2018-2019學年高中物理 第12章 機械波 12.4 波的衍射和干涉課件 新人教版選修3-4.ppt

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1、4波的衍射和干涉,,一、波的衍射1.定義:波可以繞過_______繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。2.發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件:只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長_________,或者比波長_______,才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。3.波的衍射的普遍性:一切波都能發(fā)生_____,_____是波特有的現(xiàn)象。,障礙物,相差不多,更小時,衍射,衍射,,二、波的干涉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,在它們重疊的區(qū)域里,介質(zhì)的質(zhì)點_____參與這幾列波引起的振動,質(zhì)點的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的位移的_______。,同時,矢量和,,2.波的干涉:(1)定義:_________的兩

2、列波疊加時,某些區(qū)域的振幅加大、某些區(qū)域的振幅減小的現(xiàn)象。(2)穩(wěn)定干涉條件。①兩列波的_____必須相同。②兩個波源的_______必須保持不變。,頻率相同,頻率,相位差,,3.干涉的普遍性:一切波都能夠發(fā)生干涉,干涉是__________現(xiàn)象。,波特,有的,,【預習診斷】1.請判斷下列說法的正誤。(1)“隔墻有耳”指的是聲波的衍射現(xiàn)象。()(2)敲擊音叉使其發(fā)聲,然后轉(zhuǎn)動音叉,聽到聲音忽強忽弱是聲波的干涉現(xiàn)象。()(3)只有頻率相同的兩列波才可以疊加。()(4)兩列波相遇后,振幅小的一列波將減弱,振幅大的一列波將加強。(),,提示:(1)√。“隔墻有耳”指的是墻這邊的聲音能夠傳到墻的另一邊

3、,是聲波的衍射現(xiàn)象。(2)√。這是聲波的干涉現(xiàn)象。音叉產(chǎn)生的兩列聲波振動頻率相同,這樣的兩列聲波在空氣中傳播,有的區(qū)域振動加強,有的區(qū)域振動減弱,于是聽到聲音忽強忽弱。,,(3)。波的疊加是無條件的,任何頻率的兩列波在空間相遇都會疊加。(4)。兩列波相遇后,每一列波引起的振動情況都保持不變,而質(zhì)點的振動則是兩列波共同作用的結(jié)果。,,2.下列現(xiàn)象或事實屬于衍射現(xiàn)象的是()A.風從窗戶吹進來B.雪堆積在背風的屋后C.水波前進方向上遇到凸出在水面上的小石塊,小石塊對波的傳播沒有影響D.晚上看到水中月亮的倒影,,【解析】選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。

4、,,3.兩列沿相反方向傳播的振幅和波長都相同的半波(如圖甲),在相遇的某一時刻(如圖乙)兩列波“消失”,此時圖中a、b質(zhì)點的振動方向是()A.a向上,b向下B.a向下,b向上C.a、b都靜止D.a、b都向上,,【解析】選B。由波的疊加原理知,波在相遇時互不影響地相互通過,通過后各自保持原有的狀態(tài)繼續(xù)傳播。在圖乙所對應的時刻,a的振動是由左列波引起的,b的振動是由右列波引起的,根據(jù)波的傳播方向和質(zhì)點的振動方向之間的關系可以判定選項B是正確的。,知識點一對波的衍射現(xiàn)象的理解探究導入:光是一種波,如圖為燈泡發(fā)光的情況。,,(1)生活中見到的光的傳播有何特點。(2)滿足什么條件才能使光發(fā)生衍射?提示:

5、(1)沿直線傳播。(2)障礙物或孔的尺寸與光的波長相差不多。,,【歸納總結(jié)】1.波的衍射的條件: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(chǎn)生明顯衍射的條件。,,2.波的衍射的實質(zhì):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.衍射現(xiàn)象與觀察的矛盾:當孔的尺寸遠小于波長時盡管衍射十分突出,但由于衍射波的能量很弱,衍射現(xiàn)象不容易觀察到。,,【典題過關】【典例】(多選)如圖所

6、示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是波源,圖中已畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況,每兩條相鄰波紋(圖中曲線)之間距離表示一個波長,則對于波經(jīng)過孔之后的傳播情況,下列描述正確的是(),,A.此時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,,【正確解答】選A、B、C。從圖中可以看出,孔的大小與波長相差不多,故能夠發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象,A選項正確。由于在同一均勻介質(zhì)中,波的傳播速度沒有變化,波的頻率是一定的,又根據(jù)λ=可得波長λ沒有變化,所以B選項是正確

7、的。當孔被擴大后,明顯衍射的條件將被破壞,故C選項正確。如果孔的大小不變,使波源頻率增大,則波長減小,孔的尺寸將比波長大,失去發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象的條件,因此D選項不正確。,,【過關訓練】(多選)下列現(xiàn)象屬于波的衍射現(xiàn)象的是()A.“隔墻有耳”B.“空山不見人,但聞人語聲”C.“余音繞梁,三日而不絕”D.夏日雷聲轟鳴不絕,,【解析】選A、B?！坝嘁衾@梁,三日而不絕”和夏日雷聲轟鳴不絕主要是聲音的反射現(xiàn)象所引起的。,,【補償訓練】如圖所示,水面上有A、B兩個振動情況完全相同的振源,在A、B連線的中垂線上有a、b、c三個質(zhì)點,已知某時刻,a點是兩列波的波峰相遇點,c點是與a點相鄰的兩列波的波谷相遇點

8、,b為ac的中點,則以下說法正確的是(),,A.a點是振動加強點,c點是振動減弱點B.a點與c點都是振動加強點,b點是振動減弱點C.a點與c點此時刻是振動加強點,經(jīng)過一段時間后變成振動減弱點,而b點可能變成振動加強點D.a、b、c點都是振動加強點,,【解析】選D。在A、B的垂直平分線上的所有的點到A、B的路程差都等于0,因此都是振動加強點,故D選項正確。,,知識點二波的疊加與波的干涉探究導入:如圖所示,操場中兩根豎直桿上各有一個揚聲器,接在同一擴音機上,一位同學沿著AB方向走來。,,(1)他聽到的聲音會有什么變化?(2)這屬于什么物理現(xiàn)象?提示:(1)聲音忽強忽弱。(2)聲波的干涉現(xiàn)象。,,【

9、歸納總結(jié)】1.波的獨立傳播:幾列波相遇時能夠保持各自的運動特征,繼續(xù)傳播。即各自的波長、頻率等保持不變。,,2.關于加強點(區(qū))和減弱點(區(qū)):(1)加強點:在某些點兩列波引起的振動始終加強,質(zhì)點的振動最劇烈,振動的振幅等于兩列波的振幅之和,A=A1+A2。,,(2)減弱點:在某些點兩列波引起的振動始終相互削弱,質(zhì)點振動的振幅等于兩列波的振幅之差,A=|A1-A2|,若兩列波振幅相同,質(zhì)點振動的合振幅就等于零,并不振動,水面保持平靜。,,3.干涉圖樣及其特征:(1)干涉圖樣:如圖所示。,,(2)特征。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)

10、。③加強區(qū)與減弱區(qū)互相間隔。,,【典題過關】【典例】一條彈性繩子呈水平狀態(tài),M為繩子中點,兩端P、Q同時開始上下振動,一小段時間t后產(chǎn)生的波形如圖所示,對于其后繩上各點的振動情況,以下判斷正確的是(),,A.波源P和Q開始振動的方向均是向上的B.波源Q產(chǎn)生的波將先到達中點MC.中點M的振動雖始終是加強的,但其位移大小在某時刻可能為零D.這兩列波能形成穩(wěn)定的干涉圖樣,,【正確解答】選A。由圖及波傳播方向與質(zhì)點振動方向關系的判斷方法可得:t時刻波源P、Q所形成的兩列橫波在波剛到達的兩質(zhì)點均向上振動,而傳播波的質(zhì)點開始振動的方向與其波源開始振動方向相同,故A對;由于波速是由介質(zhì)決定的,故兩列波的波速

11、相同,故兩列波同時到達M點,故B錯;由圖可得:波源P產(chǎn)生的波長大于,,波源Q產(chǎn)生的波長,由v=λf可得:波源P所形成波的頻率小于波源Q所形成波的頻率,不能形成穩(wěn)定的干涉圖樣,即M點的振動不是始終加強的,故C、D錯,正確選項為A。,,【過關訓練】(多選)某兩列波相疊加形成了穩(wěn)定的干涉圖樣,則()A.兩列波的頻率一定相同,但它們的相位差不恒定B.振動加強區(qū)域的各質(zhì)點都在波峰上,振動減弱區(qū)域的各質(zhì)點都在波谷上,,C.振動加強的區(qū)域始終加強,振動減弱的區(qū)域始終減弱D.振動加強的區(qū)域和振動減弱的區(qū)域不隨時間的變化而改變,,【解析】選C、D。兩列波發(fā)生穩(wěn)定的干涉的條件必須是兩列波的頻率相同且相位差恒定,故

12、A錯;振動加強區(qū)始終加強,振動減弱區(qū)始終減弱,形成穩(wěn)定的干涉圖樣,C、D對;振動加強區(qū)域的各質(zhì)點只是振幅最大,振動減弱區(qū)域的各質(zhì)點只是振幅最小,它們均在自己的平衡位置附近振動,并不是只在波峰上或只在波谷上,B錯。,,【補償訓練】1.(多選)關于波的衍射現(xiàn)象,下列說法正確的是()A.水波繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象即為波的衍射現(xiàn)象B.衍射現(xiàn)象是波特有的現(xiàn)象,一切波都能發(fā)生衍射,只不過明顯與否而已C.“聞其聲而不見其人”為聲波的衍射現(xiàn)象D.要發(fā)生衍射,必須滿足一定的條件,否則,波就不會發(fā)生衍射,,【解析】選A、B、C。由波的衍射定義知,A、C正確。衍射是一切波特有的現(xiàn)象,發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象是有條件的,

13、只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長差不多或比波長更小時,才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象,故B對、D錯。,,2.(多選)如圖所示為兩個相干波源S1、S2產(chǎn)生的波在同一種均勻介質(zhì)中相遇。圖中實線表示某時刻的波峰,虛線表示的是波谷,下列說法正確的是(),,A.a、c兩點的振動加強,b、d兩點的振動減弱B.e、f兩點的振動介于加強點和減弱點之間C.經(jīng)適當?shù)臅r間后,加強點和減弱點的位置互換D.經(jīng)半個周期后,原來位于波峰的點將位于波谷,原來位于波谷的點將位于波峰,,【解析】選A、D。由圖可知:a是波谷和波谷相遇的點,c是波峰和波峰相遇的點,都是振動加強的點;而b、d兩點都是波峰和波谷相遇的點,是振動減弱的點,

14、A正確。e位于加強點的連線上,仍為加強點;f位于減弱點的連線上,仍為減弱點,B錯誤。相干波源疊加產(chǎn)生的干涉是穩(wěn)定的,不會隨時間變化,C錯誤。因形成干涉圖樣的介質(zhì)質(zhì)點也是不停地做周期性振動,經(jīng)半個周期步調(diào)相反,D正確。故正確答案為A、D。,,【拓展例題】考查內(nèi)容:波的干涉的應用【典例】如圖所示,在直線PQ的垂線OM上有A、B兩個聲源,A、B分別距O點6m和1m,兩個聲源同時不斷向外發(fā)出波長都為2m的完全相同的聲波,在直線PQ上從-∞到+∞的范圍內(nèi)聽不到聲音的區(qū)域共有多少個?,,【正確解答】經(jīng)數(shù)學歸納,若某點到兩波源的路程差為波長的整數(shù)倍,即Δs=nλ(n=0,1,2,…),則該點振動加強;若某點到兩波源的路程差為半波長的奇數(shù)倍,即Δs=(2n+1)(n=0,1,2,…),則該點振動減弱。,直線PQ上的O點距兩波源A、B的路程差最大,即AO-BO=(6-1)m=5m=λ,故O點為減弱點。由O向-∞或由O向+∞,直線PQ上各點到兩波源A、B的路程差逐漸減小,其中Δs=λ的點有兩個,Δs=λ的點有兩個,所以在直線PQ上從-∞到+∞的范圍內(nèi)聽不到聲音的區(qū)域共有5個。答案:5個,