《高中物理 5.1波的干涉和衍射课件 教科版选修3-4.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 5.1波的干涉和衍射课件 教科版选修3-4.ppt（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、五、波五、波 的的 衍衍 射射 池塘中两水波相遇时，会发生什池塘中两水波相遇时，会发生什么现象呢？么现象呢？生活现象生活现象生活现象生活现象 结论：两列波相遇时，位移发生合成变化；结论：两列波相遇时，位移发生合成变化；结论：两列波相遇时，位移发生合成变化；结论：两列波相遇时，位移发生合成变化；相相相相遇后，波的形状和传播的情形都跟相遇前一样，都遇后，波的形状和传播的情形都跟相遇前一样，都遇后，波的形状和传播的情形都跟相遇前一样，都遇后，波的形状和传播的情形都跟相遇前一样，都保持各自的运动状态继续传播，彼此之间没有互相保持各自的运动状态继续传播，彼此之间没有互相保持各自的运动状态继续传播，彼此之
2、间没有互相保持各自的运动状态继续传播，彼此之间没有互相影响。影响。影响。影响。1 1、相遇前、相遇前、相遇前、相遇前2 2、相遇时刻、相遇时刻、相遇时刻、相遇时刻3 3、相遇过程、相遇过程、相遇过程、相遇过程4 4、相遇后、相遇后、相遇后、相遇后实验研究实验研究实验研究实验研究 几列波在同一介质中传播，在介质中某几列波在同一介质中传播，在介质中某一点（或某一区域）相遇后，每一列波都能一点（或某一区域）相遇后，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，彼此之间互不干扰，好象没有遇到另传播，彼此之间互不干扰，好象没有遇到另一列波一样。一列波一样。
3、 波的独立传播原理波的独立传播原理波的独立传播原理波的独立传播原理 在几列波重叠的区域里，在几列波重叠的区域里，在几列波重叠的区域里，在几列波重叠的区域里，介质的质点同时参与这介质的质点同时参与这介质的质点同时参与这介质的质点同时参与这几列波所产生的振动几列波所产生的振动几列波所产生的振动几列波所产生的振动，每一质点仍然是在各自的平衡每一质点仍然是在各自的平衡每一质点仍然是在各自的平衡每一质点仍然是在各自的平衡位置附近做振动位置附近做振动位置附近做振动位置附近做振动，质点振动的位移等于这几列波单独质点振动的位移等于这几列波单独质点振动的位移等于这几列波单独质点振动的位移等于这几列波单独传播时引
4、起的位移的矢量和传播时引起的位移的矢量和传播时引起的位移的矢量和传播时引起的位移的矢量和。 波相遇时位移的特点波相遇时位移的特点波相遇时位移的特点波相遇时位移的特点 几列波相遇时能够保持各自的运动状态，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，点同时参与这几列波引起的振动，质点的位质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和量和。波的叠加原理波的叠加原理波的叠加原理波的叠加原理 两列频率相同的波相遇时，在它们重叠的区两列频率相同的波相遇时，在它们重叠的
5、区域会发生什么现象呢？域会发生什么现象呢？我们先观察下面的现象。我们先观察下面的现象。想一想想一想 实实实实验验验验结结结结果果果果：两两两两列列列列波波波波相相相相遇遇遇遇后后后后，在在在在振振振振动动动动着着着着的的的的水水水水面面面面上上上上，出出出出现现现现了了了了一一一一条条条条条条条条从从从从两两两两个个个个波波波波源源源源中中中中间间间间伸伸伸伸展展展展出出出出来来来来的的的的相相相相对对对对平平平平静静静静的的的的区区区区域域域域和和和和激激激激烈烈烈烈振振振振动动动动的的的的区区区区域域域域，这这这这两两两两种种种种区区区区域域域域在在在在水水水水面面面面上上上上的的的的位位
6、位位置置置置是是是是固固固固定定定定的的的的，而且相互隔开。而且相互隔开。而且相互隔开。而且相互隔开。定定定定义义义义： 频频频频率率率率相相相相同同同同的的的的两两两两列列列列波波波波叠叠叠叠加加加加，使使使使介介介介质质质质中中中中某某某某些些些些区区区区域域域域的的的的质质质质点点点点振振振振动动动动始始始始终终终终加加加加强强强强，另另另另一一一一些些些些区区区区域域域域的的的的质质质质点点点点振振振振动动动动始始始始终终终终减减减减弱弱弱弱，并并并并且且且且这这这这两两两两种种种种区区区区域域域域相相相相互互互互间间间间隔隔隔隔、位位位位置置置置保保保保持持持持不不不不变变变变。这种
7、稳定的叠加现象叫做波的干涉这种稳定的叠加现象叫做波的干涉这种稳定的叠加现象叫做波的干涉这种稳定的叠加现象叫做波的干涉。 波的干涉波的干涉波的干涉波的干涉( (interferenceinterference) )加强加强加强加强加强加强加强加强减弱减弱减弱减弱减弱减弱 为什么两列波相遇时能出现振动始终加强的区为什么两列波相遇时能出现振动始终加强的区为什么两列波相遇时能出现振动始终加强的区为什么两列波相遇时能出现振动始终加强的区域呢？域呢？域呢？域呢？ 如果在某一时刻，如果在某一时刻，在水面上的某一点是在水面上的某一点是两列波的波峰和波峰两列波的波峰和波峰相遇，经过半个周期，相遇，经过半个周期，
8、就变成波谷和波谷相就变成波谷和波谷相遇。波峰和波峰、波遇。波峰和波峰、波谷和波谷相遇谷和波谷相遇时，质点的位移都是最大，等于这两列波的时，质点的位移都是最大，等于这两列波的振幅之和，因此在这一点，始终是两列波干振幅之和，因此在这一点，始终是两列波干涉的加强点，质点的振动最激烈。涉的加强点，质点的振动最激烈。思考与讨论思考与讨论思考与讨论思考与讨论 为什么两列波相遇时能出现振动始终减弱的区为什么两列波相遇时能出现振动始终减弱的区为什么两列波相遇时能出现振动始终减弱的区为什么两列波相遇时能出现振动始终减弱的区域呢？域呢？域呢？域呢？ 如果在某一时刻，如果在某一时刻，在水面上的某一点是在水面上的某一
9、点是两列波的波峰和波谷两列波的波峰和波谷相遇，经过半个周期，相遇，经过半个周期，就变成波谷和波峰相就变成波谷和波峰相遇，在这一点遇，在这一点思考与讨论思考与讨论思考与讨论思考与讨论两列波引起的振动始终是减弱的，质点振动的两列波引起的振动始终是减弱的，质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，如果两列波的振振幅等于两列波的振幅之差，如果两列波的振幅相同，质点振动的振幅就等于零，水面保持幅相同，质点振动的振幅就等于零，水面保持平静。平静。特征特征振振动加强的区动加强的区域总是加强，域总是加强，振动减弱的振动减弱的区域总是减区域总是减弱。弱。把相应的振动最激烈的质点连起来，就是把相应的振动最激烈的质点连起
10、来，就是把相应的振动最激烈的质点连起来，就是把相应的振动最激烈的质点连起来，就是振动加振动加振动加振动加强区强区强区强区；相应的振动最不激烈或静止的质点连起来，；相应的振动最不激烈或静止的质点连起来，；相应的振动最不激烈或静止的质点连起来，；相应的振动最不激烈或静止的质点连起来，就是就是就是就是振动减弱区振动减弱区振动减弱区振动减弱区，且振动加强区和振动减弱区是，且振动加强区和振动减弱区是，且振动加强区和振动减弱区是，且振动加强区和振动减弱区是相互间隔着出现的。相互间隔着出现的。相互间隔着出现的。相互间隔着出现的。波的干涉波的干涉波的干涉波的干涉( (interferenceinterfere
11、nce) )形成稳定干涉图样的条件形成稳定干涉图样的条件形成稳定干涉图样的条件形成稳定干涉图样的条件 两列波相遇叠加不一定能得到稳定两列波相遇叠加不一定能得到稳定的干涉图样，而要产生稳定的干涉现象，的干涉图样，而要产生稳定的干涉现象，形成稳定的干涉图样，则需要满足一定形成稳定的干涉图样，则需要满足一定的条件，产生的条件，产生稳定明显稳定明显的干涉图样的条的干涉图样的条件是件是两列波的频率相同，且振动步调一两列波的频率相同，且振动步调一致。致。 注意注意：波的干涉是波的叠加的特殊情形，：波的干涉是波的叠加的特殊情形，一切波都能发生干涉，干涉是波的特有一切波都能发生干涉，干涉是波的特有现象。现象。
12、 振动加强的区域始终加强是不是指振动加强的区域始终加强是不是指该处的质点的振动位移总是为最大值？该处的质点的振动位移总是为最大值？振动减弱的区域始终减弱是不是指该处振动减弱的区域始终减弱是不是指该处的质点的振动位移总是为最小值？的质点的振动位移总是为最小值？ 结论结论：振动加强（或减弱）的区域是：振动加强（或减弱）的区域是指质点的振幅达最大值（或最小值），指质点的振幅达最大值（或最小值），而不是指振动的位移，因为而不是指振动的位移，因为不管是加不管是加强区还是减弱区，质点都在作振动，强区还是减弱区，质点都在作振动，它们的位移是时刻在变化的它们的位移是时刻在变化的。思考与讨论思考与讨论思考与讨论
13、思考与讨论 试从水波的干涉图样中分析出各加强区处的任一试从水波的干涉图样中分析出各加强区处的任一试从水波的干涉图样中分析出各加强区处的任一试从水波的干涉图样中分析出各加强区处的任一质点到两波源之间的距离存在什么规律？减弱区呢？质点到两波源之间的距离存在什么规律？减弱区呢？质点到两波源之间的距离存在什么规律？减弱区呢？质点到两波源之间的距离存在什么规律？减弱区呢？思考与讨论思考与讨论思考与讨论思考与讨论1 1 1 1、若、若、若、若P P P P点为振动加强点：点为振动加强点：点为振动加强点：点为振动加强点： 假设在两列波的叠加区域有一个假设在两列波的叠加区域有一个假设在两列波的叠加区域有一个假
14、设在两列波的叠加区域有一个P P P P点，它到两点，它到两点，它到两点，它到两列波源的距离分别为列波源的距离分别为列波源的距离分别为列波源的距离分别为S S S S1 1 1 1、S S S S2 2 2 2，两列波的波长为，两列波的波长为，两列波的波长为，两列波的波长为，则有：则有：则有：则有：（n = 0,1,2） 则有则有则有则有P P P P点到两列波的波源的距离差等于波长点到两列波的波源的距离差等于波长点到两列波的波源的距离差等于波长点到两列波的波源的距离差等于波长的整数倍或半个波长的的整数倍或半个波长的的整数倍或半个波长的的整数倍或半个波长的偶数倍偶数倍偶数倍偶数倍。2 2 2
15、2、若、若、若、若P P P P点为振动减弱点：点为振动减弱点：点为振动减弱点：点为振动减弱点： 则有则有则有则有P P P P点到两列波的波源的距离差等于半个点到两列波的波源的距离差等于半个点到两列波的波源的距离差等于半个点到两列波的波源的距离差等于半个波长的波长的波长的波长的奇数倍奇数倍奇数倍奇数倍。（n = 0,1,2）波的干涉波的干涉波的干涉波的干涉波的衍射波的衍射波的衍射波的衍射 海面上有大小不一的礁石，海面上有大小不一的礁石，海面上有大小不一的礁石，海面上有大小不一的礁石，水波在传递过程中遇上它们时水波在传递过程中遇上它们时水波在传递过程中遇上它们时水波在传递过程中遇上它们时会有什
16、么不同呢？会有什么不同呢？会有什么不同呢？会有什么不同呢？1 1、波的衍射波的衍射定义：波可以绕过障碍物继续定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射。传播的现象叫做波的衍射。实验研究实验研究实验研究实验研究1 1、当水波的波长逐渐变大时，现象如下：、当水波的波长逐渐变大时，现象如下：、当水波的波长逐渐变大时，现象如下：、当水波的波长逐渐变大时，现象如下：2 2、当挡板的小孔逐渐变小时，现象如下：、当挡板的小孔逐渐变小时，现象如下：、当挡板的小孔逐渐变小时，现象如下：、当挡板的小孔逐渐变小时，现象如下：实验结论实验结论实验结论实验结论1 1、窄缝或障碍物的宽度、窄缝或障碍物的宽度与波长相
17、比非常大时，与波长相比非常大时，水波将直线传播，观察水波将直线传播，观察不到衍射现象。不到衍射现象。2 2、窄缝或障碍物的宽度比波长大得越多，衍、窄缝或障碍物的宽度比波长大得越多，衍射现象越不明显；射现象越不明显；3 3、窄缝或障碍物的宽度、窄缝或障碍物的宽度与波长相差不多时，有与波长相差不多时，有明显的衍射现象。明显的衍射现象。1 1 1 1、只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸、只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸、只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸、只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差跟波长相差跟波长相差跟波长相差不多，或者比波长更小不多，或者比波长更小不多，或者比波长更小不多，或者比波长更小时，才
18、能观察到时，才能观察到时，才能观察到时，才能观察到明显明显明显明显的衍的衍的衍的衍射现象。射现象。射现象。射现象。2 2 2 2、衍射的实质：振动的形式和能量传到障碍物、衍射的实质：振动的形式和能量传到障碍物、衍射的实质：振动的形式和能量传到障碍物、衍射的实质：振动的形式和能量传到障碍物后方的阴影区域中。后方的阴影区域中。后方的阴影区域中。后方的阴影区域中。发生明显衍射现象的条件发生明显衍射现象的条件发生明显衍射现象的条件发生明显衍射现象的条件思考：衍射中真的是孔或障碍物的尺寸越小越思考：衍射中真的是孔或障碍物的尺寸越小越思考：衍射中真的是孔或障碍物的尺寸越小越思考：衍射中真的是孔或障碍物的尺
19、寸越小越好吗？好吗？好吗？好吗？ 当孔或障碍物的尺寸过小时，由于衍射到后方当孔或障碍物的尺寸过小时，由于衍射到后方当孔或障碍物的尺寸过小时，由于衍射到后方当孔或障碍物的尺寸过小时，由于衍射到后方的能量较弱，故衍射现象仍不明显。的能量较弱，故衍射现象仍不明显。的能量较弱，故衍射现象仍不明显。的能量较弱，故衍射现象仍不明显。3、如何获得明显的衍射现象？、如何获得明显的衍射现象？ 一定时，可改变一定时，可改变l，使，使l与与接近；接近； l一定时，可改变一定时，可改变，使，使与与l接近；接近； 一定时，可改变一定时，可改变f，从而改变，从而改变。2 2、具体实例：、具体实例：1 1）声波的衍射）声波
20、的衍射 隔墙有耳隔墙有耳2 2）电磁波的衍射）电磁波的衍射 收看电视收看电视波的衍射实例波的衍射实例波的衍射实例波的衍射实例1 1、衍衍射射是是波波特特有有的的现现象象，一一切切波波都都能能发发生生衍衍射射。但但要要发发生生明明显显的的衍衍射射现现象象需需要要满满足足一一定定的的条条件件，当当不不满满足足时时，衍衍射射现现象象虽虽然然存存在在，但但由由于于是是不不明明显显的的衍衍射射现现象，不易被我们观察到。象，不易被我们观察到。 1、以下关于波的衍射的说法，正确的是（、以下关于波的衍射的说法，正确的是（ ）A. 波遇到障碍物时，一定会发生明显的衍射现象波遇到障碍物时，一定会发生明显的衍射现象
21、B. 当孔的尺寸比波长越小，衍射现象明显当孔的尺寸比波长越小，衍射现象明显C. 当障碍物的尺寸比波长大得多时，衍射现象很当障碍物的尺寸比波长大得多时，衍射现象很明显明显D. 只有当障碍物的尺寸与波长相差不多时，才会只有当障碍物的尺寸与波长相差不多时，才会发生明显的衍射现象发生明显的衍射现象B课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习2 2、如图所示，、如图所示，S S为波源，为波源，MNMN为两块挡板，其为两块挡板，其中中M M固定，固定，N N板可上下移动，两板中间有一块板可上下移动，两板中间有一块缝，此时测得缝，此时测得A A点没有发生振动，为了使点没有发生振动，为了使A A点点能振动起来，可采取的
22、方法是（能振动起来，可采取的方法是（ ）A A、增大波源的频率、增大波源的频率B B、减小波源的频率、减小波源的频率C C、将、将N N板上移一些板上移一些D D、将、将N N板下移一些板下移一些BC课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习3 3、两列波发生了干涉现象，得到了干涉图、两列波发生了干涉现象，得到了干涉图样，则（样，则（ ）A A、振动加强的质点，始终处于最大位移处、振动加强的质点，始终处于最大位移处B B、振动加强的质点的位移，有时会小于振、振动加强的质点的位移，有时会小于振动削弱的质点的位移动削弱的质点的位移C C、波峰与波峰相遇处的质点，其振动始终、波峰与波峰相遇处的质点，其振动始终
23、加强加强D D、波峰与波谷相遇处的质点，其振动始终、波峰与波谷相遇处的质点，其振动始终削弱削弱BCDBCD课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习4 4、如图所示，、如图所示，A A、B B为两个完全相同的相干为两个完全相同的相干波源，它们产生的两列波在波源，它们产生的两列波在ABAB连线的中垂连线的中垂线上的线上的P P点相遇时，则（点相遇时，则（ ）A A、P P点振动始终加强点振动始终加强B B、P P点振动有时加强，有时减弱点振动有时加强，有时减弱C C、P P点位移始终等于振幅点位移始终等于振幅D D、P P点位移有时为零点位移有时为零ADAD课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习5 5 5 5、
24、如图所示表示两列相干水波的叠加情况，图中、如图所示表示两列相干水波的叠加情况，图中、如图所示表示两列相干水波的叠加情况，图中、如图所示表示两列相干水波的叠加情况，图中的实线表示波峰，虚线表示波谷。设两列波的振幅的实线表示波峰，虚线表示波谷。设两列波的振幅的实线表示波峰，虚线表示波谷。设两列波的振幅的实线表示波峰，虚线表示波谷。设两列波的振幅均为均为均为均为5cm5cm5cm5cm，且图示的范围内振幅不变，波速和波长，且图示的范围内振幅不变，波速和波长，且图示的范围内振幅不变，波速和波长，且图示的范围内振幅不变，波速和波长分别为分别为分别为分别为1m/s1m/s1m/s1m/s和和和和0.5m0
25、.5m0.5m0.5m，C C C C点是点是点是点是BEBEBEBE连线的中点，下列说连线的中点，下列说连线的中点，下列说连线的中点，下列说法中正确的是法中正确的是法中正确的是法中正确的是 （ ）A A A AC C C C、E E E E两点都保持静止不动两点都保持静止不动两点都保持静止不动两点都保持静止不动B B B B图示时刻图示时刻图示时刻图示时刻A A A A、B B B B两点的竖两点的竖两点的竖两点的竖 直高度差为直高度差为直高度差为直高度差为20cm20cm20cm20cmC C C C图示时刻图示时刻图示时刻图示时刻C C C C点正处于平衡点正处于平衡点正处于平衡点正处于平衡 位置且向水面上运动位置且向水面上运动位置且向水面上运动位置且向水面上运动D D D D从图示的时刻起经从图示的时刻起经从图示的时刻起经从图示的时刻起经0.25s0.25s0.25s0.25s， B B B B点通过的路程为点通过的路程为点通过的路程为点通过的路程为20cm20cm20cm20cmBCDBCD课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习
