《河南省洛阳市高中物理 第十二章 机械波 12.4 波的衍射和干涉课件 新人教版选修3-4》由会员分享，可在线阅读，更多相关《河南省洛阳市高中物理 第十二章 机械波 12.4 波的衍射和干涉课件 新人教版选修3-4（52页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、一、知识与技能 1知道什么是波的衍射和干涉现象。 2知道波发生明显衍射的条件。 3知道波的叠加原理，知道波的干涉现象实质上是波的一种特殊的叠加现象。 4知道波的干涉的条件及波的干涉图样的特点。 5知道衍射与干涉是波所特有的现象。,二、过程与方法 1通过实验的演示，观察和发现波的衍射的现象，理解发生衍射的条件。 2明确波的叠加原理，通过观察、分析干涉现象，了解干涉图样的特点。 三、情感、态度和价值观 1培养学生“观察现象归纳特征得出结论”的实验方法。 2培养学生的空间想象能力。,1.波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做波的_。 2实验表明：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长_，或者比波长_时
2、，才能观察到明显的衍射现象。 3一切波_发生衍射。衍射是波_的现象。,4事实表明，几列波相遇时能够保持_运动状态，继续传播，在它们重叠的区域里，介质的质点_参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的_。 5频率_两列波叠加时，使某些区域的振幅_、某些区域的振幅_，这种现象叫做波的干涉，形成的图样常常叫做_。,6产生干涉的必要条件是，两列波的_必须相同。跟_一样，干涉也是波所_的现象。 答案： 1衍射 2相差不多 更小 3都能 特有 4各自的 同时 矢量和 5相同的 加大 减小 干涉图样 6频率 衍射 特有,知识点1 波的衍射,(1)定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象
3、。如图1241所示。 注意：衍射是波特有的现象。 一切波都能发生衍射现象。 (2)产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相差不多，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象。例如：声波的波长一般比院墙大，“隔墙有耳”就是声波衍射的例证。,注意：一切波都能发生衍射，而要发生明显的衍射现象须满足上述条件，当不满足上述条件时，衍射现象仍存在，只不过是衍射现象不明显，不易被我们观察到。波的直线传播就是衍射不明显时的近似。,【例1】如图1242所示是观察水面波衍,射现象的实验装置，AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O是波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹(图中
4、曲线)之间的距离表示一个波长，则波经过孔之后的传播情况，下列描述中正确的是 ( ),A此时能明显观察到波的衍射现象 B挡板前后波纹间距离相等 C如果孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象 D如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显的观察到衍射现象 【答案】A、B、C,【解析】根据能有明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小或差不多。从图中可看出孔AB的尺寸小于一个波长，所以此时能明显地观察到波的衍射现象，A正确；因为穿过挡板小孔后的波速不变，频率相同，所以波长也相同，B正确；若将孔AB扩大，将可能不满足明显衍射现象的条件，就有可能观察不到明显的衍射现象，C正确；若将波源频率增大，由于波
5、速不变，所以波长变小，将可能不满足明显衍射现象的条件，也有可能观察不到明显的衍射现象，D错误。,【思维点悟】本题考查的是一个演示实验。要求对波发生明显衍射现象的条件，以及波长、频率、波速之间的关系有正确的认识。因此对重要的演示实验的实验原理和实验方法，都必须有深入的理解。 在观察水波衍射现象的实验中，若打击水面的振子振动频率增大，观察到的衍射现象有什么变化？(提示：v/f，f增大，减小，则衍射现象变得不明显),对应练习 射实验俯视图 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，出现了如图1243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
6、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vf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,(1)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引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和。,知识点2 波的叠加,(2)理解：位移是两列波分别产生的位移的矢量和 当两个波源产生的两列波在同一介质
7、中传播时，介质中的每个质点都要同时参与两个分运动，在任一时刻，第一列波使某个质点a振动所产生的位移是x1，第二列波同时使质点a振动所产生的位移是x2，则质点a的位移就是这两列波分别产生的位移的矢量和。,各列波独立传播 几列波在同一介质中传播，在介质中某一点(或某一区域)相遇时，每一列波都能够保持各自的状态继续沿着原来的方向向前传播，彼此之间互不影响，好像没有遇到的另一列波一样，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，每一质点仍然是在各自的平衡位置附近做振动。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。 注意：叠加原理适用于一切波。,【例2】如图1244所示，两列
8、相同的波沿一直线相向传播，当它们相遇时，如图所示的波形中可能的是 ( ),【答案】B、C 【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)重叠的区域内所有质点此刻的振动合位移为零，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。,【思维点悟】在两列波叠加时，质点的位移是每列波单独传播时引起的位移的矢量和。本题考查对波的叠加原理的理解。,对应练习 2如图1245所示，波源
9、S1在绳的左端发出频率为f1，振幅为A1的半个波形a，同时另一个波源S2在绳的右端发出频率为f2，振幅为A2的半个波形b，且f1f2，P为两个波源连线的中点。已知机械波在介质中传播的速度只由介质本身的性质决定。下列说法正确的是 ( ),A两列波比较，a波将先到达P点 B两列波在P点叠加时，P点的位移最大可达A1A2 Cb的波峰到达P点时，a的波峰还没有到达P D两列波相遇时，绳上位移可达A1A2的点只有一个，此点在P点的左侧,答案：C、D,(1)干涉：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动总是加强，某些区域的振动总是减弱，并且加强区和减弱区相互间隔，这种现象叫做波的干涉。,(2)干涉图样 波的
10、干涉形成的图样叫干涉图样。如图1246所示,注意：干涉是波叠加的结果，任意两列机械波都会叠加，但只有满足频率相同，即f1f2时，才能出现稳定的干涉现象。 振动加强(减弱)的区域是指质点的振幅大(小)，而不是指振动的位移大(小)，因为位移是在时刻变化的。 一切波都能发生干涉现象，干涉是波特有的现象。但是两列频率不同的波叠加后，加强和减弱不稳定，不能形成干涉图样。,(3)加强点和减弱点 加强点：振动加强的点振动总是加强，但并不是始终处于波峰或波谷，它们都在平衡位置附近振动，也有的时刻位移为零。只是振幅为两列波振幅之和，显得振动剧烈。 减弱点：振动减弱点的振动始终减弱，它位移的大小始终等于两列波分别
11、引起位移的大小之差，振幅为两列波振幅之差。如果两列波的振幅相同，则振动减弱点将会总是处于静止的。,振动加强点和减弱点的判断方法 a条件判断法：振动频率相同、振动方向相同的两波源产生的波叠加时，加强、减弱条件如下：设点到两波源的距离差为r。若两波源振动的相差为零，那么当r2k/2时为加强点；当r(2k1)/2时为减弱点(k0,1,2)。若两波源振动步调相反，即相差为，则上述结论相反。 b现象判断法：若某点总是波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇，该点为加强点，若总是波峰与波谷相遇，则为减弱点。,【例3】如图1247所示表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇。图中实线表示某时刻的波峰，
12、虚线表示波谷，下列说法正确的是 ( ),Aa、c两点的振动加强，b、d两点的振动减弱 Be、f两点的振动介于加强点和减弱点之间 C经适当的时间后，加强点和减弱点的位置互换 D经半个周期后，原来位于波峰的点将位于波谷，原来位于波谷的点将位于波峰 【答案】A、D,【解析】波的干涉示意图所示的仅是某一时刻两列相干波叠加的情况，形成干涉图样的所有介质质点都在不停地振动着，其位移的大小和方向都在不停地变化着。但要注意，对稳定的干涉，振动加强和减弱的区域的空间位置是不变的。a点是波谷和波谷相遇的点，c是波峰和波峰相遇的点，都是振动加强的点；而b、d两点都是波峰和波谷相遇的点，是振动减弱的点，A正确；e位于
13、加强点的连线上，仍为加强点，f位于减弱点的连线上，仍为减弱点，B错误；相干波源叠加产生的干涉是稳定的，不会随时间变化，C错误；因形成干涉图样的介质质点也是不停地做周期性振动，经半个周期步调相反，D正确。,【思维点悟】若认为只有干涉图样上波峰和波峰、波谷和波谷相遇的点才是振动加强的点，波峰和波谷相遇的点为振动减弱的点，可能误选B；误认为加强点永远位于波峰，减弱的点永远位于波谷，会漏选D。,对应练习 3如图1248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
14、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：在波的干涉中，振动加强区域里的质点总在自己的平衡位置两侧做简谐振动，只是质点的振幅较大，为A1A2。本题中由于A1A2，故振动减弱区的质点并不振动，即质点C不振动，而此时A点是波峰与波峰相遇，是加强点，B点是波谷与波谷相遇，是加强点。又A、D、B三点在同一条振动加强线上，这条线上任一点的振动都是加强的，故此三点都为加强点，这样，此三点都是一会儿在波峰，一会儿在波谷。 答案：A、B、D,1.对衍射现象的理解 (1)衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射。 (2)凡能发生衍射现象的就是波。 (3)波的衍射总是存
15、在的，只有“明显”与“不明显”的差异。 (4)波长较长的波容易产生明显的衍射现象。,(5)波传到孔或障碍物时，孔或障碍物仿佛一个新波源，由它发出与原来同频率的波在孔或障碍物后传播，就偏离了直线方向。因此，波的直线传播只是在衍射不明显时的近似。,【例4】下列关于波的衍射的说法正确的是 ( ) A衍射是一切波特有的现象 B对同一列波，缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长小时，衍射现象明显 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是由于声波波长较大,【答案】A、B、D 【解析】衍射是一切波特有的现象，所以选项A对C错；发生明显的衍射现象是有条件的，只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象，所以选项B是正确的；声波的波长在1.7 cm到17 m之间，一般常见的障碍物或孔的大小可与之相比，正是由于声波波长较大，声波容易发生衍射现象，所以选项D也是正确的。,2对波的干涉现象的理解 (1)波的叠加是无条件的，任何频率的两列波在空间相遇都会叠加。 (2)稳定干涉图样的产生是有条件的，必须是两列波的频率相同、相差恒定，如果两列波的频率不相等，在相遇的区域里不同时刻各质点叠加的结果都不相同，看不到稳定干涉图样。,(3)明显的干涉图样和稳定的干涉图样意义是不同的，明显的干涉图样除了满足相干条件外，还必须满
