波的干 高一物理ppt课件教案 人教版

10.5 波的干涉,第十章 机械波,河北师大附中 李喜昌,一列波在同一种介质中其波形和振动状态以波速v沿直线匀速传播,其频率、波速和波长保持不变.,频率由波源决定;波速由介质决定;波长由波源和介质共同决定.,当波由一种介质进入另一种介质时,频率不变;由于波速发生变化, 引起波长正比例变化.,当遇到障碍物时,会发生发射、折射和衍射现象.,回首往事,波的衍射研究的是一个波源发出波的情况，那么两列或两列以上的波在同一介质中传播，又会发生什么情况呢？,1.什么叫波的衍射？,波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做波的衍射.,2.产生明显的衍射的条件是什么？,只有缝、孔的宽度和障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才能产生明显的衍射现象.,两个相同运动的球，相遇后结果如何？两个波相遇后结果又如何呢？观察两列波在相遇前、相遇时、相遇后的情景 .,由此可知：,两列波在相遇前后，彼此穿过，它们都保持各自的运动状态,彼此不受影响.,在两列波重叠的区域里，任何一个质点同时参与两个振动，其振动位移等于这两列波分别引起的位移的矢量和.当两列波在同一直线上振动时，这两种位移的矢量和简化为代数和，这叫做波的叠加原理.,两列波相遇后，彼此穿过，继续传播，波的形状和传播的情形都跟相遇前一样，也就是说，相遇后，都保持各自的运动状态，彼此都没有受到影响,1.波的独立性原理,一、波的叠加,2.波叠加原理：,几列波相遇时能够保持各自的运动状态继续传播，在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波所产生的振动，质点振动的总位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和,二、波的干涉,1.水波的干涉实验,2.实验现象:,这两列波相遇后，在振动着的水面上，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，而且相互隔开,2. 灰色区域透明度居中说明水深居中,说明该区域质点的振动振幅较小,相对平静.,1.明亮处透明度最好说明该处水最浅,说明此时该处质点向下振动的位移较大,振动比较激烈;昏暗处透明度最差说明该处水最深,说明此时该处质点向上振动的位移最大,振动比较激烈.,3.明亮处和昏暗处间隔分布构成激烈振动的区域,该区域在水面上的位置是固定的,但是该区域的明亮处和昏暗处沿波的传播方向在该区域由近向远传播.,4.相对平静的区域在水面上的位置也是固定的,并且和振动激烈的区域相互隔开.,3.实验现象的解释,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、波谷和波谷相遇时，质点的位移最大，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，两列波引起的振动始终是减弱的，质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，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,介质中某点的振动加强，是指这个质点以较大的振幅振动；而某点的振动减弱，是指这个质点以较小的振幅振动.把振动加强的质点连起来，为振动加强区；把振动减弱的质点连起来，为振动减弱区振动加强区和振动减弱区是相互间隔的,注意：（1）振动加强的区域振动始终加强，振动减弱的区域振动始终减弱（2）振动加强（减弱）的区域是指质点的振幅大（小），不论是振动加强点还是振动减弱点，位移仍随时间做周期性变化.,4.波的干涉,(1)定义：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强和振动减弱的区域相互隔开的现象叫做波的干涉,(2)干涉图样：由波的干涉所形成的图样叫做干涉图样.,5.产生干涉的条件:,两波的频率必须相同,6.干涉是波特有的现象:,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特有的现象一切波都能够产生干涉和衍射现象；反之能够发生干涉和衍射现象的必定是波.,三、关于振动加强或减弱位置的判断条件,1.两列波发生干涉时，波峰与波峰相遇的位置是振动加强点，波谷与波谷相遇的位置也是振动加强点，波峰与波谷相遇的位置是振动减弱点。,加强点和减弱点之间的质点，可称为“非加强非减弱点”,还有没有其它判断振动加强或减弱位置的方法呢？,c,d,S1,S2,P,2.两列波发生干涉时，两列波传播到某一点的路程差写为X，当：X=n（n = 0，1，2，3）时的所有位置是振动加强点。,X=（2n1 ） （n = 1，2，3）时的所有位置是振动减弱点。,三、关于振动加强或减弱位置的判断条件,加强点和减弱点之间的质点，可称为“非加强非减弱点”,四、小结,1.什么是波的独立性？,2.什么是波的叠加原理？,3.什么是波的干涉？,4.产生干涉的条件是什么？,5.如何判断波的叠加区域振动的加强和减弱?,例1.下列两列波相遇时叠加的说法正确的是（ ）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，相互间听得很清楚，这说明声波在相遇时互不干扰,B C D,五、牛刀小试,例2如图所示，一个波源在绳的左端发出半个波，频率为f1，振幅为A1。同时另一个波源在绳的右端发出半个波，频率为f2，振幅为A2，P为两波源的中点，由图可知，下述说法正确的是：（ ）A.两列波同时传播到两波源的中点P B.两列波相遇时，P点的波峰可达A1+A2 C.两列波相遇后，各自保持原来的波形独立传播 D.两列波相遇时，绳上的波峰可达A1+A2点只有一点，此点在P点的左侧,A C D,解析：两列波在同一种介质中传播,波速相等, P为两波源的中点, 故A正确. 波的波峰比波的波峰距P点近,所以波的波峰先到达P点,两列波的波峰在P点左侧相遇,相遇点的波峰可达A1+A2.,例3.如图所示，两列波相向传播，当它们相遇时，可能是图中的（ ）A.图b、c B.图a、b C.图b、c、d D.图c、d,A,解析：做出从相遇开始每经过T/4两列波单独传播的波形图,根据波的叠加原理画出相遇区域叠加后实际的波形图.,例4一个波源在绳的左端发生波甲，另一波源在同一根绳的右端发生波乙，两波的波速都为1m/s，频率和振幅都相同，在t=0时刻绳上的波形如图A所示，则下述说法正确的是（ ）,A.t=2s时波形如图B B.t=2s时波形如图C C.t=4s时波形如图C D.t=4s时波形如图D,B D,解析：先画出t=2s时和t=4s时两列波单独传播的波形图,再波的叠加原理画出在两列波在相遇区域叠加后的波形图.,例5甲、乙两列完全相同的横波，分别从波源A、B两点沿直线OX相向传播，t=0时刻的图像如图所示，两波的波速都是1m/s，则下述说法正确的是（ ）A.t=0.2s时，CD间只有F点的位移最大 B.t=0.2s时，CD间只有E、G点的位移最大 C.t=0.5s时，CD间只有F点的位移最大 D.t=0.5s时，CD间只有E、G点的位移最大,B C,解析：先画出t=0.2s时和t=0.5s时两列波单独传播的波形图,再波的叠加原理画出在两列波在相遇区域叠加后的波形图.,例6.关于波的干涉，下列说法正确的是（ ）A.只有横波才能产生干涉，纵波不能产生干涉B.只要是波就能产生稳定的干涉。C.不管是横波还是纵波，只要叠加的两列波的频率相等，振动情况相同就能产生稳定干涉D.波的干涉是波叠加的特例,C D,B,例7.如图所示两个频率与相位、振幅均相同的波的干涉图样中，实线表示波峰，虚线表示波谷，对叠加的结果正确的描述是 ( )A在A点出现波峰后，经过半个周期该点还是波峰BB点在干涉过程中振幅始终为零C两波在B点路程差是波长的整数倍D当C点为波谷时，经过一个周期此点出现波峰,例8空气中相距10m的A、B两点，放两个完全相同的声源，其频率为1000Hz，声速为340m/s，C距A点17m，距B点20.4m，则对C点的振动情况正确的判断是（ ）A.有最大的振幅 B.有最小的振幅 C.位移可能为零 D.振幅不是最大，但也不是最小。,A C,振动加强点有最大振幅,它们都在其平衡位置做简谐运动,位移随时间做周期性变化,位移可以为零.,例9.如图所示，S1、S2是振动情况完全相同的两个机械波波源，振幅为A，a、b、c三点分别位于S1、S2连线的中垂线上，且ab=bc，某时刻a是两列波的波峰相遇点，c是两列波的波谷相遇点，则（ ）A.a处质点的位移始终为2A B.c处质点的位移始终为2AC.b处质点的振幅为2A D.c处质点的振幅为2A,C D,解析：S1、S2的中垂线为加强带,加强带上各点都有最大振幅2A,它们都在其平衡位置做简谐运动,位移随时间做周期性变化.,例10两列简谐横波，波速大小相同，传播方向相反，图示为某一时刻的波形图，这两列波发生干涉后，图中a、b、c、d、e、f、g、h各点振动最强的是哪些点？振动最弱的是哪些点？,( 加强点b、d、f、h，减弱点a、c、e、g ),例11如图所示表示两列相干水波的叠加情况，图中的实线表示波峰，虚线表示波谷。设两列波的振幅均为5cm，且图示的范围内振幅不变，波速和波长分别为1m/s和0.5m。C点是BE连线的中点，下列说法中正确的是 （ ）,A.C、E两点都保持静止不动B.图示时刻A、B两点的竖直高度差为20cmC.图示时刻C点正处于平衡位置且向上运动 D.从图示的时刻起经0.25s，B点通过的路程为20cm,B C D,解析：ABCE为加强带.图示时刻,A为峰峰相遇,A点对平衡位置的位移为2A=10cm;B点为谷谷相遇,B点对平衡位置的位移为-2A=-10cm,A、B两点的竖直高度差为20cm.C点为两个平衡位置相遇,C点对平衡位置的位移为0,其振动方向竖直向上.波的周期为0.5s,经过0.25s即半个周期质点B通过的路程为4A=20cm.,例12.在水平方向上有振动情况完全相同的振源S1和S2. S1和S2相距7m，振动所形成的波的波长为1m，则S1和S2连线上振动加强的点有几个?,13个,例13如图所示，在同一均匀介质中有S1、S2两个波源，这两个波源的频率、振动方向均相同，且振动步调完全一致，S1、S2之间相距两个波长，B为点S1、S2连线的中点。今以B点为圆心，以R=BS1为半径画圆，请计算说明在该圆上，除S1、S2两个波源外，共有多少个振动的加强点？,6个,例14如图所示，两个相同的声源S1和S2相距d=10m，频率为f=1700Hz，振动为同步振动，Q是S1S2连线的中点，OQ是S1S2连线的中垂线，OQ长L=400m，OP线段平行于S1S2连线，OP=16m，已知空气中声速为340m/s，问在O点声波振动将加强还是减弱？在OP线段上会出现几个振动最弱的位置？,加强,两个,A、B两波相向而行，在某时刻的波形与位置如图所示.已知波的传播速度为v，图中标尺每格长度为l，在图中画出又经过t=7l/v 时的波形.,04年上海13,解：经过t=7l/v 时，波传播的距离为x=vt=7l,即两波分别向中间平移7格，如图示虚线所示：,由波的叠加原理，作出合位移的波形如图蓝线所示,例18. 有 一半径为45米的圆形跑道，AB为一直径，现将两个相同的喇叭分别放在圆心O和A点，它们发出两列波长均为10米的相干声波，若一个人在B点听到的声音恰好最弱，则该人从B点沿半圆跑到A点之前，还会遇到几次声音最弱的地方： （ ）A.4次 B. 6次 C.8次 D.10次,解：两列波干涉减弱的条件是：S=(2k+1)/2,在圆周上任取一点P,连接PA、 PO 、 PB,S1-S2=PA-PO=90cos - 45 = 5 (2k+1),2cos -1= (2k+1)/9,cos =(k+5)/9 (k为整数),0cos 1,0 (k+5) 9 k可以取8个不同值,C,例17. 如图示，在y 轴上的QP两点位置上有两个频率相同，振动方向相同的振源，它们激起的机械波长为2m，QP两点的纵坐标分别为yQ=6m，yP=