(人教版选修3-4课件)高中物理选修：12.4波的衍射和干涉课件.ppt

第十二章 机械波 第四节波的衍射和干涉 课前预习 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 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 波的衍射 障碍物 狭缝 直线 阴影区 绕到 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 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 波的干涉 振动加强 振动减弱 互相间隔 频率 相位差 干涉 衍射 干涉 衍射 判一判 1 隔墙有耳 指的是声波的衍射现象 2 敲击音叉使其发声 然后转动音叉 听到声音忽强忽弱是声波的干涉现象 3 只有频率相同的两列波才可以叠加 4 在两列波重叠的区域里 任何一个质点的位移都等于原来位移的2倍 5 一切波都能发生衍射现象 6 产生干涉的一个必要条件是 两列波的频率必须相同 选一选 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 蟋蟀的嘴衍射B 蟋蟀的翅膀干涉C 蟋蟀的翅膀共振D 蟋蟀的嘴共振解析 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 B 想一想 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 课内探究 我们在家中经常听到优美的声乐从窗外飘来 如图 声音为什么没被障碍物所挡住 探究一对波的衍射现象的理解 提示 这是声波的衍射现象 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 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 把M N两块挡板中间的空隙当做一个 小孔 做水波的衍射实验 出现了如图所示的图样 位置P处的水没有振动起来 现要使挡板左边的振动传到P处 在不改变挡板M和P点位置的情况下 可以采用哪些办法 解题指导 波能发生明显衍射的条件是孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或者比波长更小 在同种介质中 波速确定 当改变波的频率时 也改变了波长的大小 解析 波发生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸与波长相差不多 或者比波长更小 所以要使P点振动起来 有两种方法 一是减小孔的尺寸 二是增大波的波长 由v f可知 水波的波速一定 减小波源的频率可以增大水波的波长 故使挡板左边的振动传到P处可以采用的方法是N板上移 或减小波源振动的频率 答案 N板上移或减小波源振动频率 对点训练1 下列现象或事实属于衍射现象的是 A 风从窗户吹进来B 雪堆积在背风的屋后C 水波前进方向上遇到凸出在水面上的小石块 小石块对波的传播没有影响D 晚上看到水中月亮的倒影解析 波在传播过程中偏离直线传播绕过障碍物的现象称为波的衍射 C与衍射现象相符 C 如图所示 操场中两根电线杆上各有一只扬声器 接在同一个扩音机上 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 提示 声音忽强忽弱 因为声波发生了干涉现象 探究二对波的叠加与波的干涉现象的理解 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 3 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 4 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 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 多选 河南郑州一中2016年高二下学期期中 如图所示 S1 S2是两个相干波源 它们的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 BC A 该时刻a质点振动最弱 b c质点振动都最强 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 因此振动最弱解题指导 除了波峰与波峰相遇 波谷与波谷相遇是振动加强点 同样只要在振动加强区域的点都是振动加强点 对于振动减弱点也一样 振动加强点 或振动减弱点 在任何时刻振动都是加强 或减弱 解析 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 C 解析 根据干涉特点知 两相干波源的距离差为波长的整数倍时 此点为振动增强点 而消除噪声不能加强 故A B错误 距离差为半波长的奇数倍时 此点为振动减弱点 本题为消除噪音 要减弱振动 所以C正确D错误 素养提升 干涉与衍射的研究对象不同 从形式上看 衍射是波绕过障碍物继续传播的现象 而波的干涉是两列波的叠加 干涉图样与衍射图样不同 干涉图样中有间隔均匀的加强 减弱区 而衍射图样相当于从衍射孔处有一个新的波源 波的衍射与干涉现象的比较 利用发波水槽得到的水面波形如图a b所示 则