《（浙江专版）2018年高中物理 第十二章 机械波 第4节 波的衍射和干涉学案 新人教版选修3-4》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（浙江专版）2018年高中物理 第十二章 机械波 第4节 波的衍射和干涉学案 新人教版选修3-4（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第4节 波的衍射和干涉波的衍射探新知基础练1波的衍射定义波可以绕过障碍物继续传播的现象。2两种衍射现象(1)在水波槽中，在波源的前方放一个障碍物，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，如图甲所示，虽然发生衍射现象，但不明显。当障碍物较小时发现波能绕过障碍物继续前进，如同障碍物不存在一样，如图乙所示，衍射现象明显。(2)在水波槽中，在波源前方放一个有孔的屏，使波源振动产生水波。当孔较大时发现水波经过孔后在连接波源与孔的两边的两条直线所限制的区域里传播，如图丙所示。当孔较小时发现孔后的整个区域里传播着以孔为中心的圆形
2、波，如图丁所示，衍射现象明显。辨是非(对的划“”，错的划“”)1一切波均会发生衍射现象。()2衍射不需要条件，只有明显衍射才有条件限制。()3波长长的机械波不易发生衍射现象。()释疑难对点练1发生明显衍射现象的条件只有当缝、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。2正确理解衍射现象(1)衍射是波特有的现象，一切波都会发生衍射现象，凡能发生衍射现象的一定是波。(2)衍射现象总是存在的，只有明显与不明显的差异，没有“不发生衍射”之说。(3)障碍物或孔的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是使衍射现象明显表现的条件。(4)一般情况下，波长较大的波容易产
3、生显著的衍射现象。试身手1如图所示分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔(、图)或障碍物(、图)，其中能发生明显衍射现象的有()A B C D解析：选A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，或与波长相差不多，由题图可知，、图能明显发生衍射现象，而、图不能，故选A。波的叠加探新知基础练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，介质中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。辨是非(对的划“”，错的划“”)1两列波相遇就会发生叠加现象。()2两列频率相同的波相遇才会发生叠加现象。()3两列波相遇过后会保持各自运动状态
4、互不干扰。()释疑难对点练1波的叠加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，介质中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。图a表示了分别向右、向左传播的两列波1和2在相遇区域内的叠加过程。2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。两列同相波的叠加，振动加强，振幅增大。(如图a所示)两列反相波的叠加，振动减弱，振幅减小。(如图b所示)试身手2两列波叠加时，关于介质中的任一质点的振动，下列说法正确的是()A它的周期一定是两振动周期之和B它的频率一
5、定是两振动频率之和C它的振幅一定是两振动振幅之和D它的位移一定是两振动位移之和解析：选D两列波叠加时，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。波的干涉探新知基础练1波的干涉实验及现象(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，两根细杆周期性地触动水面，形成两个波源，这两个波源发出的是频率相同、相位相同、振动方向也相同的两列波。(2)现象：两列波相遇后，水面上出现了一条条相对平静的
6、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。2现象解释(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。(2)减弱点：在某些点，两列波引起的振动始终削弱，质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，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。3干涉定义频率相同的两列波叠加时，某些区域的振幅加大、某些区域的振幅减小的现象。(1)干涉图样：波的干涉中所形成的图样。(2)干涉条件：频率相同。(3)一切波都能发生干涉，干涉是波特有的现象。辨是非(对的划“”，错的划“”)1两列波在介质中叠加，一定产生干涉现象。()2加强点只是振幅增
7、大，并非任一时刻位移都大。()3振动加强点的位移一定比振动减弱点的位移大。()释疑难对点练对波的干涉现象的理解(1)波的叠加是无条件的，任何频率的两列同种类的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，必须是两列同类的波，并且波的频率相同、振动方向相同、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)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，还必须满足两列波振幅差别不大。振幅越是接近，干涉图样越明显。(4)振动加强的点和
8、振动减弱的点始终在以振源的频率振动，其振幅不变(若是振动减弱点，振幅可为0)，但其位移随时间发生变化。(5)干涉图样及其特征：干涉的示意图如图所示：特征：a加强区和减弱区的位置固定不变；b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)；c加强区与减弱区互相间隔。试身手3.如图所示是甲、乙两列相互垂直传播的波，实线表示波峰，虚线表示波谷，箭头表示波传播的方向。则图中P点(小网格中央的一点)是()A振动加强点B振动减弱点C既不是加强点也不是减弱点D条件不足无法判断解析：选B由题图可以看出，再经过，甲波的波峰和乙波的波谷同时到达P点，故知P点为振动减弱点，B正确。对衍射现象的理解典例1
9、在观察水波的衍射实验中，若击打水面的振子振动的频率是5 Hz，水波在水波槽中的传播速度是0.05 m/s，为观察到明显的衍射现象，小孔的直径d应为()A10 cmB5 cmCd1 cm Dd1 cm思路点拨在波长一定的情况下，障碍物或孔的尺寸越小，越容易发生明显的衍射现象，所以孔的直径不是一个具体的数据，而是一个范围，定性的结论应该是小于某个数据。解析选D由题知水波的波长 m0.01 m 1 cm，则小孔的直径d应与1 cm相当或比它还小。故选项D正确。(1)波的衍射是不需要条件的，但要发生明显的衍射必须满足一定的条件。(2)波长相对小孔(或障碍物)尺寸越长，衍射现象越明显。即波长一定时，小孔
10、或障碍物尺寸越小，衍射现象越明显。小孔或障碍物尺寸一定时，波长越长，衍射现象越明显。波的叠加原理典例2(多选)如图所示，两列相同的波沿一直线相向传播，则两列波相遇时的波形可能是选项图中的()思路点拨在两列波的重叠区域，介质中质点的位移等于这两列波单独传播时引起的位移的矢量和。利用这一关系，可分阶段分别画出重叠时两列波各自的波形图，再根据位移的合成原理画出重叠后的波形图，最后与选项图对照。解析选BC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，前半个波(或后半个波)重叠区域内所有质点此时振动的合位移为零，而两列波的后半个波形(或前半个波形)不变，B项正确；两列波完全重叠时，由波的叠加
11、原理知所有质点的位移大小均加倍，C项正确。波的干涉典例3(多选)如图所示，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BP、N两点始终处于平衡位置CM点经过四分之一周期变为减弱点D从该时刻起，经过四分之一周期，质点M到达平衡位置思路点拨解答本题应注意以下两个方面：(1)波峰相遇处和波谷相遇处均为加强点。(2)波峰与波谷相遇处为减弱点。解析选BD由题图可知，O、M为振动加强点，此时O点处于波谷，M点处于波峰，M点是峰、峰相遇，M点为加强点，则始终为加强点，故A、C均错误；N、P两点为减弱点，又因为两列波的振
12、幅相同，因此N、P两点的振幅为零，即两点始终处于平衡位置，B正确；从该时刻经周期，两列波分别引起的振动都使M点位于平衡位置，故M点位于平衡位置，D正确。振动加强点与振动减弱点的判断方法(1)振动加强点和振动减弱点的理解：不能认为振动加强点的位移始终最大，振动减弱点的位移始终最小，而应该是振幅增大的点为振动加强点，其实这些点也在振动着，位移可为零；振幅减小的点为振动减弱点。(2)条件判断法：振动情况完全相同的两波源产生的波叠加时，加强、减弱条件如下：设点到两波源的路程差为r，当r2k(k0,1,2，)时为振动加强点；当r(2k1)(k0,1,2，)时为振动减弱点。若两波源振动步调相反，则上述结论
13、相反。(3)现象判断法：若某点总是波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇，该点为振动加强点；若总是波峰与波谷相遇，则为振动减弱点。课堂对点巩固1利用发波水槽得到的水面波形如图(a)、(b)所示，则()A图(a)、(b)均显示了波的干涉现象B图(a)、(b)均显示了波的衍射现象C图(a)显示了波的干涉现象，图(b)显示了波的衍射现象D图(a)显示了波的衍射现象，图(b)显示了波的干涉现象解析：选D由波的干涉和衍射概念知，图(a)是一列波的传播，显示了波的衍射现象，图(b)是两列波的传播，显示了波的干涉现象。故D正确。2(多选)如图所示是观察水面波衍射的实验装置，AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O为波
14、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(图中曲线)之间的距离表示一个波长，则关于波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是()A此时能明显观察到波的衍射现象B挡板前波纹间的距离相等C如果将孔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，能更明显地观察到波的衍射现象解析：选ABC由题图可看出孔AB的宽度与波长相比小于一个波长，故A项对；由vf知，介质及波源不变，则不变，B项对；将孔变大，若孔的宽度比水波波长更大则不能看到明显的衍射现象，C项对；波速不变，增大频率，波长变短，则不容易看到衍射现象，D项错。3下列现象属于波的衍射现象的是()A在空旷的山谷里喊叫，可以听到回声B“空山不见人，但闻人语响”C“余音绕梁，三日而不绝”D夏日的雷声有时轰鸣不绝解析：选B选项A、C、D所述的现象均为声音的反射现象，选项B所述的现象为波的衍射。故B正确。4两列沿相反方向传播的、振幅和波长都相同的半波(如图甲)，在相遇的某一时刻(如图乙)两列波“消失”，此时图中a、b质点的振动方向是()Aa向上，b向下 Ba向下，b向上Ca、b都静止 Da、b都向上 解析：选Ba、b质点的振动方向是两列波振动的叠加，根据波的传播方向和波形图，可判知质点的振动方向，选项B正确。课堂小结课时跟踪检
