《2018-2019高中物理 第12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《2018-2019高中物理 第12章 机械波 12.4 波的衍射和干涉课件 新人教版选修3-4（71页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、4 波的衍射和干涉,【自主预习】 1.探究波的衍射现象: (1)定义:波可以_障碍物继续传播的现象。衍射是波特有的现象。 (2)实验及其现象: 实验器材:在水槽里放两块挡板,中间留个狭缝。,绕过,现象。 a.狭缝宽度比波长大得多时,波的传播与光的传播一样, 均沿_传播,在挡板后面产生一个_。 b.狭缝宽度与波长相差不多或比波长还小时,波_挡 板后面继续传播。,直线,阴影区,绕到,(3)发生明显衍射的条件:缝、孔的宽度或障碍物的尺 寸跟波长相差_或比波长_。 (4)_波都能发生衍射,衍射是波特有的现象。“闻 其声而不见其人”是声波的_现象。,不多,更小,一切,衍射,2.探究波的现象干涉: (1)
2、波的叠加原理: 波的独立传播:几列波相遇时能够保持各自的_ _,继续传播,即各自的波长、频率等_。 波的叠加:在几列波_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_。,运动特,征,不变,重叠,同时,矢量和,(2)波的干涉: 实验及其现象。 a.实验:波源是固定在_振动片上的两根细杆,当 振动片振动时,两根细杆周期性地触动水面,形成两个 波源,这两个波源的_恒定、_相同、振动方 向相同。,同一个,相位差,频率,b.现象:两列波相遇后,水面上出现了一条条相对_ 的区域和激烈振动的区域,这两种区域在水面上的位置 是稳定不变的。,平静,实验现象的解释
3、。 a.加强点:两列波相遇引起的介质中的某些质点振动 _加强,这些质点的振动最剧烈,它们振动的振幅等 于两列波的_,即A=_。 b.减弱点:两列波相遇引起的介质中的某些质点振动 _相互削弱,它们振动的振幅等于两列波的_ _,即A=_;若两列波的振幅相同,则这些质点振 动的合振幅就等于零,水面保持_。,始终,振幅之和,A1+A2,始终,振幅之,差,|A1-A2|,平静,干涉定义:频率相同的两列波叠加,使某些区域的振 动_、某些区域的振动_的现象。 干涉条件。 a.两列波的_相同。 b.两个波源的_保持不变。 一切波都能发生干涉,干涉是波_的现象。,加强,减弱,频率,相位差,特有,【预习小测】 1
4、.水波通过小孔,发生一定程度的衍射,为使衍射现象更明显,可 ( ) A.增大小孔尺寸,同时增大水波的频率 B.增大小孔尺寸,同时减小水波的频率 C.缩小小孔尺寸,同时增大水波的频率 D.缩小小孔尺寸,同时减小水波的频率,【解析】选D。根据观察到明显衍射的条件是缝、小孔 或障碍物的尺寸可与波长相比拟,或小于波长,因此应 缩小小孔的尺寸或增大波的波长,选项A、B错误;根据 公式v=f且水波的波速由介质决定,即水波的波速不 变,则有= ,可见减小频率可以使波长增大。故选项 C错误,选项D正确。,2.(多选)波长为60 m和17 m的两列声波在空气中传播时,下列叙述中正确的是 ( ) A.波长60 m
5、的声波比波长17 m的声波传播速度慢 B.波长60 m的声波比波长17 m的声波频率小 C.波长60 m的声波比波长17 m的声波易发生衍射 D.波长17 m的声波比波长60 m的声波易发生衍射,【解析】选B、C。两列声波在同种介质中波速相同,选 项A错误;由v=f得f= ,波长越大,频率越小,选项B正 确;波长越大越容易发生衍射,选项C正确、D错误。,3.两列波叠加时,关于介质中的任一质点的振动,下列说法正确的是 ( ) A.它的周期一定是两分振动周期之和 B.它的频率一定是两分振动频率之和 C.它的振幅一定是两分振动振幅之和 D.它的位移一定是两分振动位移之和,【解析】选D。两列波叠加时,
6、振动的周期和频率不一定等于两者之和。例如频率相同的两列波叠加,某点的振动频率可能等于每列波的频率,也可能不振动,A、B错误;某点的振幅可能等于两列波的振幅之和,也可能等于两列波的振幅之差。但位移一定是两分振动的位移之和,C错误、D正确。,主题一 波的衍射 【互动探究】 在水塘里,微风激起的水波遇到小石块、芦苇等细小的障碍物,会绕过它们继续传播: (1)水波发生了什么现象? 提示:水波发生了衍射现象。,(2)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。 (3)波遇到障碍物时,一定发生明显的衍射现象吗? 提示:不一定发生明显
7、的衍射现象,因为发生明显的衍射现象是有条件的。,(4)做“波长一定的水波通过宽度不同的狭缝”的实验,思考: 保持水波的波长不变,改变狭缝的宽度,观察水波的传播情况有什么变化。 提示:在狭缝宽度比波长大得多的情况下,波的传播如同光的直线传播一样,在挡板后面产生阴影区;在狭缝的宽度与波长相差不多或者狭缝宽度比波长更小的情况下,发生明显的衍射现象,水波可以绕到挡板后面继续传播。,若保持狭缝的宽度不变,将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?此时水波的波长如何变化?若打击水面的振子振动频率减小呢?,提示:当打击水面的振子振动频率增大时,观察到衍射变得不明显;波速由介质决定,故水波的速
8、度不变,当打击水面的振子振动频率增大时,水波频率f增大,根据v=f可知,减小;若打击水面的振子振动频率减小时,观察到衍射变得明显;根据v=f可知,当f减小时增大。,【探究总结】 对波的衍射的理解 (1)衍射是波特有的现象,即一切波都能发生衍射。 (2)只有满足“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,衍射现象才明显。 (3)我们通常所说的“衍射”,是指发生明显衍射现象的衍射,对于不明显的衍射现象,我们不能说该波不发生衍射。,(4)衍射是对一列波来说的。 (5)当孔的尺寸远小于波长时,尽管理论上衍射十分明显,但衍射波的能量很弱,衍射现象不容易观察到。,【典例示范】 (多选)下
9、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比波长更小时,才能观察到明显的衍射现象 D.只有波才有衍射现象,【解题指南】解答本题应注意以下两点: (1)衍射是波的特有现象。 (2)发生明显衍射现象的条件。,【解析】选C、D。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比波长更小。孔径大并不是不衍射,只是衍射现象不明显,所以A、B错误,C正确;衍射现象是波特有的现象,所以D正确。,【探究训练】 1.(2018泰安高二检测)下列说法正确的是 ( ) A.只有横波能
10、发生衍射,纵波不能发生衍射 B.当波长比孔的宽度小得越多时,波的衍射越明显 C.声波能发生衍射现象,光不能发生衍射现象 D.声波易发生明显的衍射现象,光不易发生明显的衍射现象,【解析】选D。衍射是波特有的现象,一切波都能产生衍射现象,所以A错误;光也是一种波,因而光也能发生衍射现象,所以C错误;只有当障碍物或小孔的尺寸跟波长差不多或更小时,才会发生明显的衍射现象,所以B错误;由于声波的波长较大,所以易发生明显的衍射现象,而光波的波长较小,所以很难观察到光波的明显衍射现象,D正确。,2.用2106Hz的超声波检查胆结石, 该超声波在结石和胆汁中的波速分别为2 250 m/s和 1 500 m/s
11、,则该超声波在结石中的波长是胆汁中的 倍。用超声波检查胆结石是因为超声波的波 长较短,遇到结石时 (选填“容易”或“不容 易”)发生衍射。,【解析】根据v=f,在传播中,超声波的频率不变,所 以波长与速度成正比,解得波长比为1.5。在结石中,超 声波的波长为= 1mm,因为波长太短,所以不容易 发生明显衍射。 答案:1.5 不容易,【补偿训练】 1.(多选)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.要发生明显的衍射,必须满足一定的条
12、件,【解析】选A、B、D。衍射是一切波特有的现象,不论横波、纵波都能发生衍射现象,A正确、C错误;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,即发生明显的衍射是有条件的,B、D正确。,2.一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,【解析】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
13、不会改变波速,但由v=f可知,当波速一定时,减小频率则波长增大。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。,主题二 波的干涉 【互动探究】 探究点1 探究波的叠加 如图所示,在一根水平长绳的两端分别向上抖动一下,演示两列波相向传播并相遇的现象。思考以下问题:,(1)两列绳波相遇时,发生了什么现象? 提示:如图丙所示,相遇区的质点振动幅度加大了。 (2)若绳两端持续上下抖动,两列绳波的振幅为A1、A2,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
14、振幅为两列绳波振幅之和,即为A1+A2,减弱点的振幅为两列绳波振幅之差|A1-A2|。,(3)在两绳波的叠加区内,如何求某一质点的位移? 提示:当两个波源产生的两列波在同一介质中传播时,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振动所产生的位移为x1,第二列波同时使质点a振动所产生的位移为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。如果位移x1、x2的方向相同,则a点的振动位移大小x=|x1+x2|,方向与x1、x2的方向相同;如果位移x1、x2的方向相反,则a点的振动位移大小x =|x1-x2|,方向与较大的位移方向相同。,(4)两列绳波相遇后,绳波
15、的传播情况又怎样? 提示:如图戊所示,两列绳波相遇后,彼此穿过,继续传播,波的形状和传播的情形都跟相遇前一样。也就是说,相遇后,它们都保持各自的运动状态,彼此都没有受到影响。,探究点2 水波的干涉 做“水槽中水波的干涉”实验,观察到如图所示的干涉图样。,(1)实验中两波源的条件是什么? 提示:两波源的频率相同,振动方向相同,相位差保持不变。 (2)怎样理解振动加强点和振动减弱点? 提示:振动加强点和减弱点是指该点振动的振幅增大或减小,振幅增大的点为加强点,振幅减小的点为减弱点。,(3)加强点的位移始终最大,减弱点的位移始终最小吗? 提示:不能认为加强点的位移始终最大,减弱点的位移始终最小。不论是振动加强点还是减弱点,它们均在振动,位移随时间不断变化,只是振幅不同。 (4)“加强点”和“减弱点”的位置随时间变化吗? 提示:介质中的“加强点”与“减弱点”的位置是固定的,它们不随时间改变。,(5)分析“波的干涉”的示意图并思考干涉图样有何特点。,提示:频率相同的两列波叠加时,某些区域的振动加强,某些区域的振动减弱,并且加强区和减弱区相互间隔。 实线上各点都是始终加强,质点的振动最剧烈,振幅最大;虚线上各点都是始终减弱,质点的振动最平静,振幅最小。在实线和虚线之间的质点的振幅均在最大和最小之间,且越靠近虚线的质点,其振幅越小。,【探究总结】 1.波的叠加与波的干涉: (1)波的叠加原理
