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1、第十二章 机械波 第四节 波的衍射和干涉 人教版选修3 4 水 声波都会发生衍射现象 它们发生衍射的现象特征是什么 机械波能发生衍射 通过衍射把能量传到阴 影区域 能够发生明显衍射的条件是障碍物 或孔的尺寸跟波长差不多 水波衍射 课标定位 学习目标 1 知道波的衍射现象 理解发生明显衍射 的条件 2 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 3 理解形成稳定干涉图样的条件 知道波的干涉图 样的特点 掌握振动加强点 减弱点的振动情况 4 知道衍射和干涉是波特有的现象 重点难点 1 发生明显衍射的条件 2 产生干涉时 加强点 减弱点的判断 导 一 波的衍射 1 定义 波可
2、以绕过障碍物继续传播的现象 2 实验及现象 1 实验器材 在水槽里放两块挡板 中间留个狭缝 思 2 现象 狭缝宽度比波长大得多时 波的传播同光沿 传播一样 在挡板后面产生一个 阴影区 如教材图12 4 1甲 狭缝宽度与波长相差不多或比波长还小时 水 波 挡板后面继续传播 如教材图12 4 1乙 3 发生明显衍射的条件 缝 孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长 或者 直线 绕到 相差不多比波长更小 二 波的叠加 1 波的独立传播 两列波相遇后彼此穿过 仍然 各自的 继续传播 2 波的叠加 在它们重叠的区域里 介质的质点 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 如图 12
3、 4 1所示 图12 4 1 保持运动状态 同时参与 三 波的干涉 1 实验及现象 1 实验 波源是固定在同一个振动片上的两根细 杆 当振动片振动时 两根细杆 地触动 水面 形成两个波源 这两个波源发出的是相位 相同 相同 也相同的两列 波 2 现象 两列波相遇后 水面上出现了一条条 的区域和 的区域 这两 种区域在水面上的位置是 的 周期性 频率振动方向 相对平静 激烈振动 稳定不变 2 现象解释 1 加强点 在某些点两列波引起的振动 质点的振动最剧烈 振动的振幅等于两列波的 2 减弱点 在某些点两列波引起的振动 质点振动的振幅等于两列波的 若 两列波振幅相同 质点振动的合振幅就等于零 水面
4、保持平静 同相 振幅之和 反相 振幅之差 3 波的干涉 1 定义 相同的两列波叠加时 某些区 域的振幅 某些区域的振幅 的现 象 2 干涉图样 波的干涉中所形成的图样 3 干涉条件 相同 相位差恒定是两列 波产生干涉的必要条件 频率 加大 减小 频率 一 波的衍射 波的衍射现象及发生明显衍射的条件 议 特别提醒 1 衍射是波特有的现象 凡能发生衍射 现象的一定是波 2 波的衍射总是存在的 只有明显与不明显之别 没 有不发生衍射之说 展 二 对波的干涉现象的理解 1 稳定干涉的条件 2 干涉图样及其特征 3 加强点 与 减弱点 的判定方法 议 二 对波的干涉现象的理解 1 波的叠加 叠加是无条件
5、的 任何频率的两列波在空间相遇都 会叠加 2 波的干涉 1 稳定干涉 稳定干涉图样的产生是有条件的 必须是两列同类 的波 并且波的频率相同 振动方向在同一直线上 相位差恒定 如果两列波的频率不相等 在同一种 介质中传播时其波长就不相等 这样不能形成稳定 的振动加强点和减弱点 因此我们就看不到稳定的 干涉图样 只能是一般的振动叠加现象 展评 2 明显干涉 明显干涉图样和稳定干涉图样意义是不同的 明显干涉图样除了满足相干条件外 还必须满 足两列波振幅差别不大 振幅越是接近 干涉 图样越明显 3 介质质点的振动 干涉区域内的各质点始终以振源的频率振动 且振幅保持不变 但其位移随时间变化 振幅为0 的
6、减弱点除外 4 干涉图样及其特征 1 干涉图样 如图12 4 2所示 2 特征 加强区和减弱区的位置固定不变 加强区始终加强 减弱区始终减弱 加强区与 减弱区不随时间变化 加强区与减弱区互相间隔 5 加强点 与 减弱点 的判定方法 设S1 S2为振动频率相同 振动情况完全相同的 两个波源 它们产生的两列波在同一均匀介质中 传播 介质中某点P到S1 S2的距离分别为PS1 PS2 距离差 x PS1 PS2 1 下列说法中正确的是 A 孔的尺寸比波长大得多时不会发生衍射现象 B 孔的尺寸比波长小才发生衍射现象 C 只有孔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 D 只有波
7、才有衍射现象 检 解析 选CD 波绕过障碍物的现象称为波的衍射现 象 发生明显衍射的条件是孔或障碍物尺寸跟波 长差不多或者比波长更小 孔径大并不是不发生 衍射 只是更突出原波的传播 波面只有边缘有 变化 换句话说 波的衍射现象不明显 所以A B项错 C项正确 衍射现象是波的特有的现象 所以D项正确 2 两列波相叠加发生了稳定的干涉现象 那么 A 两列波的频率不一定相同 B 振动加强区域的各质点都在波峰上 C 振动加强的区域始终加强 振动减弱的区域始 终减弱 D 振动加强的区域和振动减弱的区域不断地周期 性地交换位置 解析 选C 两列波发生稳定的干涉的条件是两列波 的频率相同且相位差恒定 故A错
8、 且振动加强区始 终加强 振动减弱区始终减弱 形成稳定的干涉图 样 C对D错 振动加强区域的各质点只是振幅最大 它们也在自己的平衡位置附近振动 并不是只在 波峰上 B错 3 当两列波产生干涉时 如果两列波的波峰在 P点相遇 下列说法正确的是 A 质点P的振动始终是加强的 B 质点P的振幅最大 C 质点P的位移始终最大 D 质点P的位移有时为零 解析 选ABD 依题意两列波满足干涉条件 其波峰 相遇点P一定是加强点 且振动是始终加强的 合 振幅最大 但需要注意的是 加强点不能理解为位 移始终是最大的 而是指两列波在振动过程中始终 是加强的 这个加强点的位移有时可能为零 有时 可能最大 故选项A
9、B D正确 4 如图所示 在同一均匀介质中有S1和S2两个波源 这两个波源的频率 振动方向均相同 且振动的 步调完全一致 S1与S2之间相距为4 m 若S1 S2 振动频率均为5 Hz 两列波的波速均为10 m s B 点为S1和S2连线的中点 今以B点为圆心 以R BS1为半径画圆 1 该波的波长为多少 2 在S1 S2连线之间振动加强的点有几个 3 在该圆周上 S1和S2两波源除外 共有几个振动加 强的点 2 在S1 S2连线上任选一点A 则 S1A S2A 4 2 即 2 x 2 由加强的条件 x n 得 2 n 2 故n 1 0 1 即3个加强点 3 如图12 4 7 A B C三点为振动加强的点 过A B C三点作三条加强线 表示三个加强区 域 交于圆周上A1 A2 B1 B2 C1 C2六个点 显然这六个点也为加强点 故圆周上共有六个加强 点 答案 1 2 m 2 3 3 6
