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34.ppt

成才之路 物理 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 选修3 4 机械波 第十二章 第四节波的衍射和干涉 第十二章 我们在生活中经常遇到 闻其声不见其人 的事 如图甲 声音为什么没被障碍物所挡住 1 定义波可以绕过 继续传播的现象 2 实验及现象 1 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 传播一样 挡板后面产生 狭缝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 波的衍射 障碍物 狭缝 直线 阴影区 绕到 3 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 相差不多 更小 1 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 继续向前传播 如图所示 波的叠加 原来的波形 2 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 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 这两个位移的矢量和在选定正方向后可简化为 两个振动 矢量和 代数和 1 干涉现象频率相同的两列波叠加 使某些区域的 使某些区域的 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样 波的干涉 振动加强 振动减弱 互相间隔 2 两列波产生稳定干涉的条件 两列波的 必须相同 两个波源的 必须保持不变 3 波的干涉和衍射都是波所特有的现象一切波都能够发生 和 现象 反之能够发生 和 现象的 一定是波 频率 相位差 干涉 衍射 干涉 衍射 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 1 声波 声波的波长在1 7cm 17m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 2 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 3 无线电波 在房间中可以接收到收音机和电视信号 是电磁波的衍射现象 2 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 衍射是否明显 通常的衡量就是孔或缝的宽度d与波长 的比值 比值越小 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 将看不清楚 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 只有明显和不明显的差异 2 凡能发生衍射现象的就是波 如图所示 日常生活中 闻其声不见其人 的物理现象的原因是什么 答案 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 二 对波的叠加原理的理解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 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 两列同相波的叠加 振动加强 振幅增大 如图甲所示 两列反相波的叠加 振动减弱 振幅减小 如图乙所示 三 对波的干涉现象的理解1 干涉条件 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 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 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 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 2 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 如果两列波的振幅相同 则振动减弱点将会总是处于静止 蟋蟀是利用了a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b现象 请选择a b组合正确的是 a 蟋蟀的嘴干涉b 蟋蟀的翅膀干涉c 蟋蟀的翅膀共振d 蟋蟀的嘴共振答案 b 解析 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区域 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a和b以及遇到障碍物c和d之后的传播情况 对波的衍射现象的理解 解析 由题图可知 孔a和障碍物d跟波长相差不多 因此 从孔a传出的波和遇障碍物d之后的波均有明显的衍射现象 孔b和障碍物c跟波长相比相差较大 因此 从孔b传出的波和遇障碍物c之后的波无明显的衍射现象 在画通过孔a的衍射波时要强调画出的同心半圆都是以孔a为圆心的 遇障碍物d之后波的传播并没有受影响 而从孔b传出的波和遇障碍物c之后的波只沿直线传播 所以从孔a b传出的波和遇障碍物c d之后的波如图所示 答案 在空旷的广场上有一堵较高大的墙mn 墙的一侧o点有一个正在播放男女声合唱歌曲的声源 某人从图中a点走到墙后的b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b 声音变响 女声比男声更响c 声音变弱 男声比女声更弱d 声音变弱 女声比男声更弱答案 d解析 由于mn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 如图表示两个相干波源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 波的叠加 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 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 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位置是不变的 a点是波谷和波谷相遇的点 c点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 b错误 相干波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 答案 ad 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都向上答案 b 解析 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的振动是由左行波引起的 b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选项b是正确的 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 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2000r min的转速运转时 其峰值频率在200hz以下的噪声较大 所以常用干涉型消声器来消除这类低速转动发动机所发出的低频噪声 一台带有干涉消声器的柴油发动机经消声处理后 其排气噪声可以降低10db以上 干涉型消声器以其结构简单 价格低廉 消声效果好 得到了很好的应用 下图是其结构原理图 试分析其工作原理 对波的干涉的理解 寿光实验中学2014 2015学年高二下学期检测 在学校运动场上50m直跑道的两端 分别安装了由同一信号发生器带动的两个相同的扬声器 两个扬声器连续发出波长为5m的声波 一同学从该跑道的中点出发 向某一