《波的衍射和干涉》导学案

1、 第第4 4节节波的衍射和干涉波的衍射和干涉课时课时12.4波的衍射和干涉波的衍射和干涉1.通过观察水波的衍射现象通过观察水波的衍射现象,认识衍射现象的特征。知道衍射现象是波特认识衍射现象的特征。知道衍射现象是波特有的现象有的现象,知道什么是波的衍射现象和发生明显衍射现象的条件。知道什么是波的衍射现象和发生明显衍射现象的条件。2.了解波的叠加原理。通过实验认识波的干涉现象和波的干涉图样。了解波的叠加原理。通过实验认识波的干涉现象和波的干涉图样。3.知道干涉现象是波所特有的现象。知道波发生干涉现象的必要条件。知道干涉现象是波所特有的现象。知道波发生干涉现象的必要条件。1.波的衍射波的衍射(1)定

2、义定义:波可以波可以_障碍物而继续传播的现象叫作波的衍射。障碍物而继续传播的现象叫作波的衍射。(2)发生明显衍射现象的条件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只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长_,或者比波长或者比波长_时时,才能发生明显的衍射现象。才能发生明显的衍射现象。(3)衍射是波特有的现象衍射是波特有的现象,故一切波均可发生衍射现象。故一切波均可发生衍射现象。“闻其声而不见其人闻其声而不见其人”是是_的衍射。的衍射。2.波的叠加波的叠加大量的事实和实验表明大量的事实和实验表明,几列波相遇时能保持各自的几列波相遇时能保持各自的_继续传播继续传播,在在它们重叠的区域

3、里它们重叠的区域里,介质中的质点同时参与这几列波的振动介质中的质点同时参与这几列波的振动,质点的位移等于几质点的位移等于几列波单独传播时列波单独传播时_,这就是波的叠加原理。这就是波的叠加原理。引起的位移的矢量和引起的位移的矢量和相差相差运动特征运动特征不多不多更小更小绕过绕过声波声波3.波的干涉波的干涉(1)定义定义:频率相同的两列波叠加时频率相同的两列波叠加时,某些区域的某些区域的_增大增大,某些区域的某些区域的_减小减小,这种现象叫作波的干涉。这种现象叫作波的干涉。(2)产生干涉的两个必要条件产生干涉的两个必要条件:一是两列波的一是两列波的_必须相同必须相同;二是两个波源的二是两个波源的

4、_必须保持不变。必须保持不变。(3)干涉图样的特点干涉图样的特点:在加强区两列波引起的振动总是在加强区两列波引起的振动总是 _的的,振幅等于两振幅等于两列波的列波的_;在减弱区两列波引起的振动总是在减弱区两列波引起的振动总是 _的的,振幅等振幅等于两列波的于两列波的 _。(4)干涉是波特有的现象干涉是波特有的现象, _、 _等一切波都能发生干涉。等一切波都能发生干涉。频率频率振幅振幅相位差相位差相互加强相互加强相互减弱相互减弱振幅振幅振幅之差振幅之差振幅之和振幅之和电磁波电磁波声波声波主题主题1:波的衍射波的衍射问题问题:(1)“闻其声而不见其人闻其声而不见其人”是不是说明声波能发生衍射是不是

5、说明声波能发生衍射,而光不能发生衍射而光不能发生衍射呢呢? (2)做一做教材中关于衍射的做一做教材中关于衍射的“演示演示”实验实验,跟同学讨论一下跟同学讨论一下,怎么才能让衍射现怎么才能让衍射现象更明显呢象更明显呢?解答解答:(1)光是一种电磁波光是一种电磁波,与声波一样都能发生衍射现象与声波一样都能发生衍射现象,只是光的波长太小只是光的波长太小,衍衍射现象很不明显。射现象很不明显。(2)缝或障碍物的尺寸一定时缝或障碍物的尺寸一定时,可增大波长来使衍射现象更明显可增大波长来使衍射现象更明显;波长一定时波长一定时,可可减小缝或障碍物的尺寸来使衍射现象更明显。减小缝或障碍物的尺寸来使衍射现象更明显

6、。知识链接知识链接:衍射现象总是存在的衍射现象总是存在的,只是有明显和不明显的差异。只是有明显和不明显的差异。主题主题2:波的叠加波的叠加情景情景:做一做课本做一做课本“演示演示”中波的叠加的实验中波的叠加的实验,在一根水平绳两端分别同时抖动在一根水平绳两端分别同时抖动一下一下,形成一大一小两个相向运动的波形。形成一大一小两个相向运动的波形。问题问题:(1)这两个波形在绳上传播的速率是否相等这两个波形在绳上传播的速率是否相等?你怎么确定的你怎么确定的?(2)说说这两个波形相遇时和相遇后的情况。说说这两个波形相遇时和相遇后的情况。(3)说说生活中你看到或认识到的其他波相遇的情况。说说生活中你看到

7、或认识到的其他波相遇的情况。(4)两列波叠加时两列波叠加时,质点的总位移是不是一定变大质点的总位移是不是一定变大?解答解答:(1)相等相等;两端同时抖动两端同时抖动,看看两个波形是不是在绳子的中点相遇。看看两个波形是不是在绳子的中点相遇。(2)两个波形相遇时两个波形相遇时,波形发生叠加波形发生叠加,形成一个更高的波形成一个更高的波,此后又各自继续向前传此后又各自继续向前传播。播。(3)生活中的水波、声波、光波相遇后都各自继续向前传播。生活中的水波、声波、光波相遇后都各自继续向前传播。(4)不一定。总位移是两个位移的矢量和不一定。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所以叠加区

8、域的质点的位移可能增大大,也可能减小。两列同相波叠加也可能减小。两列同相波叠加,振动加强振动加强,振幅增大振幅增大(如图甲所示如图甲所示);两列反相两列反相波叠加波叠加,振动减弱振动减弱,振幅减小振幅减小(如图乙所示如图乙所示)。知识链接知识链接:波的叠加不需要条件波的叠加不需要条件,在两列波叠加时在两列波叠加时,质点的位移是每列波单独质点的位移是每列波单独传播时引起的位移的矢量和。传播时引起的位移的矢量和。主题主题3:波的干涉波的干涉情景情景:做一做课本做一做课本“演示演示”中水波干涉的实验中水波干涉的实验,并仔细观察课本中并仔细观察课本中“波的干涉示意波的干涉示意图图”,回答下列问题。回答

9、下列问题。问题问题:(1)你认为决定这个演示实验成功的关键因素是什么你认为决定这个演示实验成功的关键因素是什么?(2)观察到的实验现象是怎样的观察到的实验现象是怎样的?(3)为了让波的干涉实验效果更明显一些为了让波的干涉实验效果更明显一些,实验中形成的两列波最好还具备哪实验中形成的两列波最好还具备哪一个相同的物理量一个相同的物理量?(4)如图所示如图所示,音叉由两个完全相同的叉股组成音叉由两个完全相同的叉股组成,当我们用音锤敲一个叉股时当我们用音锤敲一个叉股时,两两个叉股都会振动个叉股都会振动,并发出声音。请拿一个音叉敲一下后在耳旁缓慢转动并发出声音。请拿一个音叉敲一下后在耳旁缓慢转动,仔细仔

10、细听听声音的变化听听声音的变化,说说听到的情况并做出解释。说说听到的情况并做出解释。解答解答:(1)两个波源固定在同一个振动片上两个波源固定在同一个振动片上,能够形成两列频率和振动方向都相能够形成两列频率和振动方向都相同的水波。同的水波。(2)水面上出现了一条条相对平静的区域和振动激烈的区域水面上出现了一条条相对平静的区域和振动激烈的区域,这两个区域在水这两个区域在水面上的位置是稳定不变的面上的位置是稳定不变的,即形成波的干涉图样。即形成波的干涉图样。(3)为了让波的干涉实验效果更明显一些为了让波的干涉实验效果更明显一些,两列波最好还具备相同的振幅。两列波最好还具备相同的振幅。(4)音叉敲一下

11、后在耳旁缓慢转动音叉敲一下后在耳旁缓慢转动,会听到忽强忽弱的声音会听到忽强忽弱的声音,这是声音的干涉现这是声音的干涉现象。两个完全相同的叉股发出的声音频率相同象。两个完全相同的叉股发出的声音频率相同,音叉转动相当于人围绕音叉音叉转动相当于人围绕音叉转转,耳朵的位置时而处在振动加强的区域耳朵的位置时而处在振动加强的区域,时而处在振动减弱的区域。时而处在振动减弱的区域。知识链接知识链接:若两波源振动步调相同若两波源振动步调相同,某点到两波源的距离差为半波长的奇数倍某点到两波源的距离差为半波长的奇数倍时振动减弱时振动减弱,为半波长的偶数倍时振动加强。为半波长的偶数倍时振动加强。C【解析】凡是波都能发

12、生衍射现象【解析】凡是波都能发生衍射现象,不过有时衍射现象明显不过有时衍射现象明显,有时衍射现象不明有时衍射现象不明显。只有当缝、孔或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小时显。只有当缝、孔或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小时,才能发生才能发生明显的衍射现象。明显的衍射现象。【点评】任何波都存在衍射现象【点评】任何波都存在衍射现象,只是有明显和不明显的差异只是有明显和不明显的差异,缝或障碍物的尺缝或障碍物的尺寸与波长差不多或比波长小时寸与波长差不多或比波长小时,能发生明显的衍射现象。能发生明显的衍射现象。1.(考查产生明显衍射现象的条件考查产生明显衍射现象的条件)以下关于波的衍射的说法中

13、正确的是以下关于波的衍射的说法中正确的是()。A.波遇到障碍物时波遇到障碍物时,一定会发生明显的衍射现象一定会发生明显的衍射现象B.当障碍物的尺寸比波长大得多时当障碍物的尺寸比波长大得多时,衍射现象很明显衍射现象很明显C.当孔的大小比波长小时当孔的大小比波长小时,衍射现象很明显衍射现象很明显D.只有当障碍物的尺寸与波长相差不多时只有当障碍物的尺寸与波长相差不多时,才会发生明显的衍射现象才会发生明显的衍射现象B2.(考查波的干涉现象考查波的干涉现象)下列现象属于波的干涉现象的是下列现象属于波的干涉现象的是()。A.面对障碍物大喊一声面对障碍物大喊一声,过一会听见自己的声音过一会听见自己的声音B.

14、将一个音叉敲响将一个音叉敲响,人围绕它走一周人围绕它走一周,将听到忽强忽弱的声音将听到忽强忽弱的声音C.在障碍物的后面可以听到前面的人说话的声音在障碍物的后面可以听到前面的人说话的声音D.一人敲一下长钢管的一端一人敲一下长钢管的一端,另一人紧贴长钢管的另一端另一人紧贴长钢管的另一端,先后听到两次声音先后听到两次声音【解析】【解析】A为声波的反射现象为声波的反射现象,B为声波的干涉现象为声波的干涉现象,C为声波的衍射现象为声波的衍射现象,D是因为声波通过空气和钢管传播的速度不一样造成的是因为声波通过空气和钢管传播的速度不一样造成的,所以选项所以选项B正确。正确。【点评】干涉现象是振动加强与振动减

15、弱的区域互相间隔且分布稳定的现【点评】干涉现象是振动加强与振动减弱的区域互相间隔且分布稳定的现象。象。C C3.(考查波的干涉特征考查波的干涉特征)两列波相叠加产生了稳定的干涉现象两列波相叠加产生了稳定的干涉现象,得到了干涉得到了干涉图样图样,以下关于干涉的说法中不正确的是以下关于干涉的说法中不正确的是()。A.两列波的频率一定相等两列波的频率一定相等B.振动加强区与振动减弱区总是相互间隔的振动加强区与振动减弱区总是相互间隔的C.振动加强区与振动减弱区交替变化振动加强区与振动减弱区交替变化D.振动加强区在空间的位置一直不变振动加强区在空间的位置一直不变【解析】发生干涉现象时【解析】发生干涉现象

16、时,振动加强和振动减弱的区域是稳定的振动加强和振动减弱的区域是稳定的,加强的加强的区域总是加强区域总是加强,减弱的区域总是减弱减弱的区域总是减弱,故故C选项说法是不正确的。选项说法是不正确的。【点评】波的干涉现象中【点评】波的干涉现象中,振动加强区与振动减弱区的分布是稳定的。振动加强区与振动减弱区的分布是稳定的。 K4.(考查干涉图样考查干涉图样)两个相干波源发出的两列波分别用不同的同心圆表示两个相干波源发出的两列波分别用不同的同心圆表示,其波峰其波峰用实线表示用实线表示,波谷用虚线表示。某一时刻两列波在空间传播的情况如图所示波谷用虚线表示。某一时刻两列波在空间传播的情况如图所示,在在两列波相遇的空间中有两列波相遇的空间中有M、N、Q、K四点四点,则振动加强的点是则振动加强的点是 ,振振动减弱的点是动减弱的点是。 M、N、Q 【解析】当波峰和波峰叠加或波谷和波谷叠加时【解析】当波峰和波峰叠加或波谷和波谷叠加时,振动加强