波的衍射和干涉-(2)课件

第五､六节波的衍射波的干涉知识梳理图(学生用书P38)知识点1.波的衍射及产生明显衍射的条件2.波的叠加原理3.波的干涉现象及稳定干涉的条件情景设置(学生用书P38)我们处在一堵墙的一侧,而墙的另一侧有两个人在交谈,我们如何能听到他们交谈的声音,而且能听清他们交谈的内容呢?深化探究(学生用书P38)一､波的衍射1.定义:波可绕过障碍物继续传播,这种现象叫做波的衍射.例如:(1)在水波槽中,在波源的前方放一障碍物,使波源振动产生水波,当障碍物较大时波被阻挡,在靠近障碍物后面没有波,只是在障碍物较远处,波才稍微有些绕到“影子”区域里,如下图(左)所示,虽然发生了衍射,但不明显.当障碍物较小时发现波绕过障碍物继续前进,如同障碍物不存在一样.如下图(右)所示,衍射现象明显.2.产生明显衍射的条件产生明显衍射现象,必须具备一定的条件:障碍物或孔的尺寸比波长小,或者跟波长相差不多.(1)障碍物或孔的尺寸大小并不是决定衍射能否发生的条件,仅是衍射现象是否明显的条件,一般情况下,波长较大的波容易发生明显衍射现象.(2)波传到小孔(或障碍物),小孔(或障碍物)仿佛一个新的波源,由它发出与原来同频率的波(称为子波),在孔后传播,于是就出现了偏离直线传播的衍射现象.(3)当孔的尺寸远小于波长时,尽管衍射十分突出,但由于衍射波的能量很弱,衍射现象不容易观察到.3.惠更斯原理对衍射现象的解释由惠更斯原理,波面上的每一点都可以看做子波的波源,位于障碍物边缘狭缝处的点也是子波的波源,所以波可以传到障碍物的后面.惠更斯原理只能解释波的传播方向,不能解释波的强度,所以无法说明衍射现象与狭缝与障碍物大小的关系.二､波的叠加1.波的独立传播特性两列波相遇后,每列波仍像相遇前一样,保持各自原来的波形继续向前传播.2.波的叠加原理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,当两列波振动方向在同一直线上时,这两个位移的矢量和在选定正方向后可简化为代数和.波的叠加原理是波具有独立传播性的必然结果,由于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大,也可能减小.如下图(左)所示为两列同相的波叠加,振动加强,振幅增大.下图(右)所示为两列反相波的叠加,振动减弱,振幅减小.三､波的干涉1.干涉现象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,并且振动加强和振动减弱的区域相互间隔,这种现象叫波的干涉,形成的图样叫做波的干涉图样如下图所示.2.对振动加强和减弱点的解释(1)振动加强点由波源S1､S2在质点a分别引起的振幅为A1､A2.从S1､S2发出的两列波传到a点时是同相(即振动步调一致)的,引起a点的振动方向是一致的.a点的振幅为A1+A2;两波源到振动加强点的距离差Δx=kλ(k=0,1,2,3…);振动加强点a并不是始终处于波峰(或波谷),它仍然在平衡位置附近振动,只是振幅最大,上图中实线都是振动加强的点.(2)振动减弱点

从波源S1､S2发出的两列波传到振动减弱点b是反相(即振动步调相反)的,引起b点的振动方向相反振幅为(A1-A2)两波源S1､S2到振动减弱点b的距离差Δx=(2k+1)(k=0,1,2,3…)振动减弱点b并非一定不振,只是振幅最小,上图中虚线上各点都是振动减弱点.3.两列波产生稳定干涉的必要条件两列波的频率必须相同,是产生稳定干涉的必要条件.如果两列波的频率不同,在叠加时各个质点的振幅是随时间变化的,不会出现总是加强或总是减弱的区域,因而不能产生稳定的干涉图样.4.波的干涉和衍射是波所特有的现象一切波都能够发生干涉和衍射现象;反之能够发生干涉和衍射现象的一定是波.典例分析(学生用书P39)一､对波的衍射的理解例1:把M､N两块挡板中的空隙当做一个“小孔”做水波的衍射实验,出现了如下图所示的图样,位置P处的水没有振动起来,现要使挡板左边的振动传到P处,在不改变挡板M的左右位置和P点位置的情况下,可以采用哪些办法?解析:波发生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸与波长相差不多,或者比波长更小,所以要使P点振动起来,有两种方法:一是减小孔的尺寸,二是增大波的波长.N板向上移,可以减小孔的尺寸;由v=λf可知,水波的波速一定,减小波源的频率可以增大水波的波长.答案:N板上移,或减小波源振动的频率巩固练习1在水波的衍射实验中,若打击水面的振子振动的频率是5Hz,水波在水槽中传播速度是0.05m/s,为观察到明显的衍射现象,小孔直径应为()A.10cmB.5mC.d>1cm D.d≤1cm答案:D解析:本题考察发生明显衍射,障碍物或孔的尺寸小于波的波长或相差不多,即孔的直径d与水波的波长λ.如果有d≤λ,则定会发生明显衍射,由波速公式v=λf得λ= m.即孔的直径d应与1cm相当或比它还小,故选项D正确.二､干涉图样的理解和应用例2:如下图所示,实线和虚线分别表示振幅､频率均相同的两列波的波峰和波谷.此刻,M是波峰与波峰相遇点,下列说法中正确的是()A.该时刻质点O正处在平衡位置B.[KG*5]P､N两质点始终处在平衡位置C.随着时间的推移,质点M向O点处移动D.从该时刻起,经过四分之一周期,质点M到达平衡位置解析:波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇的点为振动加强点,波峰与波谷相遇的点为振动减弱的点,在波的传播方向上,加强点的连线为加强区,减弱点的连线为减弱区,不管波如何叠加,介质各质点均在各自的平衡位置附近振动.本题考查对干涉图样的认识,由图可知,图中O､M为振动加强的点,此时刻O处于波谷,M处于波峰,因此A选项错误;N､P为振动减弱的点,又因两列波振幅相同.因此N､P两点振幅为零,即两质点始终处于平衡位置,故B正确.质点不会随波推移,C不正确,从该时刻经

周期,两列波在M点分别引起的振动都位于平衡位置,故M点位于平衡位置,D正确.答案:BD点评:先找出一系列加强点和减弱点,然后确定加强区或减弱区,波形时刻在变化,可以沿波线方向平移波形,在此找到一般质点的振动情况,更准确地确定加强区和减弱区.巩固练习2水槽中步调相反的波源S1､S2发出两列波长相等的水波,设某一时刻P点恰好是两波谷相遇,则()A.这两列波能干涉B.P点始终就在波谷C.P是振动加强点D.P的位移有时可能为零解析:S1､S2两波源步调相反,发出的波波长相等,由v=λf知两列波的频率相同.由干涉条件可知两列波能相干.P点是两列波的波谷相遇处,一定是振动加强的点,波源的步调相反,只说明波源S1､S2到P点的距离差应是半波的奇数倍,振动加强的点也在平衡位置附近振动,振幅为A1+A2,故A､C､D选项正确.答案:ACD三､综合､创新与拓展例3:如下图所示,沿一条直线相向传播的两列波的振幅和波长均相等,当它们相遇时可能出现的波形是下图中的()解析:当两列波的前半个波(或后半个波)相遇时,根据波的叠加原理,在前半个波(或后半个波)重叠的区域内所有的质点振动的合位移为零,而两列波的后半个波(或前半个波)的波形保持不变,所以选项B正确.当两列波完全相遇时(即重叠在一起),由波的叠加原理可知,所有质点振动的位移均等于每列波单独传播时引起的位移的矢量和,使得所有的质点振动的位移加倍,所以选项C也是正确的.答案:BC梯度练习(学生用书P40)基础强化1.下列情况中不能发生明显衍射的是()A.障碍物或孔的尺寸与波长相等B.障碍物或孔的尺寸比波长小C.障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多D.波长比障碍物或孔的尺寸小得多答案:D2.下面哪些现象是波的衍射()A.面对障碍物大喊一声,过一会听见自己的声音B.夏天听天空中轰鸣不绝的雷声C.在障碍物的后面可以听到前面人说话的声音D.一人敲一下长钢管的一端,另一人用耳朵贴近钢管的另一端,先后听到两次声音答案:C3.两列波相叠加产生了稳定的干涉现象,得到了干涉图样,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B.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D.振动加强区在空间的位置一直不变答案:C4.S1和S2是相干波源,它们发出的两列波在空间相遇发生干涉,如下图所示.实线表示波峰,虚线表示波谷,则()A.振动加强的点有a、b、c、d四点B.A、b、c、d均为振动减弱的点C.B、c为振动加强的点D.A、d为振动加强的点答案:D5.关于干涉和衍射现象的正确说法是()A.两列波在介质中叠加一定产生干涉现象B.因衍射是波特有的特征,所以波遇到障碍物时一定能发生明显衍射现象C.叠加规律运用于一切波D.只有频率相同的两列波叠加才能产生稳定的干涉现象答案:CD解析:频率相同是产生干涉的必要条件,故A选项错误.D选项正确;一切波在任何条件下都会发生衍射现象,但只有障碍物的尺寸与波长相差不多,或比波长小,衍射现象才能明显,故B选项错误;波的叠加,没有条件限制,故C选项正确.能力提升6.一列水波通过某孔的实际情况如右图所示,现把孔的尺寸变小,或者把水波的波长变大,对水波通过孔后的假想情况的四幅图中,其假想错误的图示有()答案:BD7.在空旷的广场上有一堵较高的墙MN,墙的一侧O点有一个正在播放男女声合唱歌曲的声源,某人从下图中的A点走到墙后的B点.在此过程中,如果从声波的衍射来考虑,则会听到()A.声音变响亮,男声比女声更响B.声音变响亮,女声比男声更响C.声音变弱,男声比女声更弱D.声音变弱,女声比男声更弱解析:男声频率较低,在空气中的声波波长较长,女声频率较高,在空气中的声波波长较短,所以男声比女声更容易发生衍射,故D选项正确.答案:D8.如下图所示,S1､S2是振动情况完全相同的两个机械波源,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2AB.c处质点的位移始终为-2AC.b处质点的振幅为2AD.c处质点的振幅为2A解析:两振源S1､S2振动情况相同,a､b､c是两振源连线中垂线上的点,则波源到达a､b､c三点的波程差为零,即a､b､c三点都处于振动加强的点,振动加强的点的位移也在不断的变化,只是振幅等于两列波的振幅之和,故C､D选项正确.答案:CD9.如下图所示是水波干涉示意图,S1,S2是两波源,A､D､B三点在一条直线上,两波源频率相同,振幅相等,下列说法正确的是()A.质点A一会儿在波峰,一会儿在波谷B.质点B一会儿在波峰,一会儿在波谷C.质点C一会儿在波峰,一会儿在波谷D.质点D一会儿在波峰,一会儿在波谷解析:由题意可