《高中物理选修34课件12.4波的衍射和干涉》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理选修34课件12.4波的衍射和干涉（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、4波的衍射和干涉,一、波的衍射 1.定义:波可以_继续传播的现象。 2.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_,或者比波长_时,才能观察到明显的衍 射现象。 3.波的衍射的普遍性:一切波都能发生_,_是波特有的 现象。,绕过障碍物,相差不多,更小,衍射,衍射,【自我思悟】 1.波遇到障碍物时,一定发生衍射现象吗? 提示:波遇到障碍物时,一定发生衍射,衍射是波特有的现象,一切波都会发生衍射现象。 2.既然一切波都能够发生衍射,那为什么生活中见不到光波的衍射现象? 提示:光波的波长通常在0.40.7m的范围内,跟一般障碍物的尺寸相比非常小,所以通常情况下看不到光的衍射,看
2、到的是光的直线传播。,二、波的干涉 1.波的叠加原理:在几列波重叠的区域里,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_。,同时,矢量和,2.波的干涉: (1)定义:_相同的两列波叠加时,某些区域的_、 某些区域的_的现象。 (2)稳定干涉条件。 两列波的频率必须_。 两个波源的相位差必须_。 3.干涉的普遍性:_波都能够发生干涉,干涉是_特有的现 象。,频率,振幅加大,振幅减小,相同,保持不变,一切,波,【自我思悟】 1.若绳两端持续上下抖动,两列绳波的振幅均为A,则在两绳波的叠加区内,加强点和减弱点的振幅各多大? 提示:两列绳波相遇时,加强点的振幅为两列
3、绳波振幅之和,即为2A,减弱点的振幅为两列绳波振幅之差,即等于零,不再振动。,2.敲击音叉使其发声,然后转动音叉,为什么听到声音忽强忽弱? 提示:这是声波的干涉现象。音叉的两股振动频率相同,这样,两列频率相同的声波在空气中传播,有的区域振动加强,有的区域振动减弱,于是听到声音忽强忽弱。,【盲区扫描】 1.一般情况下,波长较大的波容易产生明显的衍射现象。 2.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。 3.两列波叠加并不一定产生干涉,干涉是有条件的,即频率相等且相位差恒定。 4.我们所说的“干涉”是能形成稳定的干涉图样的波的叠加。,一、对波的衍射现象的理解 深化理解 1.关于衍射的
4、条件:应该说衍射是没有条件的,衍射是波特有的现象,一切波都可以发生衍射。衍射只有“明显”与“不明显”之分,障碍物或小孔的尺寸跟波长差不多,或比波长小是产生明显衍射的条件。,2.波的衍射实质分析:波传到小孔(障碍物)时,小孔(障碍物)仿佛是一个新波源,由它发出的与原来同频率的波在小孔(障碍物)后传播,就偏离了直线方向。波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况。,【微思考】 不同波长的波在传播中遇到相同大小的障碍物时,什么时候表现为直线传播,什么时候能绕过障碍物继续向前传播? 提示:取决于波长与障碍物的尺寸的关系,若波长比障碍物尺寸大或二者差不多,则表现为衍射;若波长比障碍物尺寸小很多,则表现为直
5、线传播。,【题组通关】 【示范题】一列波在传播过程中通过一个障碍物,发生了一定程度的衍射,以下哪种情况可以使衍射现象更明显() A.增大障碍物的尺寸,同时增大波的频率 B.增大障碍物的尺寸,同时减小波的频率 C.缩小障碍物的尺寸,同时增大波的频率 D.缩小障碍物的尺寸,同时减小波的频率,【解题探究】(1)能发生明显衍射现象的条件是_ _。 (2)改变衍射现象的明显程度可以通过改变_ _来实现。,障碍物的尺寸,跟波长相差不大或小于波长,障碍物的尺寸或波,长的大小,【规范解答】选D。波在介质中传播时波速是由介质决定的,与波的频率无关,所以改变波的频率不会改变波速,但由v=f可知,当波速一定时,减小
6、频率则波长增大。而发生明显衍射的条件是障碍物或孔、缝的尺寸比波长小或相差不多,要使衍射现象变得明显,可以通过缩小障碍物的尺寸,同时增大波长即减小波的频率来实现,D选项正确。,【通关1+1】 1.(多选)关于波的衍射现象,下列说法正确的是() A.当孔的尺寸比波长大时,一定不会发生衍射现象 B.只有孔的尺寸与波长相差不多时,或者比波长还小时才会观察到明显的衍射现象 C.只有波才有衍射现象 D.以上说法均不正确,【解析】选B、C。当孔的尺寸比波长大时,会发生衍射现象,只不过不明显。只有当孔、缝或障碍物的尺寸跟波长相差不多,或者比波长更小时,才会发生明显的衍射现象,切不可把此条件用来判断波是否发生了
7、衍射现象。,2.(2014潍坊高二检测)音箱装置布网既美观又能阻止灰尘进入音箱内部,但是它又有不利的一面,对于音箱发出的声音来说,布网就成了障碍物,它阻碍了声音的传播,造成了声音的失真。有的生产厂家就把布网安装上子母扣,这样听音乐时就可以将布网卸下来,从而获得真实的听觉效果,听同样的音乐时,不卸下布网跟卸下布网相比较,你认为声音损失掉的主要是() A.高频成分B.低频成分 C.中频成分D.不能确定,【解析】选A。当声音从音箱发出遇到布网这一障碍物时,若声波的波长比布网的直径大或者和它差不多时,就可以发生明显的衍射现象,这样布网就不能阻挡这部分声波,布网可以阻挡波长比它的直径小得多的声波,即声音
8、的高频成分,所以选A。,【变式训练】1.(多选)下列事实属于明显的衍射现象的是 () A.池塘里的水波,遇到突出水面的小石块,小石块对波的传播没有影响 B.水波前进方向上有一障碍物,其后面没有水波传播过去 C.水波前进方向上有一个带小孔的屏,水波通过小孔传播到屏后的区域 D.板胡的声音比弦声更响,【解析】选A、C。波绕过障碍物(或小孔)继续传播的现象叫衍射现象,故A、C选项正确;水波没有绕过障碍物,不属于明显的衍射现象,所以B选项错误;声音的响亮与否不是由衍射现象决定的,故D错。,2.(多选)(2014泰安高二检测)如图所示, S是波源,M、N是两块挡板,其中M板固定, N板可以左右移动,两板
9、中间有一狭缝,此 时A点没有明显振动,为了使A点能发生明显振动,可采用的方法是() A.增大波源的频率B.减小波源的频率 C.将N板向右移D.将N板向左移,【解析】选B、D。A点要发生明显振动,就是要出现明显的衍射现象,而发生明显衍射现象的条件是障碍物或小孔的尺寸比波长小或者跟波长差不多,当狭缝距离不变时,必须增大波长,而v是一定的,由v=f可知,要增大则要减小f,故B正确。当波长不变时,将N板左移,使狭缝距离d减小,也能产生明显衍射,故D正确。故本题应选B、D。,【素养升华】 对衍射的两点说明 (1)障碍物的尺寸的大小不是发生衍射的条件,而是发生明显衍射的条件,波长越大越易发生明显衍射现象。
10、 (2)当孔的尺寸远小于波长时,由于衍射波的能量很弱,实际上很难观察到波的衍射。,二、对波的叠加与波的干涉现象的理解 拓展延伸 1.波的独立传播:几列波相遇时能够保持各自的运动特征,继续传播。即各自的波长、频率等保持不变。,2.关于干涉的条件: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。但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。,3.关于加强点(区)和减弱点(区):
11、(1)加强点:在某些点两列波引起的振动始终加强,质点的振动最剧烈,振动的振幅等于两列波的振幅之和,A=A1+A2。 (2)减弱点:在某些点两列波引起的振动始终相互削弱,质点振动的振幅等于两列波的振幅之差,A=|A1-A2|,若两列波振幅相同,质点振动的合振幅就等于零,水面保持平静。,4.干涉图样及其特征: (1)干涉图样:如图所示。,(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。,【微思考】 (1)两列频率不同的波相遇并叠加后,质点振动的频率等于两列波的频率之和吗? 提示:不等于,两列波相遇后,频率不能叠加。
12、 (2)振动加强点的位移是否始终等于两列波的振幅之和。 提示:不是,振动加强点在平衡位置两侧反复振动,位移随时间是变化的。,【题组通关】 【示范题】波源S1和S2的振动方向相同,频率 均为4Hz,分别置于均匀介质中x轴上的O、A两 点处,OA=2m,如图所示。两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播,波速为4m/s。已知两波源振动的初始相位相同。求: (1)简谐横波的波长。 (2)OA间合振动振幅最小的点的位置。,【解题探究】(1)两列波的波速是否相等? 提示:因两列波在同种介质中传播,故波速相等。 (2)振幅最小的点到两波源的距离之差与波长是什么关系? 提示:由于两波源振动情况相同,振动减弱点到两
13、波源的距离差等于半波长的奇数倍。,【规范解答】(1)设简谐横波波长为,频率为f,则v=f,代入已知数据,得=1m (2)以O为坐标原点,设P为OA间的任意一点,其坐标为x,则两波源到P点的波程差l=x-(2-x),0 x2。其中x、l以m为单位。,合振动振幅最小的点的位置满足l=(k+ ),k为整数,所以 可得 故k=-2、-1、0、1。 解得:x=0.25m,0.75m,1.25m,1.75m 答案:(1)1m (2)x=0.25m,0.75m,1.25m,1.75m,【通关1+1】 1.(多选)(2014大纲版全国卷)两列振动方向相同、振幅分别为A1和A2的相干简谐横波相遇。下列说法正确的
14、是() A.波峰与波谷相遇处质点的振幅为|A1-A2| B.波峰与波峰相遇处质点离开平衡位置的位移始终为A1+A2 C.波峰与波谷相遇处质点的位移总是小于波峰与波峰相遇处质点的位移 D.波峰与波峰相遇处质点的振幅一定大于波峰与波谷相遇处质点的振幅,【解析】选A、D。波峰与波峰相遇处的质点振动加强,振幅为A1+A2,而质点的位移大小在0A1+A2之间变化;波峰和波谷相遇处的质点,振动减弱,振幅为|A1-A2|,其位移大小在0|A1-A2|之间变化,故B、C错,A、D对。,2.(多选)如图所示,S1、S2是振幅均为A的两个水波波源,某时刻它们形成的波峰和波谷分别由实线和虚线表示,则下列说法中正确的
15、是() A.两列波在相遇区域内发生干涉 B.两列波在相遇区域内发生叠加 C.此时各点的位移是:xA=0,xB=-2A,xC=2A D.A处振动始终减弱,B、C处振动始终加强,【解析】选B、C。两列波发生干涉的条件是频率相同,相位差 恒定,从图上可知1=22,则2f1=f2,这两列波不是相干波,故 不能发生干涉现象。 两列机械波在相遇区域发生叠加,这是波的基本现象之一。其 结果是:任何一个质点的总位移都等于这两列波分别引起的位 移的矢量和,所以B、C两项都正确。 由于频率不同,叠加情况会发生变化,如C处此时两波峰相遇,但 经过 ,S2在C处恰好变为波谷,S1则不是,故C处振动不能始终 加强,D项
16、错误。,【变式训练】1.(2011上海高考)两波源 S1、S2在水槽中形成的波形如图所示,其中 实线表示波峰,虚线表示波谷,则() A.在两波相遇的区域中会产生干涉 B.在两波相遇的区域中不会产生干涉 C.a点的振动始终加强 D.a点的振动始终减弱,【解析】选B。由图知,两列波的波长不相等,不满足波的干涉条件,故B正确,A、C、D错误。,2.如图所示,在x轴上的P、Q两点位置上有两个频率相同、振动方向也相同的相干波源,它们激起的机械波长是2m,P、Q两点的横坐标分别是xP=1m,xQ=6m,那么在y轴上从-+的位置上会出现多少个振动减弱点?,【解析】由于是减弱点，该点到两波源的路程差应为半波长的 奇数倍： (k=0,1,2,3) 当k=0时，y有两解，k=1时，y有两解，k=2时，y有一个解，
