wěn)定的,而波的干涉是波疊加中的一個(gè)特例,即產(chǎn)生穩(wěn)定的疊加圖樣. (3)如果兩列波頻率相同,但振幅相差很大,

5、將不會(huì)有明顯的干涉現(xiàn)象.因?yàn)檎駝?dòng)加強(qiáng)區(qū)域與振動(dòng)減弱區(qū)域都在振動(dòng),振幅差別不大. 名師解惑 1．不同頻率的波能否產(chǎn)生干涉現(xiàn)象呢? 剖析：由于波的干涉現(xiàn)象可以用波的疊加原理解釋,很多人混淆了波的疊加和波的干涉,認(rèn)為只要兩列波相遇,在重疊區(qū)域里都能互相疊加,介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的總位移都是等于兩列波分別引起的位移矢量和,也就是會(huì)出現(xiàn)干涉現(xiàn)象,甚至有的同學(xué)認(rèn)為“干涉”就是“干擾”，只要兩列波相遇,都能相互干擾,因此不需要頻率相同的條件.而實(shí)際上波的干涉是波的疊加中的特例,是指能形成穩(wěn)定的干涉圖樣:某些質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)始終加強(qiáng)(振幅最大),某些質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)始終減弱(振幅最小),且加強(qiáng)點(diǎn)與減弱點(diǎn)是互相間隔的,而

6、任何不同頻率的兩列波相遇都可以疊加,這只不過(guò)是一般的疊加現(xiàn)象,雖有振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn),但這些點(diǎn)是不固定的,而是隨時(shí)變化的,因此看不到穩(wěn)定的干涉圖樣,也就不是波的干涉,所以,只有相同頻率的波在相遇區(qū)域內(nèi)才能發(fā)生干涉現(xiàn)象. 因此,我們說(shuō)兩列波相遇時(shí)疊加是絕對(duì)的,干涉是有條件的. 2．如何判斷振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)? 剖析：(1)對(duì)加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的理解:不能認(rèn)為加強(qiáng)點(diǎn)的位移始終最大,減弱點(diǎn)的位移始終最小,而應(yīng)該是振幅增大的點(diǎn)為加強(qiáng)點(diǎn),其實(shí)這點(diǎn)也在做振動(dòng),位移可為零,振幅減小的點(diǎn)為減弱點(diǎn). (2)條件判斷法:振動(dòng)頻率相同、振動(dòng)情況完全相同的兩波源產(chǎn)生的波疊加時(shí),加強(qiáng)、減弱條件如下:設(shè)點(diǎn)到兩

7、波源的距離差為Δr,那么當(dāng)Δr=2k·λ/2時(shí)為加強(qiáng)點(diǎn)（k=0，1，2,…）；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. (3)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). 講練互動(dòng) 【例題1】在做水波通過(guò)小孔衍射的演示實(shí)驗(yàn)時(shí),激發(fā)水波的振動(dòng)頻率為5 Hz,水波在水槽中傳播速度為0.05 m/s,為使實(shí)驗(yàn)效果明顯,使用小孔直徑d不能超過(guò)___________m. 解析：由v=λf知λ=m=0.01 m. 要發(fā)生明顯衍射,應(yīng)使d≤λ,所以d≤0.0

8、1 m. 答案：0.01 綠色通道 發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小或者跟波長(zhǎng)相差不多. 變式訓(xùn)練 1.下列關(guān)于波的衍射的說(shuō)法正確的是（ ） A.衍射是一切波特有的現(xiàn)象 B.對(duì)同一列波,縫、孔或障礙物越小衍射現(xiàn)象越明顯 C.只有橫波才能發(fā)生衍射現(xiàn)象,縱波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象 D.聲波容易發(fā)生衍射現(xiàn)象是由于聲波波長(zhǎng)較大 解析:衍射是一切波特有的現(xiàn)象,所以A對(duì),C錯(cuò).發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象是有條件的,只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長(zhǎng)差不多或比波長(zhǎng)更小時(shí),才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象,所以B是正確的.聲波的波長(zhǎng)在1.7 cm到17 m之間,一般常見(jiàn)的障礙物或

9、孔的大小可與之相比,正是由于聲波波長(zhǎng)較大,聲波容易發(fā)生衍射現(xiàn)象,所以D項(xiàng)正確. 答案:ABD 2.如圖2-3-1所示是觀察水面波衍射的實(shí)驗(yàn)裝置,AC和BD是兩塊擋板,AB是一個(gè)孔,O是波源,圖中已畫(huà)出波源所在區(qū)域波的傳播情況,每?jī)蓷l相鄰波紋(圖中曲線(xiàn))之間距離表示一個(gè)波長(zhǎng),則波經(jīng)過(guò)孔之后的傳播情況,下列描述中正確的是（ ） 圖2-3-1 A.此時(shí)能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象 B.擋板前后波紋間距離相等 C.如果將孔AB擴(kuò)大,有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象 D.如果孔的大小不變,使波源頻率增大,能更明顯地觀察到衍射現(xiàn)象 解析:根據(jù)能有明顯衍射現(xiàn)象的條件:障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)

10、小或差不多.從圖中可看出孔AB的尺寸小于一個(gè)波長(zhǎng),所以此時(shí)能明顯地觀察到波的衍射現(xiàn)象,A正確. 因?yàn)榇┻^(guò)擋板小孔后的波速不變,頻率相同,所以波長(zhǎng)也相同,B正確. 若將孔AB擴(kuò)大,將可能不滿(mǎn)足明顯衍射現(xiàn)象的條件,就有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象,C正確. 若將波源頻率增大,由于波速不變,所以波長(zhǎng)變小,將可能不滿(mǎn)足明顯衍射現(xiàn)象的條件,也有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象,D錯(cuò)誤. 答案:ABC 【例題2】如圖2-3-2所示,兩列簡(jiǎn)諧橫波均沿x軸傳播,傳播速度的大小相等.其中一列沿x軸正方向傳播(如圖中實(shí)線(xiàn)所示),另一列沿x軸負(fù)方向傳播(如圖中虛線(xiàn)所示).這兩列波的頻率相等,振動(dòng)方

11、向均沿y軸方向.則圖中x=1,2,3,4,5,6,7,8各點(diǎn)中振幅最大的是x=__________處的點(diǎn),振幅最小的是x=__________處的點(diǎn). 圖2-3-2 解析：由波的疊加原理可知,x軸上任一質(zhì)點(diǎn)的位移等于兩列波單獨(dú)引起的位移的矢量和. 對(duì)于x=4,8兩點(diǎn),兩列波單獨(dú)引起的兩個(gè)分振動(dòng)相差為0,故這兩點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng). 對(duì)于x=2,6兩點(diǎn),兩列波單獨(dú)引起的兩個(gè)分振動(dòng)相差為π,故這兩點(diǎn)振動(dòng)減弱. 答案：4,8 2,6 綠色通道 兩列波相遇時(shí)疊加,振幅最大或最小,要看質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向,振動(dòng)方向相同時(shí),振動(dòng)加強(qiáng);振動(dòng)方向相反時(shí),振動(dòng)減弱.題中的這兩列波發(fā)生了干涉. 黑色

12、陷阱 此題的兩個(gè)結(jié)果易填成“2,6和4,8”，這是因?yàn)闆](méi)有理解波的疊加原理,把波形中質(zhì)點(diǎn)“2，6”的振幅當(dāng)作最大，或位移直接疊加，而把質(zhì)點(diǎn)“4，8”的振幅當(dāng)作零. 變式訓(xùn)練 3.如圖2-3-3所示,沿一條直線(xiàn)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),圖2-3-4中可能出現(xiàn)的波形圖是（ ） 圖2-3-3 圖2-3-4 解析:本題涉及了兩列波疊加區(qū)域的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況是兩列波在該點(diǎn)引起振動(dòng)的矢量和,波傳播過(guò)程中其波形圖不變的原理. 波在傳播過(guò)程中除相遇外,波的形狀不變,而C、D兩圖的波形發(fā)生了變化,錯(cuò)誤.對(duì)于A圖,兩列波的半個(gè)波長(zhǎng)重疊,由于相遇處的振

13、動(dòng)情況相反,疊加后相遇處的質(zhì)點(diǎn)均處于平衡位置,所以A圖正確,對(duì)于B圖是兩列波完全重合,則重合處的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位移為兩列波引起的位移之和(而C圖卻是波形變化后的疊加). 所以,A、B兩圖是可能出現(xiàn)的波形圖. 答案:AB 【例題3】如圖2-3-5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(xiàn)上,兩波源頻率相同,振幅相等,下列說(shuō)法正確的是（ ） 圖2-3-5 A.質(zhì)點(diǎn)A一會(huì)兒在波峰,一會(huì)兒在波谷 B.質(zhì)點(diǎn)B一會(huì)兒在波峰,一會(huì)兒在波谷 C.質(zhì)點(diǎn)C一會(huì)兒在波峰,一會(huì)兒在波谷 D.質(zhì)點(diǎn)D一會(huì)兒在波峰,一會(huì)兒在波谷 解析：

14、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)諧運(yùn)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),故C錯(cuò).而此時(shí)A點(diǎn)是波峰與波峰相遇,是加強(qiáng)點(diǎn),B點(diǎn)是波谷與波谷相遇,是加強(qiáng)點(diǎn).又A、D、B三點(diǎn)在一條振動(dòng)加強(qiáng)線(xiàn)上,這條線(xiàn)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),這樣,此三點(diǎn)都是一會(huì)兒在波峰,一會(huì)兒在波谷. 答案：ABD 綠色通道 波的干涉中,振動(dòng)加強(qiáng)和減弱是指的質(zhì)點(diǎn)的振幅,不是指質(zhì)點(diǎn)的位移. 變式訓(xùn)練 4.關(guān)于兩列波的穩(wěn)定干涉現(xiàn)象,下列說(shuō)法正確的是（ ） A.任意兩列波都能產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象 B.發(fā)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的

15、兩列波,它們的頻率一定相同 C.在振動(dòng)減弱的區(qū)域,各質(zhì)點(diǎn)都處于波谷 D.在振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域,有時(shí)質(zhì)點(diǎn)的位移等于零 解析:兩列波疊加產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象是有條件的,不是任意兩列波都能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象.一個(gè)必要條件是兩列波的頻率相同,所以選項(xiàng)A是錯(cuò)誤的而選項(xiàng)B是正確的.在振動(dòng)減弱的區(qū)域里,只是兩列波引起質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)始終是減弱的,質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅等于兩列波的振幅之差.如果兩列波的振幅相同,質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅就等于零,也不可能各質(zhì)點(diǎn)都處于波谷,所以選項(xiàng)C是錯(cuò)誤的.在振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域里,兩列波引起質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)始終是加強(qiáng)的,質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)得最劇烈,振動(dòng)得振幅等于兩列波的振幅之和.但這些點(diǎn)始終是振動(dòng)著的,因而有時(shí)質(zhì)點(diǎn)的位移等

16、于零,所以選項(xiàng)D是正確的. 答案:BD 5.圖2-3-6表示兩個(gè)相干波源S1、S2產(chǎn)生的波在同一種均勻介質(zhì)中相遇.圖中實(shí)線(xiàn)表示某時(shí)刻的波峰,虛線(xiàn)表示的是波谷,下列說(shuō)法正確的是（ ） 圖2-3-6 A.a、c兩點(diǎn)的振動(dòng)加強(qiáng),b、d兩點(diǎn)的振動(dòng)減弱 B.e、f兩點(diǎn)的振動(dòng)介于加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)之間 C.經(jīng)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后,加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的位置互換 D.經(jīng)半個(gè)周期后,原來(lái)位于波峰的點(diǎn)將位于波谷,原來(lái)位于波谷的點(diǎn)將位于波峰 解析:波的干涉示意圖所示的僅是某一時(shí)刻兩列相干波疊加的情況,形成干涉圖樣的所有介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)都在不停地振動(dòng)著,其位移的大小和方向都在不停地變化著.但要注意,對(duì)穩(wěn)定的干涉,振

17、動(dòng)加強(qiáng)和減弱的區(qū)域的空間位置是不變的. a點(diǎn)是波谷和波谷相遇的點(diǎn),c是波峰和波峰相遇的點(diǎn),都是振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn);而b、d兩點(diǎn)都是波峰和波谷相遇的點(diǎn),是振動(dòng)減弱的點(diǎn),A正確. e位于加強(qiáng)點(diǎn)的連線(xiàn)上,仍為加強(qiáng)點(diǎn),f位于減弱點(diǎn)的連線(xiàn)上,仍為減弱點(diǎn),B錯(cuò)誤. 相干波源疊加產(chǎn)生的干涉是穩(wěn)定的,不會(huì)隨時(shí)間變化,C錯(cuò)誤. 因形成干涉圖樣的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)也是不停地做周期性振動(dòng),經(jīng)半個(gè)周期步調(diào)相反,D正確. 答案:AD 【例題4】如圖2-3-7(a)所示,在同一均勻介質(zhì)中有S1和S2兩個(gè)波源,這兩個(gè)波源的頻率、振動(dòng)方向均相同,且振動(dòng)的步調(diào)完全一致,S1與S2之間相距兩個(gè)波長(zhǎng),B

18、點(diǎn)為S1和S2連線(xiàn)的中點(diǎn),今以B點(diǎn)為圓心,以R=BS1為半徑畫(huà)圓,問(wèn)在該圓周上(S1和S2兩波源除外)共有幾個(gè)振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)? 圖2-3-7 解析：首先讓我們分析S1和S2兩波源的連線(xiàn)上共有幾個(gè)振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn).由對(duì)稱(chēng)性可直接判斷B點(diǎn)為加強(qiáng)點(diǎn).又AS2-AS1=λ,CS1-CS2=λ,故A與C兩點(diǎn)也為加強(qiáng)點(diǎn),如圖2-3-7(b)所示,即S1與S2連線(xiàn)上共有三個(gè)加強(qiáng)點(diǎn),再過(guò)A、B、C三點(diǎn)作三條加強(qiáng)線(xiàn)(表示三個(gè)加強(qiáng)區(qū)域)交于圓周上A1、A2、B1、B2、C1、C2六點(diǎn),顯然這六個(gè)點(diǎn)也為加強(qiáng)點(diǎn),故圓周上共有六個(gè)加強(qiáng)點(diǎn). 答案：6個(gè) 綠色通道 在兩個(gè)相干波源所引起的干涉區(qū)域中的加強(qiáng)點(diǎn),

19、到兩波源的距離之差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍,而加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)互相間隔,該區(qū)域中到兩波源距離之差為波長(zhǎng)相同倍數(shù)的點(diǎn)是表現(xiàn)在同一條曲線(xiàn)上,利用這一特點(diǎn),找出在兩波源連線(xiàn)之間的加強(qiáng)點(diǎn)的個(gè)數(shù),也就是有多少條加強(qiáng)區(qū)的曲線(xiàn),它們與圓周的交點(diǎn)也就是圓周上的加強(qiáng)點(diǎn)的個(gè)數(shù). 變式訓(xùn)練 6.如圖2-3-8所示,某空間的同一平面上有A、B、C三個(gè)點(diǎn),它們的距離分別為=5 m,=3 m,=4 m.在A、C兩點(diǎn)上放著兩個(gè)相同的波源,已知波源振動(dòng)頻率為1 360 Hz,波在空間傳播速度是340 m／s.問(wèn)在B、C連線(xiàn)上振動(dòng)最弱的位置有幾處? 圖2-3-8 解析:本題只能用條件判斷方法判斷.兩列波的波長(zhǎng)λ=v/f=340

20、/1 360 m=0.25 m. 設(shè)BC上某點(diǎn)振動(dòng)最弱,則這點(diǎn)到兩波源的距離之差Δr=(2k+1)(k=0,1,2,…) 由題設(shè)條件 1 m<Δr<3 m 所以3<k<12,共有8處振動(dòng)最弱點(diǎn). 答案:8處 7.如圖2-3-9所示,在直線(xiàn)PQ的垂線(xiàn)OM上有A、B兩個(gè)聲源,A、B分別距O點(diǎn)6 m和1 m,兩個(gè)聲源同時(shí)不斷向外發(fā)出波長(zhǎng)都為2 m的完全相同的聲波,在直線(xiàn)PQ上從-∞到+∞的范圍內(nèi)聽(tīng)不到聲音的小區(qū)域共有多少個(gè)? 圖2-3-9 解析:某時(shí)刻兩列相干波的波峰與波峰或波谷與波谷相遇時(shí)為加強(qiáng)點(diǎn).經(jīng)數(shù)學(xué)歸納,若某點(diǎn)到兩波源的路程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍,即Δs

21、=nλ(n=0,1,2,…),則該點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng);若某點(diǎn)到兩波源的路程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍,即Δs=(2n+1)(n=0,1,2,…),則該點(diǎn)振動(dòng)減弱. 因?yàn)閮刹ㄔ吹牟ǔ滩顬榘氩ㄩL(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí),是振動(dòng)減弱點(diǎn),在直線(xiàn)PQ上O點(diǎn)距兩波源A、B波程差最大,即AO-BO=(6-1) m=5 m=λ,故O點(diǎn)為減弱點(diǎn).由O向-∞或由O向+∞,直線(xiàn)PQ上各點(diǎn)到兩波源A、B的波程差逐漸減小,其中Δs=λ的點(diǎn)有兩個(gè)，Δs=λ的點(diǎn)有兩個(gè)，所以在直線(xiàn)PQ上從-∞到+∞的范圍內(nèi)聽(tīng)不到聲音的小區(qū)域共有5個(gè). 答案:5個(gè) 體驗(yàn)探究 【問(wèn)題】聲波也能發(fā)生干涉,在操場(chǎng)上安裝兩個(gè)相同的揚(yáng)聲器,它們由同一個(gè)聲源帶動(dòng),發(fā)出相同頻率

22、的聲音時(shí),也會(huì)出現(xiàn)聲的干涉,即在揚(yáng)聲器周?chē)霈F(xiàn)相間的振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū),在加強(qiáng)區(qū),空氣的振動(dòng)加強(qiáng),我們聽(tīng)到的聲音強(qiáng);在減弱區(qū),空氣的振動(dòng)減弱,我們聽(tīng)到的聲音弱. 想辦法去尋找聲音的加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)的規(guī)律. 導(dǎo)思:在聲音的加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)作好標(biāo)志,就可觀察分布規(guī)律. 探究:在操場(chǎng)上安裝兩個(gè)相同的揚(yáng)聲器,并且使它們由同一個(gè)信號(hào)源帶動(dòng),發(fā)出相同頻率的聲音.同學(xué)們分成兩組,手持不同顏色的標(biāo)志(如A組持白,B組持黑),分散在操場(chǎng)上兩個(gè)揚(yáng)聲器之間,注意聽(tīng)揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音,并且小范圍地移動(dòng).A組同學(xué)移動(dòng)到聲音最大位置停住,B組同學(xué)移動(dòng)到聲音最小(或聽(tīng)不到聲音)位置停住,找到位置后都把標(biāo)志舉

23、起,看看A組和B組同學(xué)所在位置的分布有什么規(guī)律. 教材鏈接 【討論與交流】(課本第39頁(yè)) 可以利用某質(zhì)點(diǎn)到達(dá)兩波源的距離來(lái)判斷干涉現(xiàn)象中該質(zhì)點(diǎn)是加強(qiáng)還是減弱. 在波的傳播過(guò)程中,介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)雖頻率相同,但步調(diào)不一致,離波源越遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)越滯后,每推移一個(gè)波長(zhǎng)滯后一個(gè)周期.滯后一個(gè)周期的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)步調(diào)一致,為同相振動(dòng);推移半個(gè)波長(zhǎng)滯后1/2個(gè)周期,滯后1/2個(gè)周期的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)步調(diào)相反,為反相振動(dòng).波源S1、S2產(chǎn)生兩列波在同一介質(zhì)中傳播,介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與兩個(gè)振源引起的振動(dòng),質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)為這兩個(gè)振動(dòng)的矢量和,介質(zhì)中的P點(diǎn),如圖2-3-10所示離兩波源距離分

24、別是S1P、S2P,若S1、S2是同步振動(dòng),那么它們對(duì)P引起的振動(dòng)的步調(diào)差別完全由距離差Δs=S1P-S2P決定. 圖2-3-10 當(dāng)Δs=nλ(n=0,1,2,…)即距離差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí),兩振源在P點(diǎn)引起的振動(dòng)的步調(diào)一致,為同相振動(dòng),疊加結(jié)果是兩數(shù)值之和,即振動(dòng)加強(qiáng),是強(qiáng)點(diǎn). 當(dāng)Δs=(2n+1)(n=0,1,2,…)即距離差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí),兩振源在P點(diǎn)引起的振動(dòng)的步調(diào)相反,為反相振動(dòng),疊加結(jié)果是兩數(shù)值之差,即振動(dòng)減弱,是弱點(diǎn). 由此看來(lái),強(qiáng)點(diǎn)與弱點(diǎn)只與位置有關(guān),不隨時(shí)間變化.正因?yàn)椴浑S時(shí)間變化,才被觀察到,才能形成干涉圖樣. 由Δs=nλ,n=0時(shí),Δs=0,而兩波源連線(xiàn)的垂直平分線(xiàn)上的點(diǎn)恰符合以上條件,所以是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn). 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375