高中物理第12章第4节波的衍射和干涉课件新人教版选修3-4

1、物理物理路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮 吾将上下而求索吾将上下而求索人教版人教版 选修选修3-4 机械波机械波第十二章第十二章第四节波的衍射和干涉第四节波的衍射和干涉第十二章第十二章学习目标定位学习目标定位1课堂情景切入课堂情景切入2知识自主梳理知识自主梳理3重点难点突破重点难点突破4考点题型设计考点题型设计5课课 时时 作作 业业6学习目标定位学习目标定位知道波的衍射现象及衍射条件知道波的衍射现象及衍射条件知道衍射是波特有的现象知道衍射是波特有的现象知道两列波叠加的位移规律知道两列波叠加的位移规律理解波的干涉现象及产生干涉的条件理解波的干涉现象及产生干涉的条件知道波的干涉现象是波特有的现象知道

2、波的干涉现象是波特有的现象课堂情景切入课堂情景切入我们在生活中经常遇到我们在生活中经常遇到“闻其声不见其人闻其声不见其人”的事的事(如图如图甲甲)，声音为什么没被障碍物所挡住？，声音为什么没被障碍物所挡住？知识自主梳理知识自主梳理1定义定义波可以绕过波可以绕过_继续传播的现象。继续传播的现象。2实验及现象实验及现象(1)实验装置：在水槽里放两块挡板，中间留一个实验装置：在水槽里放两块挡板，中间留一个_。(2)现象：狭缝宽度比波长大得多时：波的传播如同光沿现象：狭缝宽度比波长大得多时：波的传播如同光沿_传播一样，挡板后面产生传播一样，挡板后面产生“_”。狭缝。狭缝宽度与波长相差不多或狭缝宽度比波

3、长更小时：水波宽度与波长相差不多或狭缝宽度比波长更小时：水波_挡板后面继续传播。挡板后面继续传播。波的衍射波的衍射 障碍物障碍物狭缝狭缝直线直线阴影区阴影区绕到绕到3发生明显衍射现象的条件发生明显衍射现象的条件只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长_，或，或者比波长者比波长_时，才能观察到明显的衍射现象。时，才能观察到明显的衍射现象。相差不多相差不多更小更小1波的独立传播特性波的独立传播特性两列波相遇后，每列波仍象相遇前一样，保持各自两列波相遇后，每列波仍象相遇前一样，保持各自_，继续向前传播。，继续向前传播。(如图所示如图所示)波的叠加波的叠加 原来的波形原

4、来的波形2波的叠加原理波的叠加原理在 两 列 波 重 叠 的 区 域 里 ， 任 何 一 个 质 点 同 时 参 与在 两 列 波 重 叠 的 区 域 里 ， 任 何 一 个 质 点 同 时 参 与_，其振动位移等于这两列波分别引起的位移的，其振动位移等于这两列波分别引起的位移的_，当两列波振动方向在同一直线上时，这两个位移，当两列波振动方向在同一直线上时，这两个位移的矢量和在选定正方向后可简化为的矢量和在选定正方向后可简化为_。两个振动两个振动矢量和矢量和代数和代数和1干涉现象干涉现象频率相同的两列波叠加，使某些区域的频率相同的两列波叠加，使某些区域的_，使某，使某些区域的些区域的_，并且振

5、动加强和振动减弱的区域，并且振动加强和振动减弱的区域_，这种现象叫波的干涉，形成的图样叫波的干涉图，这种现象叫波的干涉，形成的图样叫波的干涉图样。样。波的干涉波的干涉 振动加强振动加强振动减弱振动减弱互相间隔互相间隔2两列波产生稳定干涉的条件两列波产生稳定干涉的条件两列波的两列波的_必须相同。必须相同。两个波源的两个波源的_必须保持不变。必须保持不变。3波的干涉和衍射都是波所特有的现象波的干涉和衍射都是波所特有的现象一切波都能够发生一切波都能够发生_和和_现象；反之能现象；反之能够发生够发生_和和_现象的，一定是波。现象的，一定是波。频率频率相位差相位差干涉干涉衍射衍射干涉干涉衍射衍射重点难点

6、突破重点难点突破一、波的衍射现象及发生明显衍射的条件一、波的衍射现象及发生明显衍射的条件1生活中常见的波的衍射现象生活中常见的波的衍射现象(1)声波：声波的波长在声波：声波的波长在1.7 cm17 m之间，与一般障碍物之间，与一般障碍物的尺寸相比差不多，或比其大，故声波的衍射现象极为明显。的尺寸相比差不多，或比其大，故声波的衍射现象极为明显。(2)水波：水面上传播的波能够越过水面上的芦苇、小石块水波：水面上传播的波能够越过水面上的芦苇、小石块等障碍物，都是典型的水波的衍射现象。等障碍物，都是典型的水波的衍射现象。(3)无线电波：在房间中可以接收到收音机和电视信号，是无线电波：在房间中可以接收到

7、收音机和电视信号，是电磁波的衍射现象。电磁波的衍射现象。2对明显衍射发生条件的理解对明显衍射发生条件的理解(1)波的衍射是波在传播过程中所具有的特征之一，衍射是波的衍射是波在传播过程中所具有的特征之一，衍射是否明显，通常的衡量就是孔或缝的宽度否明显，通常的衡量就是孔或缝的宽度d与波长与波长的比值，比值的比值，比值越小，衍射现象相对越明显。越小，衍射现象相对越明显。(2)孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长的关系仅是衍射能孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长的关系仅是衍射能否明显发生的条件，波的衍射没有条件。否明显发生的条件，波的衍射没有条件。(3)明显衍射发生时，并不一定能清楚地感受到，如当孔远明显衍

8、射发生时，并不一定能清楚地感受到，如当孔远远小于水波波长时，衍射应当非常明显，但因孔很小，单位时远小于水波波长时，衍射应当非常明显，但因孔很小，单位时间内通过的能量很小，又分布到很大的区域上，水波非常弱，间内通过的能量很小，又分布到很大的区域上，水波非常弱，将看不清楚。将看不清楚。特别提醒：特别提醒：( (1) )衍射是波所特有的现象，一切波都会产生衍射现象，只衍射是波所特有的现象，一切波都会产生衍射现象，只有明显和不明显的差异。有明显和不明显的差异。( (2) )凡能发生衍射现象的就是波。凡能发生衍射现象的就是波。 如图所示，日常生活中如图所示，日常生活中“闻其声不见其人闻其声不见其人”的物

9、理现象的物理现象的原因是什么？的原因是什么？答案：答案：声波在空气中的波长较长，可以跟一般障碍物的尺声波在空气中的波长较长，可以跟一般障碍物的尺寸相比拟，很容易发生衍射现象，绕过障碍物传入人耳。而光寸相比拟，很容易发生衍射现象，绕过障碍物传入人耳。而光波由于波长很短，障碍物或孔的尺寸远大于光的波长，不能绕波由于波长很短，障碍物或孔的尺寸远大于光的波长，不能绕过障碍物发生衍射，所以只能听到声音而看不到说话的人。过障碍物发生衍射，所以只能听到声音而看不到说话的人。二、对波的叠加原理的理解二、对波的叠加原理的理解1波的独立传播波的独立传播几列波相遇时能够保持各自的运动特征，继续传播。即各几列波相遇时

10、能够保持各自的运动特征，继续传播。即各自的波长、频率等保持不变。自的波长、频率等保持不变。2波的叠加波的叠加波的叠加原理是波具有独立传播性的必然结果，由于总位波的叠加原理是波具有独立传播性的必然结果，由于总位移是两个位移的矢量和，所以叠加区域的质点的位移可能增移是两个位移的矢量和，所以叠加区域的质点的位移可能增大，也可能减小。大，也可能减小。两列同相波的叠加，振动加强，振幅增大两列同相波的叠加，振动加强，振幅增大(如图甲所示如图甲所示)。两列反相波的叠加，振动减弱，振幅减小两列反相波的叠加，振动减弱，振幅减小(如图乙所示如图乙所示)。三、对波的干涉现象的理解三、对波的干涉现象的理解1干涉条件干

11、涉条件(1)波的叠加是无条件的，任何频率的两列波在空间相遇都波的叠加是无条件的，任何频率的两列波在空间相遇都会叠加。会叠加。(2)稳定干涉图样的产生是有条件的，必须是两列同类的稳定干涉图样的产生是有条件的，必须是两列同类的波，并且波的频率相同、振动方向在同一直线上、相位差恒波，并且波的频率相同、振动方向在同一直线上、相位差恒定。如果两列波的频率不相等，在同一种介质中传播时其波长定。如果两列波的频率不相等，在同一种介质中传播时其波长就不相等，这样不能形成稳定的振动加强点和减弱点。因此我就不相等，这样不能形成稳定的振动加强点和减弱点。因此我们就看不到稳定的干涉图样，只能是一般的振动叠加现象。们就看

12、不到稳定的干涉图样，只能是一般的振动叠加现象。(3)明显的干涉图样和稳定的干涉图样意义是不同的，明显明显的干涉图样和稳定的干涉图样意义是不同的，明显的干涉图样除了满足相干条件外，还必须满足两列波振幅差别的干涉图样除了满足相干条件外，还必须满足两列波振幅差别不大。振幅越是接近，干涉图样越明显。不大。振幅越是接近，干涉图样越明显。2关于加强点关于加强点(区区)和减弱点和减弱点(区区)(1)加强点：在某些点两列波引起的振动始终加强，质点的加强点：在某些点两列波引起的振动始终加强，质点的振动最剧烈，振动的振幅等于两列波的振幅之和，振动最剧烈，振动的振幅等于两列波的振幅之和，AA1A2。(2)减弱点：在

13、某些点两列波引起的振动始终相互削弱，质减弱点：在某些点两列波引起的振动始终相互削弱，质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，点振动的振幅等于两列波的振幅之差，A|A1A2|，若两列波，若两列波振幅相同，质点振动的合振幅就等于零，水面保持平静。振幅相同，质点振动的合振幅就等于零，水面保持平静。3干涉图样及其特征干涉图样及其特征(1)干涉图样干涉图样 ：如图所示：如图所示(2)特征：加强区和减弱区的位置固定不变。加强区始特征：加强区和减弱区的位置固定不变。加强区始终加强，减弱区始终减弱终加强，减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化加强区与减弱区不随时间变化)。加强区与减弱区互相间隔。加强区与减弱区

14、互相间隔。特别提醒：特别提醒：( (1) )振动加强的点的振动总是加强，但并不是始终处于波峰振动加强的点的振动总是加强，但并不是始终处于波峰或波谷，它们都在平衡位置附近振动，有的时刻位移也为零。或波谷，它们都在平衡位置附近振动，有的时刻位移也为零。只是振幅为两列波振幅之和，显得振动剧烈。只是振幅为两列波振幅之和，显得振动剧烈。( (2) )振动减弱点的振动始终减弱，位移的大小始终等于两列振动减弱点的振动始终减弱，位移的大小始终等于两列波分别引起位移的大小之差，振幅为两列波振幅之差。如果两波分别引起位移的大小之差，振幅为两列波振幅之差。如果两列波的振幅相同，则振动减弱点将会总是处于静止。列波的振

15、幅相同，则振动减弱点将会总是处于静止。 蟋蟀是利用了蟋蟀是利用了a发出声音，某同学围绕蟋蟀走了一圈，听发出声音，某同学围绕蟋蟀走了一圈，听到忽高忽低的蟋蟀声，这是由于声波的到忽高忽低的蟋蟀声，这是由于声波的b现象，请选择现象，请选择a、b组组合正确的是合正确的是()A蟋蟀的嘴干涉蟋蟀的嘴干涉B蟋蟀的翅膀干涉蟋蟀的翅膀干涉C蟋蟀的翅膀共振蟋蟀的翅膀共振 D蟋蟀的嘴共振蟋蟀的嘴共振答案：答案：B解析：解析：蟋蟀是依靠一双翅膀的振动发声，两翅膀的振动频蟋蟀是依靠一双翅膀的振动发声，两翅膀的振动频率、振幅相同，形成相干波源，在周围出现振动加强与减弱的率、振幅相同，形成相干波源，在周围出现振动加强与减弱

16、的区域。区域。考点题型设计考点题型设计 如图所示，相邻实线间的距离等于一个波长，如图所示，相邻实线间的距离等于一个波长，试大致画出波通过孔试大致画出波通过孔A和和B以及遇到障碍物以及遇到障碍物C和和D之后的传播情之后的传播情况。况。对波的衍射现象的理解对波的衍射现象的理解解析：解析：由题图可知，孔由题图可知，孔A和障碍物和障碍物D跟波长相差不多，因跟波长相差不多，因此，从孔此，从孔A传出的波和遇障碍物传出的波和遇障碍物D之后的波均有明显的衍射现之后的波均有明显的衍射现象；孔象；孔B和障碍物和障碍物C跟波长相比相差较大，因此，从孔跟波长相比相差较大，因此，从孔B传出的传出的波和遇障碍物波和遇障碍

17、物C之后的波无明显的衍射现象。在画通过孔之后的波无明显的衍射现象。在画通过孔A的的衍射波时要强调画出的同心半圆都是以孔衍射波时要强调画出的同心半圆都是以孔A为圆心的；遇障碍为圆心的；遇障碍物物D之后波的传播并没有受影响；而从孔之后波的传播并没有受影响；而从孔B传出的波和遇障碍传出的波和遇障碍物物C之后的波只沿直线传播。所以从孔之后的波只沿直线传播。所以从孔A、B传出的波和遇障碍传出的波和遇障碍物物C、D之后的波如图所示。之后的波如图所示。答案：答案： 在空旷的广场上有一堵较高大的墙在空旷的广场上有一堵较高大的墙MN，墙的一侧，墙的一侧O点有点有一个正在播放男女声合唱歌曲的声源。某人从图中一个正

18、在播放男女声合唱歌曲的声源。某人从图中A点走到墙点走到墙后的后的B点，在此过程中，如果从声波的衍射来考虑，则会听到点，在此过程中，如果从声波的衍射来考虑，则会听到()A声音变响，男声比女声更响声音变响，男声比女声更响B声音变响，女声比男声更响声音变响，女声比男声更响C声音变弱，男声比女声更弱声音变弱，男声比女声更弱D声音变弱，女声比男声更弱声音变弱，女声比男声更弱答案：答案：D解析：解析：由于由于MN很高大，故衍射现象比较弱，由于女声音很高大，故衍射现象比较弱，由于女声音调更高，波长更小，所以衍射更不明显。调更高，波长更小，所以衍射更不明显。如图表示两个相干波源如图表示两个相干波源S1、S2产

19、生的波在同一产生的波在同一种均匀介质中相遇。图中实线表示某时刻的波峰，虚线表示的种均匀介质中相遇。图中实线表示某时刻的波峰，虚线表示的是波谷，下列说法正确的是是波谷，下列说法正确的是()波的叠加波的叠加Aa、c两点的振动加强，两点的振动加强，b、d两点的振动减弱两点的振动减弱Be、f两点的振动介于加强点和减弱点之间两点的振动介于加强点和减弱点之间C经适当的时间后，加强点和减弱点的位置互换经适当的时间后，加强点和减弱点的位置互换D经半个周期后，原来位于波峰的点将位于波谷，原来经半个周期后，原来位于波峰的点将位于波谷，原来位于波谷的点将位于波峰位于波谷的点将位于波峰解析：解析：波的干涉示意图所示的

20、仅是某一时刻两列相于波叠波的干涉示意图所示的仅是某一时刻两列相于波叠加的情况，形成干涉图样的所有介质质点都在不停地振动着，加的情况，形成干涉图样的所有介质质点都在不停地振动着，其位移的大小和方向都在不停地变化着。其位移的大小和方向都在不停地变化着。但要注意，对稳定的干涉，振动加强和减弱的区域的空间但要注意，对稳定的干涉，振动加强和减弱的区域的空间位置是不变的，位置是不变的，a点是波谷和波谷相遇的点，点是波谷和波谷相遇的点，c点是波峰和波峰点是波峰和波峰相遇的点，都是振动加强的点；而相遇的点，都是振动加强的点；而b、d两点都是波峰和波谷相两点都是波峰和波谷相遇的点，是振动减弱的点，遇的点，是振动

21、减弱的点，A正确。正确。e点位于加强点的连线上，点位于加强点的连线上，仍为加强点；仍为加强点；f点位于减弱点的连线上，仍为减弱点，点位于减弱点的连线上，仍为减弱点，B错误。错误。相干波叠加产生的干涉是稳定的，不会随时间变化，相干波叠加产生的干涉是稳定的，不会随时间变化，C错误。错误。因形成干涉图样的介质质点也是不停地做周期性振动，经半个因形成干涉图样的介质质点也是不停地做周期性振动，经半个周期步调相反，周期步调相反，D正确。正确。答案：答案：AD两列沿相反方向传播的振幅和波长都相同的半波两列沿相反方向传播的振幅和波长都相同的半波如图如图(甲甲)，在相遇的某一时刻，在相遇的某一时刻如图如图(乙乙

22、)两列波两列波“消失消失”，此时图，此时图中中a、b质点的振动方向是质点的振动方向是()Aa向上，向上，b向下向下 Ba向下，向下，b向上向上Ca、b都静止都静止 Da、b都向上都向上答案：答案：B解析：解析：由波的叠加原理知，波在相遇时互不影响地相互通由波的叠加原理知，波在相遇时互不影响地相互通过，通过后各自保持原有的状态继续传播。在图过，通过后各自保持原有的状态继续传播。在图(乙乙)所对应的所对应的时刻，时刻，a的振动是由左行波引起的，的振动是由左行波引起的，b的振动是由右行波引起的振动是由右行波引起的，根据波的传播方向和质点的振动方向之间的关系可以判定的，根据波的传播方向和质点的振动方向之间的关系可以判定选项选项B是正确的。是正确的。干涉型消声器能有效地消除低频噪声，发动机干涉型消声器能有效地消除低频噪声，发动机(正常工作期间正常工作期间)周期性排气噪声，就是一种典型的低频噪声。周期性排气噪声，就是一种典型的低频噪声。一台四缸四冲程发动机，当它以一台四缸四冲程发动机，当它以2 000 r/min的转速运转时，其的转速运转时，其峰值频率在峰值频率在200 Hz以下的噪声较大。所以常用干涉型消声器来以下的噪声较大。所以常用干涉型消声器来消除这