波的衍射和干涉 - 上课用

第十二章机械波,波的衍射和干涉,巩义二中高二物理组,现象：水波绕过芦苇继续传播,1.波可以绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射。,一.波的衍射,在水槽里放两块挡板，中间留有一个狭缝，观察水波通过狭缝后的传播情况。,保持水波的波长不变，改变狭缝的宽度，观察水波的传播情况有什么变化。,水波通过狭缝后的衍射图样,结论：,窄缝宽度跟波长相差不多时，有明显的衍射现象；窄缝宽度比波长大得越多，衍射现象越不明显；窄缝宽度跟波长相比非常大时，水波将直线传播，观察不到衍射现象,2、发生明显衍射现象的条件：,缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小注意：一切波都能发生衍射,在一根水平绳的两端向上抖动一下，就分别有两个凸起状态1和2在绳上相向传播（图12.6-1甲）,观察两个凸起随后的传播情况。,在介质中常常有几列波同时传播，例如把两块石子在不同的地方投入池塘，就有两列波在水面传播。两列波相遇时，会不会像两个球相遇那样改变原来的运动特征呢？,1、波传播的独立性,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，好象没有遇到过其他波一样互不干扰.,二、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所产生的振动，质点振动的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和,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？我们先观察下面的现象。,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？我们先观察下面的现象。,想一想,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，而且相互隔开。,1.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，而且振动加强和减弱的区域互相间隔,这种现象叫做波的干涉.所形成的图样叫做干涉图样。,三、波的干涉,水波干涉图样,水波干涉俯视图样,思考与讨论,为什么两列波相遇时能出现振动始终加强或减弱的区域呢？,试从水波的干涉图样中分析出各加强区处的任一质点到两波源之间的距离存在什么规律？减弱区呢？,思考与讨论,P点是振动加强点的条件是：,P点是振动减弱点的条件是：,解释：设S1C=S2P，当S2波源产生波峰时，S1波源也同时产生波峰。当S2波的某一波峰恰传到P点时，S1波同时产生的那一波峰刚传到C点。如果CP=n，则S1波传到P点的也恰好是一个波峰，则P点是波峰和波峰叠加，P点是振动加强点。如果CP=(2n-1)/2，则S1波传到P点的是波谷，则P点是波峰和波谷叠加，P点是振动减弱点。,2、加强点和减弱点的条件,如图S1、S2是两个振动情况相同的波源，点P到S1、S2距离分别是x1和x2，则：,振动加强的区域始终加强是不是指该处的质点的振动位移总是为最大值？振动减弱的区域始终减弱是不是指该处的质点的振动位移总是为最小值？,结论：振动加强（或减弱）的区域是指质点的振幅为最大值（或最小值），而不是指振动的位移，因为不管是加强区还是减弱区，质点都在振动，它们的位移是时刻在变化的。,思考与讨论,注意：,1）振动加强区指振幅始终最大，即A1+A2；振动减弱区指振幅始终最小，即A1_A2.,2）不管是加强区还是减弱区，质点位移时刻在变化。振动加强区位移不一定始终大于振动减弱区的位移.,3、产生干涉的必要条件：,注意：虽然干涉是波的叠加的结果，但叠加未必都产生干涉现象。,声波也能发生干涉。,不仅水波和声波能发生一干涉，一切波都能发生干涉，干涉是波特有的现象。,两列波的频率相同，两列波的相位差保持不变。,ABD,1、下列关于波的衍射说法正确的是（）A、衍射是一切波特有的现象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、声波容易发生衍射现象，由于声波波长较大,课堂练习,2、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,课堂练习,3、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,课堂练习,4、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,课堂练习,5、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,AD,课堂练习,6、频率相同的两列波发生干涉现象时，有（）A、某一点如果是两列波的波峰与波峰相遇，经过半个周期，在这一点则是第一列波的波峰与第二列波的波谷相遇B、某一点如果是两列波的波谷与波谷相遇，经过半个周期，在这一点则是第一列波的波谷与第二列波的波谷相遇C、某一点如果是第一列波的波峰与第二列波的波谷相遇，经过半个周期，在这一点则是两列波的波谷相遇D、某一点如果是第一列波的波峰与第二列波的波谷相遇，经过半个周期，在这一点则是第一列波的波谷与第二列波的波峰相遇,D,课堂练习,7、如图所示，S1、S2是两个相干波源，它们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（）A、该时刻a质点振动最弱，b、c质点振动最强，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,BC,课堂练习,8、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