高中物理 12.4 波的衍射和干涉课件1 新人教版选修34.ppt

第十二章机械波 12 4波的衍射和干涉 1 理解什么是波的衍射现象 知道波发生明显衍射现象的条件 2 理解波的叠加原理 知道波的干涉是波叠加的结果 3 知道波的干涉图样的特点 理解形成稳定干涉图样的条件 掌握振动加强点 减弱点的振动情况 4 知道衍射现象和干涉现象是波特有的现象 学习目标定位 一 波的衍射 问题设计 大家都熟悉 闻其声不见其人 的物理现象 你能说出是什么原因吗 答案声波在传播过程中遇到障碍物时 可以绕过障碍物继续传播 不沿直线传播 光沿直线传播 不能绕过障碍物 这样就发生了 闻其声不见其人 的现象 要点提炼 1 产生明显衍射现象的条件 障碍物的尺寸或孔的宽度比波长或跟波长 2 理解 1 衍射是波特有的现象 一切波都可以发生衍射 2 波的衍射总是存在的 只有 明显 与 不明显 的差异 障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长相差不多 只是发生明显衍射的条件 一 波的衍射 小 相差不多 3 波传到小孔 障碍物 时 小孔 障碍物 仿佛是一个新波源 由它发出与原来的波在孔 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 一 波的衍射 同频率 二 波的叠加 问题设计 你知道 风声 雨声 读书声 声声入耳 体现了波的什么性质吗 答案声波在相互交错 叠加之后互不影响 仍能保持原来的性质向前传播 这种现象体现了波传播具有独立性 要点提炼 1 波的独立传播特性 几列波相遇时各自的 等运动特征 不受其他波的影响 2 波的叠加原理 在几列波重叠的区域里 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 二 波的叠加 波长 频率 同时 矢量和 三 波的干涉 问题设计 如图1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mn方向走来 他听到的声音会有什么变化 为什么 答案声音忽强忽弱 因为声波发生了干涉现象 图1 三 波的干涉 三 波的干涉 要点提炼 1 干涉的条件 两列波的频率 振动方向在同一直线上 恒定 2 加强点 区 和减弱点 区 1 加强点 质点振动的振幅等于两列波的振幅之和 a a1 a2 相同 相位差 三 波的干涉 2 减弱点 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 3 判断加强点和减弱点的方法 条件判断法振动频率相同 振动情况相同的两列波叠加时 某点到两列波的路程差为 x x2 x1 k 时为振动加强点 三 波的干涉 当 x 2k 1 k 0 1 2 时为振动减弱点 若两波源振动步调相反 则上述结论相反 现象判断法若某点总是波峰与波峰或波谷与波谷叠加 该点为加强点 若总是波峰与波谷叠加 则为减弱点 三 波的干涉 3 干涉图样及其特征 1 干涉图样 如图2所示 图2 三 波的干涉 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 一 波的衍射 典例精析 例1如图3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 之间的距离表示一个波长 则关于波经过孔之后的传播情况 下列描述中正确的是 图3 一 波的衍射 典例精析 a 此时能观察到波的明显的衍射现象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 能观察到更明显的衍射现象 解析本题主要考查发生明显衍射现象的条件 观察题图可知道孔的尺寸与波长差不多 能观察到波的明显的衍射现象 故选项a对 一 波的衍射 典例精析 因波的传播速度不变 频率不变 故波长不变 即挡板前后波纹间距应相等 故选项b对 若f增大 由 知 变小 衍射现象变得不明显了 故选项d错 若将孔ab扩大 且孔的尺寸远大于波长 则可能观察不到明显的衍射现象 故选项c对 答案abc 一 波的衍射 典例精析 二 波的叠加 典例精析 例2如图4所示 沿一条直线相向传播的两列波的振幅和波长均相等 当它们相遇时可能出现的波形是下列选项中的 图4 二 波的叠加 典例精析 解析该题考查波的叠加原理 两列波的半个波形相遇时 b正确 当两列波完全相遇时 即重叠在一起 由波的叠加原理可知 所有质点振动的位移均等于每列波单独传播时引起的位移的矢量和 使得所有质点的振动的位移加倍 c正确 答案bc 典例精析 三 波的干涉 例3如图5所示 s是水面波的波源 x y是挡板 s1 s2是两个狭缝 ss1 ss2 狭缝的尺寸比波长小得多 试回答以下问题 图5 典例精析 三 波的干涉 1 若闭上s1 只打开s2 会看到什么现象 解析只打开s2时 波源s产生的波传播到狭缝s2时 由于狭缝的尺寸比波长小 于是水面波在狭缝s2处发生衍射现象 水面波以狭缝s2处为波源向挡板另一侧传播 答案水面波以狭缝s2处为波源向挡板另一侧传播 典例精析 三 波的干涉 2 若s1 s2都打开 会发生什么现象 解析由于ss1 ss2 所以从波源发出的水波传播到s1 s2处时它们的振动情况完全相同 当s1 s2都打开时产生相干波 它们在空间相遇时产生干涉现象 一些地方振动加强 一些地方振动减弱 加强区与减弱区相互隔开 发生明显的干涉现象 答案发生明显的干涉现象 典例精析 三 波的干涉 3 若实线和虚线分别表示波峰和波谷 那么在a b c d四点中 哪些点是振动加强点 哪些点是振动减弱点 解析质点d是波峰与波峰相遇处 是振动加强点 质点b是波谷与波谷相遇处 也是振动加强点 质点a c是波峰与波谷相遇的地方 这两点是振动减弱点 答案b da c 典例精析 三 波的干涉 4 若两列波单独传播时的振幅相等 都为a 现两列波同时传播 关于加强点的理解 小明认为 由于加强点始终加强 故加强点的位移始终是2a 他的说法对吗 为什么 解析不对 加强点的最大位移 即振幅是2a 但加强点也是做简谐运动的 若某时刻加强点处于波峰 经过 位移为0 处于平衡位置 经过 处于波谷 答案见解析 典例精析 三 波的干涉 例4波源s1和s2振动方向相同 频率均为4hz 分别置于均匀介质中x轴上的o a两点处 oa 2m 如图6所示 两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播 波速为4m s 已知两波源振动的初始相位相同 求 图6 典例精析 三 波的干涉 1 简谐横波的波长 解析设波长为 频率为f 则v f 代入已知数据 得 1m 答案1m 典例精析 三 波的干涉 2 o a间合振动振幅最小的点的位置 解析以o为坐标原点 设p为oa间的任意一点 其坐标为x 则两波源到p点的波程差为 s x 2 x 0 x 2 其中x s以m为单位 合振动振幅最小的点的位置满足 s k k为整数 解得 x 0 25m 0 75m 1 25m 1 75m 答案o a间离o点的距离为0 25m 0 75m 1 25m 1 75m的点为合振动振幅最小的点 课堂要点小结 波的衍射和干涉 波的衍射 定义 产生明显衍射现象的条件 波的干涉 产生稳定干涉的条件 稳定干涉图样特点 波的叠加 自我检测区 1 2 3 1 2 3 1 波的衍射 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 ab 1 2 3 2 波的衍射和叠加 关于波的衍射和叠加 下列说法正确的是 a 衍射和叠加是机械波特有的现象b 对同一列波 缝或孔 障碍物尺寸越小 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 两列波相遇时能够保持各自的状态互不干扰 1 2 3 e 由于两列波相遇时叠加 所以当它们分开时波的频率 振幅都会发生变化f 如果这两列波叠加以后使某些区域振动加强 某些区域振动减弱 那么这两列波发生明显衍射g 两列波重叠的区域里 任何一点的总位移都等于两列波分别引起的位移的矢量和 答案bdg 1 2 3 3 波的干涉 如图7所示 为声波干涉演示仪的原理图 两个u形管a和b套在一起 a管两侧各有一小孔 声波从左侧小孔传入管内 被分成两列频率的波 当声波分别通