2018-2019学年高中物理 第12章 机械波 12.4 波的衍射和干涉课件 新人教版选修3-4.ppt

4波的衍射和干涉,一、波的衍射1.定义:波可以绕过_继续传播的现象。2.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_,或者比波长_,才能观察到明显的衍射现象。3.波的衍射的普遍性:一切波都能发生_,_是波特有的现象。,障碍物,相差不多,更小时,衍射,衍射,二、波的干涉1.波的叠加原理:几列波相遇时能够保持各自的运动特征,继续传播,在它们重叠的区域里,介质的质点_参与这几列波引起的振动,质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的_。,同时,矢量和,2.波的干涉:(1)定义:_的两列波叠加时,某些区域的振幅加大、某些区域的振幅减小的现象。(2)稳定干涉条件。两列波的_必须相同。两个波源的_必须保持不变。,频率相同,频率,相位差,3.干涉的普遍性:一切波都能够发生干涉,干涉是_现象。,波特,有的,【预习诊断】1.请判断下列说法的正误。(1)“隔墙有耳”指的是声波的衍射现象。()(2)敲击音叉使其发声,然后转动音叉,听到声音忽强忽弱是声波的干涉现象。()(3)只有频率相同的两列波才可以叠加。()(4)两列波相遇后,振幅小的一列波将减弱,振幅大的一列波将加强。(),提示:(1)。“隔墙有耳”指的是墙这边的声音能够传到墙的另一边,是声波的衍射现象。(2)。这是声波的干涉现象。音叉产生的两列声波振动频率相同,这样的两列声波在空气中传播,有的区域振动加强,有的区域振动减弱,于是听到声音忽强忽弱。,(3)。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。(4)。两列波相遇后,每一列波引起的振动情况都保持不变,而质点的振动则是两列波共同作用的结果。,2.下列现象或事实属于衍射现象的是()A.风从窗户吹进来B.雪堆积在背风的屋后C.水波前进方向上遇到凸出在水面上的小石块,小石块对波的传播没有影响D.晚上看到水中月亮的倒影,【解析】选C。波在传播过程中偏离直线传播,绕过障碍物的现象称为波的衍射。C与衍射现象相符。,3.两列沿相反方向传播的振幅和波长都相同的半波(如图甲),在相遇的某一时刻(如图乙)两列波“消失”,此时图中a、b质点的振动方向是()A.a向上,b向下B.a向下,b向上C.a、b都静止D.a、b都向上,【解析】选B。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。在图乙所对应的时刻,a的振动是由左列波引起的,b的振动是由右列波引起的,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选项B是正确的。,知识点一对波的衍射现象的理解探究导入:光是一种波,如图为灯泡发光的情况。,(1)生活中见到的光的传播有何特点。(2)满足什么条件才能使光发生衍射?提示:(1)沿直线传播。(2)障碍物或孔的尺寸与光的波长相差不多。,【归纳总结】1.波的衍射的条件:应该说衍射是没有条件的,衍射是波特有的现象,一切波都可以发生衍射。衍射只有“明显”与“不明显”之分,障碍物或小孔的尺寸跟波长差不多,或比波长小是产生明显衍射的条件。,2.波的衍射的实质:波传到小孔(障碍物)时,小孔(障碍物)仿佛是一个新波源,由它发出的与原来同频率的波在小孔(障碍物)后传播,就偏离了直线方向。波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况。3.衍射现象与观察的矛盾:当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射十分突出,但由于衍射波的能量很弱,衍射现象不容易观察到。,【典题过关】【典例】(多选)如图所示是观察水面波衍射的实验装置,AC和BD是两块挡板,AB是一个孔,O是波源,图中已画出波源所在区域波的传播情况,每两条相邻波纹(图中曲线)之间距离表示一个波长,则对于波经过孔之后的传播情况,下列描述正确的是(),A.此时能明显观察到波的衍射现象B.挡板前后波纹间距离相等C.如果将孔AB扩大,有可能观察不到明显的衍射现象D.如果孔的大小不变,使波源频率增大,能更明显地观察到衍射现象,【正确解答】选A、B、C。从图中可以看出,孔的大小与波长相差不多,故能够发生明显的衍射现象,A选项正确。由于在同一均匀介质中,波的传播速度没有变化,波的频率是一定的,又根据=可得波长没有变化,所以B选项是正确的。当孔被扩大后,明显衍射的条件将被破坏,故C选项正确。如果孔的大小不变,使波源频率增大,则波长减小,孔的尺寸将比波长大,失去发生明显的衍射现象的条件,因此D选项不正确。,【过关训练】(多选)下列现象属于波的衍射现象的是()A.“隔墙有耳”B.“空山不见人,但闻人语声”C.“余音绕梁,三日而不绝”D.夏日雷声轰鸣不绝,【解析】选A、B。“余音绕梁,三日而不绝”和夏日雷声轰鸣不绝主要是声音的反射现象所引起的。,【补偿训练】如图所示,水面上有A、B两个振动情况完全相同的振源,在A、B连线的中垂线上有a、b、c三个质点,已知某时刻,a点是两列波的波峰相遇点,c点是与a点相邻的两列波的波谷相遇点,b为ac的中点,则以下说法正确的是(),A.a点是振动加强点,c点是振动减弱点B.a点与c点都是振动加强点,b点是振动减弱点C.a点与c点此时刻是振动加强点,经过一段时间后变成振动减弱点,而b点可能变成振动加强点D.a、b、c点都是振动加强点,【解析】选D。在A、B的垂直平分线上的所有的点到A、B的路程差都等于0,因此都是振动加强点,故D选项正确。,知识点二波的叠加与波的干涉探究导入:如图所示,操场中两根竖直杆上各有一个扬声器,接在同一扩音机上,一位同学沿着AB方向走来。,(1)他听到的声音会有什么变化?(2)这属于什么物理现象?提示:(1)声音忽强忽弱。(2)声波的干涉现象。,【归纳总结】1.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。即各自的波长、频率等保持不变。,2.关于加强点(区)和减弱点(区):(1)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,A=A1+A2。,(2)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,A=|A1-A2|,若两列波振幅相同,质点振动的合振幅就等于零,并不振动,水面保持平静。,3.干涉图样及其特征:(1)干涉图样: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)。加强区与减弱区互相间隔。,【典题过关】【典例】一条弹性绳子呈水平状态,M为绳子中点,两端P、Q同时开始上下振动,一小段时间t后产生的波形如图所示,对于其后绳上各点的振动情况,以下判断正确的是(),A.波源P和Q开始振动的方向均是向上的B.波源Q产生的波将先到达中点MC.中点M的振动虽始终是加强的,但其位移大小在某时刻可能为零D.这两列波能形成稳定的干涉图样,【正确解答】选A。由图及波传播方向与质点振动方向关系的判断方法可得:t时刻波源P、Q所形成的两列横波在波刚到达的两质点均向上振动,而传播波的质点开始振动的方向与其波源开始振动方向相同,故A对;由于波速是由介质决定的,故两列波的波速相同,故两列波同时到达M点,故B错;由图可得:波源P产生的波长大于,波源Q产生的波长,由v=f可得:波源P所形成波的频率小于波源Q所形成波的频率,不能形成稳定的干涉图样,即M点的振动不是始终加强的,故C、D错,正确选项为A。,【过关训练】(多选)某两列波相叠加形成了稳定的干涉图样,则()A.两列波的频率一定相同,但它们的相位差不恒定B.振动加强区域的各质点都在波峰上,振动减弱区域的各质点都在波谷上,C.振动加强的区域始终加强,振动减弱的区域始终减弱D.振动加强的区域和振动减弱的区域不随时间的变化而改变,【解析】选C、D。两列波发生稳定的干涉的条件必须是两列波的频率相同且相位差恒定,故A错;振动加强区始终加强,振动减弱区始终减弱,形成稳定的干涉图样,C、D对;振动加强区域的各质点只是振幅最大,振动减弱区域的各质点只是振幅最小,它们均在自己的平衡位置附近振动,并不是只在波峰上或只在波谷上,B错。,【补偿训练】1.(多选)关于波的衍射现象,下列说法正确的是()A.水波绕过障碍物继续传播的现象即为波的衍射现象B.衍射现象是波特有的现象,一切波都能发生衍射,只不过明显与否而已C.“闻其声而不见其人”为声波的衍射现象D.要发生衍射,必须满足一定的条件,否则,波就不会发生衍射,【解析】选A、B、C。由波的衍射定义知,A、C正确。衍射是一切波特有的现象,发生明显的衍射现象是有条件的,只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长更小时,才能观察到明显的衍射现象,故B对、D错。,2.(多选)如图所示为两个相干波源S1、S2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,虚线表示的是波谷,下列说法正确的是(),A.a、c两点的振动加强,b、d两点的振动减弱B.e、f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D.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,【解析】选A、D。由图可知:a是波谷和波谷相遇的点,c是波峰和波峰相遇的点,都是振动加强的点;而b、d两点都是波峰和波谷相遇的点,是振动减弱的点,A正确。e位于加强点的连线上,仍为加强点;f位于减弱点的连线上,仍为减弱点,B错误。相干波源叠加产生的干涉是稳定的,不会随时间变化,C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,经半个周期步调相反,D正确。故正确答案为A、D。,【拓展例题】考查内容:波的干涉的应用【典例】如图所示,在直线PQ的垂线OM上有A、B两个声源,A、B分别距O点6m和1m,两个声源同时不断向外发出波长都为2m的完全相同的声波,在直线PQ上从-到+的范围内听不到声音的区域共有多少个?,【正确解答】经数学归纳,若某点到两波源的路程差为波