第1节　机械波的衍射和干涉

1、物理人教2003课标版选修2-3第三章 光的干涉、衍射和偏振1.机械波的衍射和干涉 刘艳红 凌源市第二高级中学导入新课肥皂泡光盘 为什么它们表面会有彩色图样呢？为了研究光波，我们先来认识机械波。第三章 光的干涉、衍射和偏振3.1 机械波的衍射和干涉探究1.机械波的产生 向平静的水面投一粒石子，水面受到石子的打击上下振动。为什么水面的振动会向四周传播形成水波呢？ 这是因为水起到了把振动传播出去的媒介物介质的作用。 水面的这种振动属于机械振动。机械振动在介质中传播，就形成了机械波。名词解释大家做 取一根较长的软绳，用手握住绳的一端，拉平后持续地上下抖动，可以看到一列凸凹相间的状态向另一端传去，在绳

2、上形成一列波。2.横波和纵波 绳上各点上下振动，波向左前进，振动方向与波的前进方向相互垂直，这样的波称为横波。横波的特征是凸凹相间，凸起的最高处叫做波峰，凹下的最低处叫波谷。波谷波峰 将一根很长的螺旋弹簧放在光滑的水平面上，并将一端固定，用手推、拉弹簧，弹簧上便出现疏密相间的状态并不断向另一端传播。结论 弹簧上各点左右振动，波向右前进，振动的方向与波前进的方向在同一直线上，这样的波称为纵波。声波就是纵波3.波长、频率和波速 在波的前进方向上，两个相邻的振动情况完全相同的质点之间的距离叫波长，用希腊字母表示。 在横波中，两个相邻波峰（或波谷）之间的距离等于一个波长；在纵波中，两个相邻密部（或疏部

3、）之间的距离等于一个波长。 波是由振动引起的，波的频率与物体的震动频率相同。波传播时具有一定的速度，波速v与波长和频率f的关系为v= f公式推导 对于电磁波，这个公式也是适用的。书店电磁波防盗系统电磁波保健枕电磁波按摩器4.波的衍射想一想 在墙的这边说话，墙那边的人也会听见，这是为什么？池塘里面的水波遇到石头、芦苇会继续传播，这又是为什么？ 这是因为声音能从墙上绕过去，水波也会绕过障碍物继续传播，这种波绕过障碍物传播的现象，叫做波的衍射。名词解释甲 乙演 示 在水波槽里放两块挡板，挡板间留一个窄缝。不断缩小窄缝的宽度，观察水波通过窄缝后的传播情况。 通过演示可以看到 当水波通过较宽的狭缝时，波

4、基本上被限制在波源与窄缝边缘连接的两条直线的范围内，障碍物后面出现波的“阴影”区（图甲）。这时可以说波沿直线传播。当狭缝宽度跟波长差不多或比波长更小时，在狭缝后面整个区域里传播着以缝为中心的环形波（图乙）。 水波可以绕到挡板后面继续传播。通过演示得出的结论 只有缝的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长更小时，波才能产生明显的衍射现象。发生明显衍射缝的宽度波长5.波的干涉观察 如果两列波相遇，会出现什么现象呢？相遇演 示 将两根细金属丝固定在薄钢片上，使两根金属丝刚好接触水面。当钢片上下振动时，金属丝周期性接触水面，就产生了频率和振动方向都相同的两列水波。 在振动着的水面上，出现了一条条相对平

5、静的区域和相对激烈振动的区域，这两种区域在水面上的位置是固定的。怎样解释该现象呢？ 这两列水波相遇后，在它们重叠的区域会出现下面的图样强弱 用两组同心圆分别表示从波源S1、S2发出的两列波，实线与虚线间的距离等于半个波长，实线与实线间、虚线与虚线间的距离等于一个波长。 某一时刻，在水面上的某一点，如果两列波的波峰与波峰相遇，其振幅等于两列波的振幅之和，经过半个周期，变成波谷与波谷相遇，其振幅也等于两列波的振幅之和，再经过半个周期，又是波峰与波峰相遇以此类推。强弱 这一点的振动始终加强，其振幅为两列波的振幅之和（图中红线上各点都属于这种情况）。同理，某时刻两列波的波峰和波谷相遇的那些点，振动最弱

6、，其振幅等于两列波的振幅之差（图中蓝线上各点都属于这种情况）。强弱归纳结论 频率相同的两列波叠加，某些区域的振动加强，另一些区域的振动减弱，这种现象叫做波的干涉，所形成的图样叫做干涉图样。巩固练习1、插在水中的细棒对水波的传播影响甚微，这是波的-现象；隔着矮墙听到外面人的讲话，这是波的-现象。2、一个音叉的振动频率为440，声波在空气中传播的速度为340m/s。求这一声波的波长。3、人们可以听到的声音频率从20Hz到200Hz，求声波的波长范围。衍射衍射17m1.7cm77.3cm思考与讨论 红楼梦中曹雪芹描写王熙凤的语句“未见其人，先闻其声”，请用本节课的知识对该现象进行解释。（已知声波波长1.7cm-17m之间，光波波长约在0.4-0.7um的范围内） 1. 波的衍射: 声音能从墙上绕过去，水波也会绕过障碍物继续传播