宁夏银川市高中物理 第十二章 机械波 第4节 波的衍射和干涉课件2 新人教版选修34.ppt

在空气中波长为3 4m的声波 进入水中 其频率为hz 波长为m 已知声波在空气中的传播速度为340m s 在水中的传播速度为1450m s 由 第十二章机械波 第4节波的衍射和干涉 学习目标 1 知道什么是波的衍射现象 知道衍射和干涉是波特有的现象 2 知道波发生明显衍射现象的条件 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 重点 1 衍射现象及发生明显衍射现象的条件 2 波的叠加原理和波的干涉现象 难点 1 对产生明显衍射现象的条件的理解 2 波的干涉中加强点和减弱点的位移和振幅的区别 在水塘里微风激起的水波遇到突出水面的小石子 芦苇等会出现什么现象 一 波的衍射 1 定义 波绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射 实验一 波长一定的情况 狭缝宽度对衍射现象的影响 一 波的衍射 实验二 在狭缝宽度一定的情况下 波长对衍射实验的影响 0 3d 0 5d 0 7d 一 波的衍射 2 发生明显衍射现象的条件 障碍物或缝 孔的尺寸比波长小 或跟波长相差不多 一 波的衍射 说明 一切波都能发生衍射 衍射是波特有的现象 这仅是发生明显衍射的条件 不是衍射的条件 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 二 波的衍射实例 实例1 在水塘里微风激起的水波遇到突出水面的小石子 芦苇 会绕过他们继续传播 好像他们并不存在 实例2 隔墙有耳 实例3 电磁波的衍射 收看电视 日晕 光的衍射 声波波长 1 7cm 17m 光波波长 0 4um 0 7um 光波和声波谁更容易发生明显衍射现象 思考与讨论 1 你能解读 闻其声不见其人 中所包含的物理知识吗 人眼所能看到的可见光波长的范围 400nm 700nm 人耳所听声音波长范围 17m 17mm 2 在有些偏远的山区 收音机能收到清晰的声音信号 而电视机信号却不清晰 你能根据所学的物理知识给出一个合理的解释吗 无线电波绕过高大建筑物 医院中有一种 b超 仪器 常用来探测人体内脏的位置及发现可能的病变 这种仪器为什么要使用超声波而不用普通的声波 1 超声波的频率大于20000hz 其相应波长小于17mm 2 超声波频率高 故超声波能量大 才容易穿透人体组织 3 超声波波长短 不易衍射 在一定距离内沿直线传播 方向性好 故所拍图像清晰 说一说 归纳总结 1 衍射是波特有的现象 一切波都会产生衍射现象 2 衍射现象总是存在的 只有明显与不明显的差异 3 障碍物或孔的尺寸大小 并不是决定衍射能否发生的条件 仅是发生明显衍射的条件4 一般情况下波长较大的波容易产生显著的衍射现象5 波传到小孔 或障碍物 时 小孔或障碍物仿佛是一个新的波源 由它发出与原来同频率的波在孔或障碍物后传播 于是就出现了偏离直线传播方向的衍射现象6 当孔的尺寸远小于波长时 尽管衍射十分突出 但由于能量的减弱 衍射现象不容易观察到 例1 下列关于波的衍射的说法正确的是 a 衍射是机械波特有的现象b 对同一列波 缝或孔 障碍物 越小 衍射现象越明显c 只有横波才能发生衍射现象 纵波不能发生衍射现象d 声波容易发生衍射是由于声波波长较大 bd 典例分析 例2 在水波槽的衍射实验中 若打击水面的振子的频率是5hz 水波在槽中的传播速度为0 05m s 为观察到显著的衍射现象 小孔直径d应为 a 10cmb 5cmc d 1cmd d 1cm d 典例分析 三 波的叠加 1 波传播的独立性原理 几列波相遇之后 仍然保持它们各自原有的特征 频率 波长 振幅 振动方向等 不变 并按照原来的方向继续前进 好像没有遇到过其他波一样 互不干扰 两列波相遇时 各质点位移发生合成变化 相遇后 波的形状和传播的情形都跟相遇前一样 都保持各自的运动状态继续传播 彼此之间没有互相影响 1 相遇前 2 相遇时刻 3 相遇过程 4 相遇后 三 波的叠加 2 波的叠加原理 在几列波重叠的区域里 介质的质点同时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矢量和 四 波的干涉 两列频率相同的波相遇时 在它们重叠的区域会发生什么现象呢 观察发波水槽中的现象 视频 想一想 水波的干涉图样 水波的干涉图样 水波的干涉图样 水波的干涉图样 现象 两列频率相同的水波相遇后 在它们重叠的区域里出现了一条条从两个波源中间伸展出来的相对平静的区域和激烈振动的区域 这两种区域在水面上的位置是固定的 而且相互间隔 四 波的干涉 1 定义 频率相同的两列波叠加 使某些区域的振动总是加强 某些区域的振动总是减弱 且振动加强和减弱的区域相互间隔 这种现象叫做波的干涉 2 干涉图样 由波的干涉所形成的图样叫做干涉图样 3 干涉的解释 如果在某一时刻 在水面上的某一点是两列波的波峰和波峰相遇 经过半个周期 就变成波谷和波谷相遇 波峰和波峰或波谷和波谷相遇时 质点向上的位移最大 等于两列波的振幅之和 因此在这一点 始终是两列波干涉的加强点 质点的振动最激烈 如果在某一时刻 在水面上的某一点是两列波的波峰和波谷相遇 经过半个周期 就变成波谷和波峰相遇 在这一点 质点振动的振幅等于两列波的振幅之差 两列波引起的振动始终是减弱的 如果两列波的振幅相同 质点振动的振幅就等于零 水面保持平静 把相应的振动最激烈的质点连起来 为振动加强区 相应的振动最不激烈或静止的质点连起来 为振动减弱区 振动加强区和振动减弱区是相互隔开的 注意 1 振动加强的区域始终加强 振动减弱的区域始终减弱 2 振动加强 减弱 的区域是指质点的振幅大 小 而不是指振动的位移大 小 因为位移是随时间变化的 3 干涉图样中 不只有振动加强的质点和振动减弱的质点 4 产生稳定干涉的条件 两列波相遇叠加不一定能得到稳定的干涉图样 而要产生稳定的干涉现象形成稳定的干涉图样 则需要满足一定的条件 产生干涉的条件 1 两列波的频率必须相同 称为相干波 2 两列波的相位差保持不变 特别说明 1 干涉的实质是波的稳定叠加 但叠加未必都产生干涉现象 2 一切波 只要满足条件 都能发生干涉现象 干涉和衍射一样都是波的特有现象 四 波的干涉 5 加强点和减弱点的判断方法 两波源振动完全相同 如图a b是两个振动情况相同的波源 点p到a b距离分别是s1和s2 则波程差 s p点是振动加强点的条件是 p点是振动减弱点的条件是 例3 如图所示是两列波发生干涉的图样 图中a b c d e各点的振动情况如何 典例分析 生活中声波的干涉实例 操场上安装两个相同的扬声器 使它们同时发出相同的频率 若绕操场一周 将会听到某些地方声音加强 某些地方声音减弱 本节主要内容 波的叠加 两大原理 特例 干涉 干涉现象及规律 干涉条件 应用 注意 振动的强弱与振幅大小相联系 不是位移的大小 波的衍射 明显衍射的条件 课堂小结 巩固练习 1 以下关于波的衍射的说法中正确的是 a 波遇到障碍物时 一定会发生明显的衍射现象b 当障碍物的尺寸比波长大得多时 衍射现象很明显c 当孔的大小比波长小时 衍射现象很明显d 只有当障碍物的尺寸与波长相差不多时 才会发生明显的衍射现象 c 巩固练习 2 如图所示 两列简谐波均沿x轴传播 传播速度的大小相等 其中一列沿x正方向传播 图中实线所示 一列沿x负方向传播 图中虚线所示 这两列波的频率相同 振动方向均沿y轴 则图中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 4 8 2 6 3 水波通过小孔 发生一定程度的衍射 为使衍射现象更不明显 可以 a 增大小孔尺寸 同时增大水波的频率b 增大小孔尺寸 同时减小水波的频率c 缩小小孔尺寸 同时增大水波的频率d 缩小小孔尺寸 同时减小水波的频率 巩固练习 a 巩固练习 4 如图所示 s为波源 mn为两块挡板 其中m固定 n板可上下移动 两板中间有一块缝 此时测得a点没有发生振动 为了使a点能振动起来 可采取的方法是 a 增大波源的频率b 减小波源的频率c 将n板上移一些d 将n板下移一些 bc 巩固练习 5 下列关于两列波相遇时叠加的说法中正确的是 a 相遇后 振幅小的一列波将减弱 振幅大的一列波将加强b 相遇后 两列波的振动情况与相遇前完全相同c 在相遇区域 任一点的总位移等于两列波分别引起的位移的矢量和d 几个人在同一房间说话 相互听得清楚 这说明声波在相遇时互不干扰 bcd 巩固练习 6 两列波发生了干涉现象 得到了干涉图样 则 a 振动加强的质点 始终处于最大位移处b 振动加强的质点的位移 有时会小于振动削弱的质点的位移c 波峰与波峰相遇处的质点 其振动始终加强d 波峰与波谷相遇处的质点 其振动始终削弱 bcd 7 如图所示 a b为两个完全相同的相干波源 它们产生的两列波在ab连线的中垂线上的p点相遇时 则 a p点振动始终加强b p点振动有时加强 有时减弱c p点位移始终等于振幅d p点位移有时为零 巩固练习 ad 8 如图所