高中物理 12.4 波的衍射和干涉课件 新人教版选修34.ppt

4波的衍射和干涉 1 知道什么是波的衍射现象和发生明显衍射现象的条件 2 理解波的叠加原理 3 知道什么是波的干涉现象及其产生条件 4 会用波的衍射 干涉现象解释相关问题 定义 波 障碍物继续传播的现象 实验及现象 1 实验器材 在水槽里放两块挡板 中间留个 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 挡板后面产生一个 狭缝宽度与波长相差不多或狭缝宽度比波长更小时 波 挡板后面继续传播 一 波的衍射 绕过 狭缝 直线 阴影区 绕到 缝 孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长 或者 都能发生衍射 衍射是波 的现象 闻其声而不见其人 是 的衍射现象 波的独立传播特性 两列波相遇后 每列波仍像相遇前一样 各自原来的 继续向前传播 这就是波的独立性 提醒某空间不管有多少波相遇 对任一列波的传播来说 其他波就像不存在一样 发生明显衍射的条件 二 波的叠加 相差不多 比波长更小 一切波 特有 声波 保持 波形 波的叠加 在两列波重叠的区域里 任何一个质点 参与两个振动 其振动位移等于这两列波分别引起的位移的 定义 相同的两列波叠加 使某些区域的振动 某些区域的振动 并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔 这种现象叫波的干涉 波的干涉图样 波的干涉现象中形成的 干涉条件 产生干涉的必要条件是两列波性质相同且 相同 三 波的干涉 同时 矢 频率 加强 减弱 图样 频率 量和 衍射是波特有的现象 一切波都可以发生衍射 凡能发生衍射现象的就是波 波的衍射总是存在的 只有 明显 与 不明显 的差异 波长较长的波容易发生明显的衍射现象 波传到小孔 障碍物 时 小孔 障碍物 仿佛一个新波源 由它发出与原来同频率的波在孔 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 对衍射现象的理解 特别提醒 1 障碍物尺寸的大小不是发生衍射的条件 而是发生明显衍射的条件 波长越长越易发生明显衍射现象 2 当孔的尺寸远小于波长时 尽管衍射十分突出 但衍射波的能量很弱 也很难观察到波的衍射 图12 4 1波的干涉示意图 频率相同的两列波叠加时 某些区域的振幅增大 某些区域的振幅减小 这种现象叫波的干涉 形成的图样常常叫做波的干涉图样 如图12 4 1所示 二 对干涉现象的理解 干涉现象 对干涉图样特点的三点说明 1 加强区和减弱区的位置固定不变 2 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 3 加强区与减弱区互相间隔 对振动加强点和减弱点的解释 1 振动加强点设波源s1 s2在质点a引起的振幅分别为a1 a2 以图12 4 1中a点波峰与波峰相遇时计时 波源s1 s2分别引起质点a振动的图象如图12 4 2甲 乙所示 当两列波重叠时 质点a同时参与两个振动 合振动图象如图12 4 2丙所示 图12 4 2 2 振动减弱点如图12 4 1所示 以波源s1 s2分别将波峰 波谷传到b点时开始计时 波源s1 s2分别引起质点b振动的图象如图12 4 3甲 乙所示 当两列波重叠时 质点b同时参与两个振动 合振动图象如图12 4 3丙所示 图12 4 3 波的衍射现象和干涉现象都是波特有的现象 现将他们联系与区别列在下表中 三 波的衍射现象和干涉现象的比较 说一说 教材p33 点拨超声波频率很高 波长很短 不容易发生衍射 所以超声波遇到人体不同组织的分界面时大部分会反射回来 而普通的声波 波长较长 容易发生衍射 遇到人体组织的分界面时衍射现象很明显 反射回来的波极少 不利于信号处理 所以这样的仪器使用超声波而不用普通的声波 做一做 教材p35 点拨白色标志与黑色标志各连成一条线 以波源为中心向外辐射延伸 白色线代表振动加强线 黑色线代表振动减弱线 教材资料分析 如图12 4 4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 之间距离表示一个波长 则对于波经过孔之后的传播情况 下列描述正确的是 典例1 波的衍射 图12 4 4 a 此时能明显观察到波的衍射现象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 能更明显地观察到衍射现象解析从图中可以看出 孔的大小与波长相差不多 故能够发生明显的衍射现象 a选项正确 由于在同一均匀介质中 波的传播速度没有变化 波的频率是一定的 又根 答案abc借题发挥波发生明显衍射的条件是由缝 孔的宽度或障碍物的尺寸和波长的对比关系决定的 相对缝 孔的宽度或障碍物的尺寸来说 波长越大 波的衍射现象就越明显 2013 湖南衡阳联考 在水波槽的衍射实验中 若打击水面的振子的振动频率是5hz 水波在水槽中的传播速度为0 05m s 为观察到明显的衍射现象 小孔直径d应为 a 10cmb 5cmc d 1cmd d 1cm 变式1 答案d 在同一介质中两列频率相同 振动步调一致的横波互相叠加 则 a 波峰与波谷叠加的点振动一定是减弱的 波的叠加及干涉现象 典例2 c 振动加强区和减弱区互相间隔分布 且加强区和减弱区不随时间变化d 加强区的质点某时刻的位移可能是0 答案acd借题发挥不管是加强点 还是减弱点 还是一般位置的质点在振动时 其位移都在随时间做周期性变化 位移均可为0 图12 4 5所示是水波干涉的示意图 s1 s2是两波源 a d b三点在一条直线上 两波源的频率相同 振幅相等 则下列说法正确的是 a a点一会儿在波峰 一会儿在波谷b a点始终在波峰c b点始终在波谷 变式2 图12 4 5 d 经半个周期后 原来处于波峰的点将位于波谷 原来处于波谷的点将位于波峰 解析在波的干涉中 振动加强区域里的质点总在自己的平衡位置两侧做简谐振动 只是质点的振幅较大 为a1 a2 本题中由于a1 a2 故振动减弱区的质点并不振动 而此时a点是波峰与波峰相遇 是加强点 b点是波谷与波谷相遇 是加强点 又a d b三点在一条振动加强线上 这条线上任一点的振动都是加强的 故此三点都为加强点 故此三点都是一会儿在波峰 一会儿在波谷 答案ad 如图12 4 6所示 在直线pq的垂线om上有a b两个声源 a b分别距o点6m和1m 两个声源同时不断向外发出波长都为2m的完全相同的声波 在直线pq上从 到 的范围内听不到声音的区域共有多少个 典例3 加强点和减弱点的判断 图12 4 6 答案5个 如图12 4 7所示 在均匀介质中s1和s2是同时起振 起振方向相同 频率相同的两个机械波源 它们发出的简谐波相向传播 在介质中s1和 变式3 图12 4 7 a b点的振动总是最强 a c两点的振动总是最弱b b点的振动总是最弱 a c两点的振动总是最强c a b c三点的振动都总是最强d a b c三点的振动都是有时最强有时最弱 答案c 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 孔或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 声波容易发生明显衍射现象是由于声波波长较大解析衍射是一切波特有的现象 所以选项a c错 发生明显衍射是有条件的 当缝 孔或障碍物尺寸比波长小或差不多时 缝 孔或障碍物越小 越易发生明显衍射 b对 d对 答案bd 波的衍射 1 利用水波槽得到的水面波形如图12 4 8 a b 所示 则 波的干涉现象 图12 4 8 a 图a b均显示了波的干涉现象b 图a b均显示了波的衍射现象c 图a显示了波的干涉现象 图b显示了波的衍射现象d 图a显示了波的衍射现象 图b显示了波的干涉现象 2 解析题图a中可以看出只有一条狭缝 水波穿过发生明显的衍射 题图b中有两个振源 有些区域振动加强 有些区域振动减弱 是干涉现象 故d项正确 答案d 图12 4 9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 当声波分别通过a b传播到右侧小孔时 若两