河南省新安县第一高级中学高中物理《12.4.2 波的干涉和衍射》导学案 新人教版选修34.doc

河南省新安县第一高级中学高中物理选修3-412.4.2 波的干涉和衍射导学案【学习目标】1、知道波的干涉和衍射现象2、掌握波的叠加3、理解波产生稳定干涉现象的条件4、理解波产生明显衍射现象的条件教学重点：波的叠加、波的衍射及发生波的干涉、衍射的条件。教学难点：对稳定的波的干涉图样的理解。【知识梳理】1、波的干涉（1）波的叠加原理：大量研究表明，波在相遇时仍然能够保持各自的运动状态继续传播，在相遇的区域里，介质内部的质点同时参加相遇的波列的振动，质点的位移等于相遇波列单独存在时到达该处引起的位移的叠加，相遇的波一旦脱离接触又会按照原来的运动状态继续传播。分析：在介质中选一点p为研究对象，在某一时刻，当波源1的振动传播到p点时，若恰好是波峰，则引起p点向上振动；同时，波源2的振动也传播到了p点，若恰好也是波峰，则也会引起p点向上振动；这时，p点的振动就是两个向上的振动的叠加，p点的振动被加强了。(当然，在某一时刻，当波源1的振动传播到p点时，若恰好是波谷，则引起p点向下振动；同时，波源2的振动传播到了p点时，若恰好也是波谷，则也会引起p点向下振动；这时，p点的振动就是两个向下的振动的叠加，p点的振动还是被加强了。)用以上的分析，说明什么是振动被加强。（2）波的干涉振动频率相同和振动方向相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔，稳定分部的这种现象叫波的干涉，形成的图样叫做波的干涉图样。cs1s2abd我们可以用波的叠加原理来解释。振动加强位置公式：d1=s1-s2 =n(n=0、1、2、3)振动减弱位置公式：d2=s1-s2 =（2n+1）/2(n=0、1、2、3)（3）干涉条件：这样就形成振动加强区与振动减弱区相间隔而存在的稳定的干涉图样。因此，波的干涉条件为：只有频率和振动方向相同的波才可能互相干涉。(3)波的干涉与叠加的关系：任何两列波都可以进行叠加，但只有两列频率相同、振动方向相同的波的叠加，才能形成干涉。2、波的衍射（1）定义：波绕过障碍物或通过孔隙继续传播的现象，叫做波的衍射(2)发生明显波的衍射的条件：障碍物或孔的大小比波长小，或者与波长相差不多。【典型例题】【例1】如图5所示，s1、s2是两个相干波源，它们振动同步且振幅相同。实线和虚线分别表示在某一时刻它们所发出的波的波峰和波谷。关于图中所标的a、b、c、d四点，下列说法中正确的有图5a.该时刻a质点振动最弱，b、c质点振动最强，d质点振动既不是最强也不是最弱 b.该时刻a质点振动最弱，b、c、d质点振动都最强c. a质点的振动始终是最弱的， b、c、d质点的振动始终是最强的d.再过t/4后的时刻a、b、c三个质点都将处于各自的平衡位置，因此振动最弱解：该时刻a质点振动最弱，b、c质点振动最强，这不难理解。但是d既不是波峰和波峰叠加，又不是波谷和波谷叠加，如何判定其振动强弱？这就要用到充要条件：“到两波源的路程之差是波长的整数倍”时振动最强，从图中可以看出，d是s1、s2连线的中垂线上的一点，到s1、s2的距离相等，所以必然为振动最强点。 描述振动强弱的物理量是振幅，而振幅不是位移。每个质点在振动过程中的位移是在不断改变的，但振幅是保持不变的，所以振动最强的点无论处于波峰还是波谷，振动始终是最强的。本题答案应选b、c图6【例2】如图6两个正弦波沿同一条直线向相反方向传播，在相遇阶段，波形将怎样变化？解：根据波的独立传播原理和叠加原理可作出如右图形。点评：独立传播原理：几列波相遇时，能够保持各自的运动状态继续传播，不互相影响。叠加原理：介质质点的位移、速度、加速度都等于几列波单独转播时引起的位移、速度、加速度的矢量和。【自我检测】1. 下列叙述中正确的是 a. 有声源的振动就一定能产生声音 b. 声波可以反射, 也可以产生干涉和衍射 c. 声波由空气传入水中时波速变大 d. 声波在弹性介质中传播速度与其频率无关 2. 已知空气中声波的传播速度是340 m/s. 现有几列声波, 它们在传播时, 若遇到宽度约为12 m的障碍物, 其中衍射现象最明显的是 a. t = 0.05 s b. f = 200 hz c. = 10 m d. f = 210 4 hz ba3. 图中在波的传播方向上两质点a、b相距1.05 m , 当质点a达到向上最大位移时, 质点b恰好离开平衡位置向上运动, 若波的频率为200 hz , 则该波的传播速度不可能为 a. 280 m/s b. 168 m/s c. 140 m/s d. 120 m/s qps4. 图中s为上、下振动的波源, 振动频率为100 hz , 产生的横波左、右传播, 波速为80 m/s , 已知, p、q两质点距波源的距离sp = 17.4 m , sq = 16.2 m , 当s经过平衡位置向上振动时, p、q两质点的运动方向是 a. p向上运动, q向下运动 b. p向下运动, q向上运动 c. 都向下运动 d. p处于波峰, q处于波谷 t / s000.50.5甲乙t / sxx5. 一列简谐横波沿直线传播, 位于此直线上相距1.8 m的甲、乙两质点的振动图象如图所示, 已知波长大于2.0 m , 则 a. 这列波的周期为0.5 s b. 这列波波长为3.6 m c. 波速为3.6 m/s d. 若波是由乙传到甲, 则乙比甲早振动0.5 s 6. 两列波发生干涉, 使介质中的某质点的振动最强, 则 a. 该质点有时是两列波的波谷相遇处 b. 该质点的振幅最大 c. 该质点的位移随时间周期性变化 d. 该质点的位移始终大于其它质点的位移 400200py210x / m7. 两列振幅、波长和波速相同的简谐波1和2 分别沿x轴的正、负方向传播, 波速v = 200 m/s , 在t = 0时的部分波形如图所示, 那么处于 x = 450 m的p质点经最短时间t1出现位移最大值, 经最短时间t2出现位移最小值, 则t1、t2分别为 a. 1.50 s , 0.25 s b. 0.25 s , 0.75 s c. 0.50 s , 0.75 s d. 0.75 s , 0.25 s 8. 声音在空气中传播的过程中a. 波速不断减小 b. 频率不断减小 c. 振幅不断减小 d. 波长不断减小 9. 以下现象中属于波的干涉现象的是 a. 房间外的人听到房内的人的讲话声 b. 在山区, 可以听到自己高喊的回声 c. 敲响音叉, 另一支与它完全相同的音叉也响起来 d. 敲响音叉, 在音叉周围有的地方听到的声音响些 012yx10. 如图所示为机械波1和机械波2在同一介质中传播时某时刻的波形图, 则下列说法中正确的是 a. 波2的速度比波1的速度大 b. 波2的速度与波1的速度一样大 c. 波2的频率比波1的频率大 d. 波2的频率与波1的频率一样大 nmcba11. 在水平面上有m、n两个振动情况完全相同的振源, 在mn连线的中垂线上有a、b、c三点, 已知某时刻a点是两列波波峰的相遇点, c点是与a相距最近的两列波波谷的相遇点, b点处在a、c中点, 如图. 下列叙述中正确的是 a. a点是振动加强点, c是振动减弱点 b. a和c都是振动加强点, b是振动的减弱点 c. a和c此时是振动的加强点, 经半个周期后为振动的减弱点 d. a、b、c三点都是振动的加强点 12. 人耳能听到的声波频率范围是 _ , 若空气中声波的传播速度为340 m/s , 则人能听到的声波波长为 _ .s2s1b13. 如图所示, 在同一均匀介质中有s1和s2两个波源, 这两个波源的频率、振动方向均相同, 且振动步调一致. s1、s2之间相距两个波长, b点为s1