高中物理 124波的衍射和干涉课件 新人教版选修34.ppt

课前自主导学 当堂双基达标 课堂互动探究 课后知能检测 教学教法分析 教学方案设计 4波的衍射和干涉 课标要求1 知道波的衍射现象 理解发生明显衍射现象的条件 2 知道波的叠加原理和波的干涉现象 3 理解形成稳定干涉图样的条件 知道波的干涉图样的特点 4 知道衍射和干涉是波特有的现象 课标解读1 理解什么是波的衍射现象 知道衍射是波特有的现象 2 知道波发生衍射是没有条件的 只是明显不明显的问题 3 知道波的叠加原理 知道什么是波的干涉现象和干涉图样 知道干涉现象也是波所特有的现象 4 了解波的衍射和干涉在生活中的应用 感受物理与生活的密切联系 教学地位波的衍射和干涉是波特有的现象 与生活联系紧密 具有较强的实用性 也是高考的热点问题 新课导入建议内燃机 通风机 鼓风机 压缩机 燃气轮机在排放各种高速气流的过程中 都伴随有噪声 利用干涉原理制成的干涉型消声器可以降低这种噪声 如图教12 4 1所示为一台干涉型消声器的原理图 通过本节的学习将破解其中的奥秘 教学流程设计 1 基本知识 1 定义波可以 继续传播 这种现象叫做波的衍射 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时 才能观察到明显的衍射现象 3 一切波都能发生 是波特有的现象 绕过障碍物 相差不多 更小 衍射 衍射 2 思考判断 1 孔的尺寸比波长大得多时就不会发生衍射现象 2 衍射是波特有的现象 3 孔的尺寸比波长小能观察到明显的衍射现象 3 探究交流日常生活中 闻其声而不见其人 的物理现象的原因是什么 提示 声波的波长比较长 容易发生衍射 能绕过一般的障碍物 而光波波长很短 不容易发生衍射现象 故生活中常常是听到人的声音而看不到人 1 基本知识 1 波的叠加原理 波的独立传播 几列波相遇时能够各自的 继续传播 即各自的波长 频率等 波的叠加 在几列波重叠的区域里 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 保持 运动特征 保持不变 同时 矢量和 2 波的干涉 定义 相同的两列波叠加时 某些区域的振幅 某些区域的振幅 而且振幅的区域和振幅的区域相互间隔 这种现象叫波的干涉 所形成的图样叫做 干涉条件 两列波的频率必须 两个波源的相位差必须 一切波都能发生干涉 干涉是波的现象 频率 加大 减小 加大 减小 干涉图样 相同 保持不变 特有 2 思考判断 1 两列波相叠加就能形成稳定的干涉图样 2 在操场上不同位置听到学校同一喇叭的声音大小不同 是声波的干涉现象 3 两个人一起说话 不会发生干涉现象 3 探究交流有人说在波的干涉图样中 加强点就是位移始终最大的点 减弱点就是位移始终为零的点 这种说法对吗 提示 这种说法不正确 在干涉图样中的加强点是以两列波的振幅之和为振幅做振动的点 某一瞬时振动位移可能是零 同理 减弱点是以两列波的振幅之差为振幅做振动的点 它的位移不一定始终为零 问题导思 1 如何理解波的衍射现象 2 发生明显衍射现象的条件是什么 3 你能否举几个日常生活中波的衍射的实例 1 衍射是波特有的现象 一切波都可以发生衍射 凡能发生衍射现象的就是波 2 波的衍射总是存在的 只有 明显 与 不明显 的差异 波长较长的波容易发生明显的衍射现象 3 波传到小孔 障碍物 时 小孔 障碍物 仿佛一个新波源 由它发出与原来同频率的波在孔 障碍物 后传播 就偏离了直线方向 因此 波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况 多选 如图12 4 1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 则波经过孔之后的传播情况 下列描述中正确的是 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 审题指导 能发生衍射和能发生明显的衍射不同 波的衍射是不需要条件的 而要发生明显的衍射必须满足一定的条件 解析 根据波有明显衍射现象的条件 障碍物或孔的尺寸比波长小或差不多 从图中可看出孔ab的尺寸小于一个波长 所以此时明显地观察到衍射现象 a正确 因为穿过挡板小孔后的波速不变 频率相同 所以波长也相同 b正确 若将孔ab扩大 将可能不满足明显衍射现象的条件 就有可能观察不到明显的衍射现象 c正确 若将波源频率增大 由于波速不变 所以波长变小 将可能不满足明显衍射现象的条件 也有可能观察不到明显的衍射现象 d错误 答案 abc 1 多选 2014 江苏南通市高二期中 如图所示为水波的衍射现象 s为波源 d为挡板上的小孔宽度 相邻弧线间距为一个波长 其中符合事实的是 解析 选项a b中小孔宽度远大于波长 衍射现象不明显 故a错 b对 选项c d中小孔宽度远小于波长 衍射现象明显 但穿过小孔后 波速和频率不变 波长应不变 故c对 d错 答案 bc 问题导思 1 波的干涉条件是什么 2 如何理解波的叠加原理 3 如何理解干涉图样中的加强点和减弱点的特征 1 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 2 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 因此我们就看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 明显的干涉图样除了满足干涉条件外 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 4 振动加强的点和振动减弱的点始终在以振源的频率振动 其振幅不变 若是振动减弱点 振幅小 但其位移随时间发生变化 5 干涉图样及其特征 1 干涉图样 如图12 4 2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 多选 图12 4 3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时产生的干涉图样 图中实线表示某时刻的波峰 虚线表示波谷 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 审题指导 波的干涉图样所示的仅是某一时刻两列相干波叠加的情况 形成干涉图样的所有质点都在不停地振动着 其位移的大小和方向也在不停地变化着 但要注意 对于稳定的干涉 振动加强和减弱的区域的空间位置是不变的 解析 a点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两点是波峰和波谷相遇的点 都是振动减弱的点 选项a正确 e点位于加强点的连线上 仍为加强点 f点位于减弱点的连线上 仍为减弱点 选项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 选项c错误 因形成干涉图样的质点都在不停地做周期性振动 经半个周期步调相反 选项d正确 答案 ad 2 多选 图12 4 4所示是水波干涉的示意图 s1 s2是两波源 a d b三点在一条直线上 两波源的频率相同 振幅相等 则下列说法正确的是 a a点一会儿在波峰 一会儿在波谷b b点一会儿在波峰 一会儿在波谷c c点一会儿在波峰 一会儿在波谷d d点一会儿在波峰 一会儿在波谷 解析 在波的干涉中 振动加强区域里的质点总在自己的平衡位置两侧做简谐振动 只是质点的振幅较大 为a1 a2 本题中由于a1 a2 故振动减弱区的质点并不振动 而此时a点是波峰与波峰相遇 b点是波谷与波谷相遇 都是加强点 又因为a d b三点在一条振动加强线上 这条线上任一点的振动都是加强的 故此三点都为加强点 且都是一会儿在波峰 一会儿在波谷 而c点是波峰与波谷相遇点 是减弱点 不振动 答案 abd 两列简谐横波均沿x轴传播 传播速度大小相等 其中一列沿x正方向传播 如图12 4 5中虚线所示 另一列沿x负方向传播 如图中实线所示 这两列波的频率相等 振动方向均沿y轴 则此时图中x 1 2 3 4 5 6 7 8各点中振幅最大的是x 的点 振幅最小的是x 的点 审题指导 解答本题应把握以下两点 1 产生干涉的条件是两列波频率相同 2 振动加强和减弱的条件 规范解答 在图示时刻 各点的合位移均为零 此时波形是与x轴重合的一条直线 对于4 8两点 两列波反向传播使这两点振动情况总相同 振幅变为原来的两倍 而2 6两点 两列波反向传播使得这两点一直处于平衡位置 振幅为零 其余各点的振幅均在0 2a之间 答案 4 82 6 判断振动加强和减弱的常用方法1 条件判断法振动频率相同 振动步调完全相同的两波源的波叠加时 设某点到两波源的距离差为 r 1 当 r k k 0 1 2 时为加强点 2 当 r 2k 1 2时为减弱点 k 0 1 2 若两波源振动步调相反 则上述结论相反 1 多选 2014 临川检测 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 但闻人语响 c 余音绕梁 三日不绝 d 夏日雷声轰鸣不绝 解析 余音绕梁 三日不绝 和夏日雷声轰鸣不绝主要是声音的反射现象引起的 而 隔墙有耳 和 空山不见人 但闻人语响 均属于波的衍射现象 a b正确 答案 ab 2 多选 2014 杭州检测 下列说法正确的是 a 任意两列波相遇时都会叠加b 任意两列波相遇都能产生干涉现象c 在振动减弱的区域 各质点都处于波谷d 在振动加强区域 有时质点的位移等于零 解析 任意两列波相遇时都会产生叠加 相遇区里质点遵循矢量合成法则 只有频率相同的两列波相遇后才会产生干涉现象 在振动加强的区域里 两列波引起质点的振幅等于两列波振幅之和 使振动加剧 这些质点始终在振动 自然会有一时刻的位移为零 同理 振动减弱区域里 质点的位移也有一时刻为零 a d正确 答案 ad 3 多选 关于干涉和衍射现象说法正确的是 a 两列波在介质中叠加 一定产生稳定的干涉现象b 因衍射是波特有的现象 所以波遇到障碍物时一定能产生明显衍射现象c 叠加规律适用于一切波d 只有频率相同的两列波叠加才能产生稳定的干涉现象 解析 频率相同是干涉的必要条件 a错 d对 一切波在任何条件下都能发生衍射现象 但只有障碍物的尺寸与波长相差不多 或比波长小时 衍射才最明显 b错 波的叠加没有条件限制 c对 答案 cd 4 多选 两个不等幅的脉冲波在均匀介质中均以1 0m s的速率沿同一直线相向传播 t 0时刻的波形如图12 4 6所示 图中小方格的边长为0 1m 则以下不同时刻 波形正确的是 解析 脉冲波在介质中传播 x vt 当t 0 3s时 两脉冲波各沿波的传播方向传播0 3m 恰好相遇 故a正确 当t 0 4s 0 5s 0 6s时 两脉冲波各沿波的传播方向传播