寧夏銀川市高中物理 第十二章 機械波 第4節(jié) 波的衍射和干涉課件 新人教版選修34

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1、 在空氣中波長為在空氣中波長為3.4m3.4m的聲波，進入水中，的聲波，進入水中，其頻率為其頻率為 HzHz，波長為，波長為 m m（已（已知聲波在空氣中的傳播速度為知聲波在空氣中的傳播速度為340m/s 340m/s ，在，在水中的傳播速度為水中的傳播速度為1450m/s1450m/s） 由由vf fvHzHz1004 . 3340fv水水頻率不變mm50.14100145012.4 12.4 波的衍射和干涉波的衍射和干涉一、波的衍射一、波的衍射 1 1、定義：波可以繞過障礙物繼續(xù)、定義：波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象傳播的現(xiàn)象 2 2、水波的衍射現(xiàn)象及在波長一定、水波的衍射現(xiàn)象及在波長一定

2、的情況下狹縫寬對衍射實驗的影響的情況下狹縫寬對衍射實驗的影響現(xiàn)象：水波繞過現(xiàn)象：水波繞過小孔小孔或或障礙物障礙物繼續(xù)繼續(xù)傳播傳播 實驗一：波長一定的水波通過寬度不同的狹縫實驗一：波長一定的水波通過寬度不同的狹縫實驗二：波長不同的水波通過寬度實驗二：波長不同的水波通過寬度一定的狹縫一定的狹縫現(xiàn)象：波長與狹縫寬度相差不多時，有現(xiàn)象：波長與狹縫寬度相差不多時，有明顯的衍射現(xiàn)象。隨波長的增加，衍射明顯的衍射現(xiàn)象。隨波長的增加，衍射現(xiàn)象越來越明顯。現(xiàn)象越來越明顯。結(jié)論：結(jié)論：（1） 障礙物比較小時能發(fā)生明顯衍射障礙物比較小時能發(fā)生明顯衍射.（2）狹縫寬度跟波長相差不多時，有明顯的衍射現(xiàn)）狹縫寬度跟波長相

3、差不多時，有明顯的衍射現(xiàn)象象（3）狹縫寬度比波長大得越多，衍射現(xiàn)象越不明顯；）狹縫寬度比波長大得越多，衍射現(xiàn)象越不明顯；（4）狹縫寬度跟波長相比非常大時，水波將直線傳）狹縫寬度跟波長相比非常大時，水波將直線傳播，觀察不到衍射現(xiàn)象播，觀察不到衍射現(xiàn)象6.6.下列關(guān)于波的衍射的說法正確的是下列關(guān)于波的衍射的說法正確的是( )( )A.A.衍射是一切機械波特有的現(xiàn)象衍射是一切機械波特有的現(xiàn)象B.B.對同一列波對同一列波, ,縫或孔縫或孔( (障礙物障礙物) )越小越小, ,衍射現(xiàn)象越明衍射現(xiàn)象越明顯顯C.C.只有橫波才能發(fā)生衍射現(xiàn)象只有橫波才能發(fā)生衍射現(xiàn)象, ,縱波不能發(fā)生衍射現(xiàn)縱波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象

4、象D.D.聲波容易發(fā)生衍射是由于聲波波長較大聲波容易發(fā)生衍射是由于聲波波長較大BD7.在水波槽的衍射實驗中在水波槽的衍射實驗中,若打擊水面的振子的頻率是若打擊水面的振子的頻率是5HZ,水波在槽中的傳播速度為水波在槽中的傳播速度為0.05m/s,為觀察到顯著的衍為觀察到顯著的衍射現(xiàn)象射現(xiàn)象,小孔直徑小孔直徑d應(yīng)為應(yīng)為( )A.10cm B.5cm C. d1cm D. d1cmD3 3、發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：、發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件： 4 4、說明、說明: :障礙物或縫、孔的尺寸大小障礙物或縫、孔的尺寸大小, ,并不是決定衍射能否并不是決定衍射能否發(fā)生的條件發(fā)生的條件, ,僅是衍射現(xiàn)象是否明顯

5、的條件僅是衍射現(xiàn)象是否明顯的條件. .一般一般情況下情況下, ,波長較大的波容易產(chǎn)生顯著的衍射現(xiàn)象波長較大的波容易產(chǎn)生顯著的衍射現(xiàn)象. .一切波都能發(fā)生衍射，一切波都能發(fā)生衍射，衍射是波特有的現(xiàn)象衍射是波特有的現(xiàn)象 .障礙物或縫、孔的尺寸比波長小障礙物或縫、孔的尺寸比波長小, ,或跟波長相差不多或跟波長相差不多. .兩列波相遇時，會不會像兩個小球相碰時那樣，改變兩列波相遇時，會不會像兩個小球相碰時那樣，改變各自的運動特征呢？各自的運動特征呢？1 1.波的獨立性波的獨立性原理原理 兩列波相遇后，仍保持各自兩列波相遇后，仍保持各自的運動狀態(tài)，繼續(xù)傳播，它的運動狀態(tài)，繼續(xù)傳播，它們都彼此沒有受到影響

6、們都彼此沒有受到影響二、波的疊加2.波的疊加原理 在幾列波重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點同時參與這在幾列波重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點同時參與這幾列波引起的振動，質(zhì)點振動的位移等于這幾列波單幾列波引起的振動，質(zhì)點振動的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的位移的獨傳播時引起的位移的矢量和矢量和例例1 1 下列關(guān)于兩列波相遇時疊加的說法正下列關(guān)于兩列波相遇時疊加的說法正確的是（）確的是（）A A、 相遇后，振幅小的一列波振幅將小減相遇后，振幅小的一列波振幅將小減 小，振幅大的一列波振幅將增大小，振幅大的一列波振幅將增大B B、 相遇以后，兩列波的振動情況與相遇相遇以后，兩列波的振動情況與相遇 前完全相同前完全相

7、同C C、 在相遇區(qū)域，任一點的總位移等于兩在相遇區(qū)域，任一點的總位移等于兩 列波分別引起的位移的矢量和列波分別引起的位移的矢量和D D、 幾個人在同一房間說話，相互間聽得幾個人在同一房間說話，相互間聽得 清楚，這說明波在相遇時互不干擾清楚，這說明波在相遇時互不干擾三、波的干涉 頻率相同的兩列波相遇時，在它們頻率相同的兩列波相遇時，在它們重疊的區(qū)域里會發(fā)生什么現(xiàn)象？重疊的區(qū)域里會發(fā)生什么現(xiàn)象？由此可知： 頻率相同的兩列波相遇后，在振動著的水面頻率相同的兩列波相遇后，在振動著的水面上，出現(xiàn)了一條條從兩個波源中間伸展出來的上，出現(xiàn)了一條條從兩個波源中間伸展出來的相相對平靜的區(qū)域?qū)ζ届o的區(qū)域和和激烈

8、振動的區(qū)域，激烈振動的區(qū)域，這兩種區(qū)域在這兩種區(qū)域在水面上的水面上的位置固定，且相互隔開位置固定，且相互隔開1 1、波的干涉：頻率相同的兩列波疊、波的干涉：頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的加，使某些區(qū)域的振動總是加強振動總是加強，某些區(qū)域的某些區(qū)域的振動總是減弱，振動總是減弱，而且振而且振動加強和振動減弱的區(qū)域相互隔開動加強和振動減弱的區(qū)域相互隔開的現(xiàn)象叫做的現(xiàn)象叫做波的干涉波的干涉 干涉圖樣：由波的干涉所形成的干涉圖樣：由波的干涉所形成的圖樣叫做圖樣叫做干涉圖樣干涉圖樣（如上頁圖）（如上頁圖）2、干涉的解釋如果在某一時刻，在水面上的某一點是兩列波的如果在某一時刻，在水面上的某一點是兩列波的

9、波峰和波峰相遇，經(jīng)過半個周期，就變成波谷和波峰和波峰相遇，經(jīng)過半個周期，就變成波谷和波谷相遇波谷相遇波峰和波峰或或波谷和波谷相遇時，質(zhì)點向上的位移最大，等于兩列波的振相遇時，質(zhì)點向上的位移最大，等于兩列波的振幅之和；因此在這一點，始終是兩列波干涉的加幅之和；因此在這一點，始終是兩列波干涉的加強點，質(zhì)點的振動最激烈強點，質(zhì)點的振動最激烈. . 如果在某一時刻，在水面上的某一點是兩列波的如果在某一時刻，在水面上的某一點是兩列波的波峰和波谷相遇，經(jīng)過半個周期，就變成相遇，經(jīng)過半個周期，就變成波谷和波峰相遇，在這一點，質(zhì)點振動的振幅等于兩列波的振，在這一點，質(zhì)點振動的振幅等于兩列波的振幅之差，兩列波引

10、起的振動始終是減弱的，如果兩列波幅之差，兩列波引起的振動始終是減弱的，如果兩列波的振幅相同，質(zhì)點振動的振幅就等于零，水面保持平的振幅相同，質(zhì)點振動的振幅就等于零，水面保持平靜靜 把相應(yīng)的振動最激烈的質(zhì)點連起來，為振動加強區(qū)；把相應(yīng)的振動最激烈的質(zhì)點連起來，為振動加強區(qū)；相應(yīng)的振動最不激烈或靜止的質(zhì)點連起來，為振動減相應(yīng)的振動最不激烈或靜止的質(zhì)點連起來，為振動減弱區(qū)弱區(qū)振動加強區(qū)和振動減弱區(qū)是相互隔開的振動加強區(qū)和振動減弱區(qū)是相互隔開的 注意注意：（1）振動加強的區(qū)）振動加強的區(qū)域始終加強，振動減域始終加強，振動減弱的區(qū)域始終減弱弱的區(qū)域始終減弱（2）振動加強（減）振動加強（減弱）的區(qū)域是指質(zhì)點

11、弱）的區(qū)域是指質(zhì)點的振幅大（?。?，而的振幅大（?。?，而不是指振動的位移大不是指振動的位移大（小），因為位移是（?。驗槲灰剖请S時間變化的隨時間變化的3 3、產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件、產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件 兩列波相遇疊加不一定能得到穩(wěn)定的干涉圖兩列波相遇疊加不一定能得到穩(wěn)定的干涉圖樣而要產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象形成穩(wěn)定的干涉樣而要產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象形成穩(wěn)定的干涉圖樣，則需要滿足一定的條件圖樣，則需要滿足一定的條件 產(chǎn)生干涉的條件：產(chǎn)生干涉的條件：兩列波的頻率必須相同（稱兩列波的頻率必須相同（稱為相干波）為相干波） 4 4、一切波（只要滿足條件）都能發(fā)一切波（只要滿足條件）都能發(fā)生干涉現(xiàn)象，干涉和衍射一樣生干

12、涉現(xiàn)象，干涉和衍射一樣都是波都是波的特有現(xiàn)象的特有現(xiàn)象 5 5、振動加強點和振動減弱點的判斷方法、振動加強點和振動減弱點的判斷方法振動加強的條件振動加強的條件: :振動減弱的條件振動減弱的條件: :)210(，nnS)210(2) 12(，nnS例例2 2 兩列波疊加發(fā)生了穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象，得兩列波疊加發(fā)生了穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象，得到了干涉圖樣，關(guān)于干涉的下列說法中正確到了干涉圖樣，關(guān)于干涉的下列說法中正確的是（）的是（） A A、兩列波的頻率一定相等，振幅不一定相、兩列波的頻率一定相等，振幅不一定相 等等 B B、振動加強區(qū)域始終加強，振動減弱區(qū)域、振動加強區(qū)域始終加強，振動減弱區(qū)域 始終減弱始終減

13、弱 C C、振動加強區(qū)域與振動減弱區(qū)域互相間隔、振動加強區(qū)域與振動減弱區(qū)域互相間隔 D D、振動加強區(qū)域的位移大，振動減弱區(qū)域、振動加強區(qū)域的位移大，振動減弱區(qū)域 的位移小的位移小例例3 3 S S1 1和和S S2 2是兩個相同的波源，這兩個波是兩個相同的波源，這兩個波發(fā)生干涉時（在干涉區(qū)域有發(fā)生干涉時（在干涉區(qū)域有a a、b b、c c三三點），某時刻點），某時刻a a點波峰和波谷相遇，點波峰和波谷相遇，b b點波點波谷和波谷相遇，谷和波谷相遇，c c點波峰和波峰相遇，問點波峰和波峰相遇，問再經(jīng)過再經(jīng)過T/2T/2，振動加強的點是（），振動加強的點是（） A A、只有、只有a a點點 B

14、B、只有、只有c c點點 C C、b b點和點和c c點點 D D、a a點和點和b b點點例例4 4 如圖所示，如圖所示，S S1 1和和S S2 2是兩個完全相同的振是兩個完全相同的振源，發(fā)出的兩列波疊加，實線表示波峰，虛源，發(fā)出的兩列波疊加，實線表示波峰，虛線表示波谷，則下列說法中正確的是（）線表示波谷，則下列說法中正確的是（）A A、A A點是加強點，點是加強點，C C點是減弱點點是減弱點B B、半個周期以后、半個周期以后A A點變?yōu)闇p弱點點變?yōu)闇p弱點C C、B B點的振幅比點的振幅比C C點的振幅大點的振幅大D D、B B點與點與S S1 1、S S2 2的距離差等于波長整數(shù)倍的距離

15、差等于波長整數(shù)倍例例5 5 兩個振動情況完全相同的波源兩個振動情況完全相同的波源S S1 1和和S S2 2產(chǎn)產(chǎn)生的波疊加生的波疊加, ,某時刻形成的干涉圖樣如圖所某時刻形成的干涉圖樣如圖所示示, ,實線表示波峰實線表示波峰, ,虛線表示波谷虛線表示波谷, ,在在a a、b b、c c三點里，振動加強的點是，振動減弱三點里，振動加強的點是，振動減弱的點是，從該時刻起，經(jīng)過的點是，從該時刻起，經(jīng)過1/41/4周周期，它們中位移為零的點是期，它們中位移為零的點是8：如圖是觀察水面波衍射的實驗裝置，：如圖是觀察水面波衍射的實驗裝置，AC和和BD是兩是兩塊擋板，塊擋板，AB是一個孔，是一個孔，O為波源

16、，圖中已畫出波源為波源，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，則波經(jīng)過孔之后的傳線）之間距離表示一個波長，則波經(jīng)過孔之后的傳播情況，下述描述正確的是（播情況，下述描述正確的是（ ） A此時能明顯觀察到波的此時能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象衍射現(xiàn)象B擋板前波紋間距離相等擋板前波紋間距離相等C如果將孔如果將孔AB擴大，有可擴大，有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象 D如果孔的大小不變，使如果孔的大小不變，使波源頻率增大，能更明顯地波源頻率增大，能更明顯地觀察衍射現(xiàn)象觀察衍射現(xiàn)象ABC9、如圖甲所示，

17、實線和虛線表示兩個波長和振幅都相同的簡、如圖甲所示，實線和虛線表示兩個波長和振幅都相同的簡諧橫波（只有半個波長），在同一根彈性繩上分別向左、向諧橫波（只有半個波長），在同一根彈性繩上分別向左、向右傳播，某一時刻兩列波的位置如圖乙所示。右傳播，某一時刻兩列波的位置如圖乙所示。P、Q、S表示表示彈性繩上的三個質(zhì)點的平衡位置。下列說法正確的是：彈性繩上的三個質(zhì)點的平衡位置。下列說法正確的是：A該時刻該時刻P、Q、S都處于各自的平衡位置，速度變?yōu)榱愣继幱诟髯缘钠胶馕恢茫俣茸優(yōu)榱鉈該時刻該時刻P、Q、S都處于各自的平衡位置，但都處于各自的平衡位置，但Q的速度最大的速度最大C該時刻該時刻P的速度向上，的

18、速度向上，Q 的速度為零，的速度為零，S的速度向下的速度向下D該時刻該時刻P的速度向下，的速度向下，Q 的速度為零，的速度為零，S的速度向上的速度向上P Q S甲P Q S乙10、如同所示，、如同所示，S是水面波的波源，是水面波的波源，x、y是擋板，是擋板，S1、S2兩個狹縫（兩個狹縫（SS1=SS2，狹縫的尺寸比波長小，狹縫的尺寸比波長小得多）是回答以下問題得多）是回答以下問題（1）若閉上）若閉上S1，只打開，只打開S2會看到什么現(xiàn)象？會看到什么現(xiàn)象？（2）若）若S1、s2都打開，會發(fā)生什么現(xiàn)象？都打開，會發(fā)生什么現(xiàn)象？（3）若實線和虛線分別表示波峰和波谷，那么在）若實線和虛線分別表示波峰和

19、波谷，那么在 A、B、C、D各點中，哪些點振動加強，哪些點各點中，哪些點振動加強，哪些點 振動減弱？振動減弱？ S1S2S1SxyBACD11、如圖所示，在同一均勻介質(zhì)中有、如圖所示，在同一均勻介質(zhì)中有S1、S2兩個波源，兩個波源，這兩個波源的頻率、振動方向均相同，且振動步調(diào)完這兩個波源的頻率、振動方向均相同，且振動步調(diào)完全一致，全一致，S1與與S2之間的距離為之間的距離為4m，若，若S1、S2振動頻率振動頻率均為均為5Hz，波速均為，波速均為10m/s,B點為點為S1、S2連線的中點，連線的中點，今以今以B點為圓心，以點為圓心，以R=BS1為半徑畫圓。（為半徑畫圓。（1）該波的）該波的波長為多少？（波長為多少？（2）在）在S1、S2連線上振動加強的點（連線上振動加強的點（S1、S2除外）有幾個？（除外）有幾個？（3）在該圓周上共有幾個振動加）在該圓周上共有幾個振動加強的點（強的點（S1、S2除外）？除外）？BS1S2