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1、12.4 波的衍射和干涉一、波的衍射一、波的衍射 1、 波的衍射：波的衍射：波可以绕过障碍波可以绕过障碍物继续传播的现象物继续传播的现象 2 2、水波的衍射现象及在波长一定、水波的衍射现象及在波长一定的情况狭缝宽对衍射实验的影响的情况狭缝宽对衍射实验的影响现象：水波绕过现象：水波绕过小孔小孔或或障碍物障碍物继续继续传播传播 实验一实验一 实验二、在狭缝宽度一定的情况实验二、在狭缝宽度一定的情况下，波长对衍射实验的影响下，波长对衍射实验的影响3/105/107/10结论：结论：(1)障碍物较大时对波有影响障碍物较大时对波有影响,较小时对波没有影响较小时对波没有影响,即即障碍物比较小时能发生明显衍
2、射障碍物比较小时能发生明显衍射.（2）窄缝宽度跟波长相差不多时，有明显窄缝宽度跟波长相差不多时，有明显的衍射现象的衍射现象（3）窄缝宽度比波长）窄缝宽度比波长大得越多大得越多，衍射现象，衍射现象越不明显；越不明显；（4）窄窄缝缝宽宽度度跟跟波波长长相相比比非非常常大大时时，水水波波将将直直线线传传播播，观察不到衍射现象观察不到衍射现象3 3、发生明显衍射现象的条件：、发生明显衍射现象的条件： 4 4、说明、说明: :障障碍碍物物或或孔孔的的尺尺寸寸大大小小, ,并并不不是是决决定定衍衍射射能能否否发发生生的的条条件件, ,仅仅是是衍衍射射现现象象是是否否明明显显的的条条件件. .一一般般情情况
3、况下下, ,波波长长较较大大的波容易产生显著的衍射现象的波容易产生显著的衍射现象. .当当孔孔的的尺尺寸寸远远小小于于波波长长时时尽尽管管衍衍射射十十分分突突出出, ,但但由由于于衍衍射射波波的的能能量量很很弱弱, ,衍衍射现象不容易观察到射现象不容易观察到. . 障碍物或孔的尺寸比波长小障碍物或孔的尺寸比波长小, ,或跟波长相差不多或跟波长相差不多. .一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象 .两列波相遇后，彼此两列波相遇后，彼此穿过，继续传播，波穿过，继续传播，波的形状和传播的情形的形状和传播的情形都跟相遇前一样，也都跟相遇前一样，也就是说，相遇后，它
4、就是说，相遇后，它们都保持各自的运动们都保持各自的运动状态，彼此都没有受状态，彼此都没有受到影响到影响独立性独立性 二、波的叠加波叠加原理：几几列列波波在在同同一一介介质质中中传传播播，在在介介质质中中某某一一点点（或或某某一一区区域域）相相遇遇时时，每每一一列列波波都都能能够够保保持持各各自自的的状状态态继继续续沿沿着着原原来来的的方方向向向向前前传传播播，彼彼此此之之间间互互不不影影响响，好好像像没没有有遇遇到到另另一一列列波波一一样样，在在它它们们重重叠叠的的区区域域里里，介介质质的的质质点点同同时时参参与与这这几几列列波波所所产产生生的的振振动动，每每一一质质点点仍仍然然是是在在各各自
5、自的的平平衡衡位位置置附附近近做做振振动动质质点点振振动动的的位位移移等等于于这这几几列列波波单单独独传传播播时时引引起起的的位位移的移的矢量和矢量和二、波的干涉下图是水波的干涉下图是水波的干涉由此可知：这两列波相遇后，在振动着的水面上，出现了这两列波相遇后，在振动着的水面上，出现了一条条从两个波源中间伸展出来的相对平静的一条条从两个波源中间伸展出来的相对平静的区域和激烈振动的区域，这两种区域在水面上区域和激烈振动的区域，这两种区域在水面上的位置是固定的，而且相互隔开的位置是固定的，而且相互隔开三、波的干涉三、波的干涉1 1、波的干涉：频率相同的两列、波的干涉：频率相同的两列波叠加，使某些区域
6、的振动加波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而强，某些区域的振动减弱，而且振动加强和振动减弱的区域且振动加强和振动减弱的区域相互隔开的现象叫做相互隔开的现象叫做波的干涉波的干涉 干涉图样：由波的干涉所形成干涉图样：由波的干涉所形成的图样叫做的图样叫做干涉图样干涉图样（如上页（如上页图）图）2、干涉的解释如果在某一时刻，在水面上的某一点是两列波的如果在某一时刻，在水面上的某一点是两列波的波峰和波峰相遇，经过半个周期，就变成波谷和波峰和波峰相遇，经过半个周期，就变成波谷和波谷相遇波峰和波峰、波谷和波谷相遇时，质波谷相遇波峰和波峰、波谷和波谷相遇时，质点的位移最大，等于两列波的振幅之和
7、；因此在点的位移最大，等于两列波的振幅之和；因此在这一点，始终是两列波干涉的加强点，质点的振这一点，始终是两列波干涉的加强点，质点的振动最激烈动最激烈. .如果在某一时刻，在水面上的某一点是两列波的波如果在某一时刻，在水面上的某一点是两列波的波峰和波谷相遇，经过半个周期，就变成波谷和波峰峰和波谷相遇，经过半个周期，就变成波谷和波峰相遇，在这一点，两列波引起的振动始终是减弱的，相遇，在这一点，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，如果两列质点振动的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，水面保波的振幅相同，质点振动的振幅就等于零，水面保
8、持平静持平静 把把相相应应的的振振动动最最激激烈烈的的质质点点连连起起来来，为为振振动动加加强强区区；相相应应的的振振动动最最不不激激烈烈或或静静止止的的质质点点连连起起来来，为为振振动动减减弱区振动加强区和振动减弱区是相互隔开的弱区振动加强区和振动减弱区是相互隔开的 注意注意：（1）振动加强的区）振动加强的区域振动始终加强，振域振动始终加强，振动减弱的区域振动始动减弱的区域振动始终减弱终减弱（2）振动加强（减）振动加强（减弱）的区域是指质点弱）的区域是指质点的振幅大（小），而的振幅大（小），而不是指振动的位移大不是指振动的位移大（小），因为位移是（小），因为位移是在时刻变化的在时刻变化的3
9、3、产生干涉的条件、产生干涉的条件两两列列波波相相遇遇叠叠加加不不一一定定能能得得到到稳稳定定的的干干涉涉图图样样而而要要产产生生稳稳定定的的干干涉涉现现象象形形成成稳稳定定的的干干涉图样，则需要满足一定的条件涉图样，则需要满足一定的条件 产生干涉的条件：产生干涉的条件：两列波的频率必须相同两列波的频率必须相同 4 4、一切波（只要满足条件）都能发、一切波（只要满足条件）都能发生干涉现象，干涉和衍射一样都是波生干涉现象，干涉和衍射一样都是波特有的现象特有的现象 1.1.下列关于波的衍射的说法正确的是下列关于波的衍射的说法正确的是( ( ) )A.A.衍射是一切机械波特有的现象衍射是一切机械波特
10、有的现象B.B.对同一列波对同一列波, ,缝或孔缝或孔( (障碍物障碍物) )越小越小, ,衍衍射现象越明显射现象越明显C.C.只有横波才能发生衍射现象只有横波才能发生衍射现象, ,纵波不能纵波不能发生衍射现象发生衍射现象D.D.声波容易发生衍射是由于声波波长较声波容易发生衍射是由于声波波长较大大BD2.在水波槽的衍射实验中在水波槽的衍射实验中,若打击水面的振子若打击水面的振子的频率是的频率是5HZ,水波在槽中的传播速度为水波在槽中的传播速度为0.05m/s,为观察到显著的衍射现象为观察到显著的衍射现象,小孔小孔直径直径d应为应为( )A.10cm B.5cm C. d1cm D. d1cmD
11、3：如图是观察水面波衍射的实验装置，：如图是观察水面波衍射的实验装置，AC和和BD是两是两块挡板，块挡板，AB是一个孔，是一个孔，O为波源，图中已画出波源为波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹（图中曲所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹（图中曲线）之间距离表示一个波长，则波经过孔之后的传线）之间距离表示一个波长，则波经过孔之后的传播情况，下述描述正确的是（播情况，下述描述正确的是（ ） A此时能明显观察到波的此时能明显观察到波的衍射现象衍射现象B挡板前后波纹间距离相挡板前后波纹间距离相等等C如果将孔如果将孔AB扩大，有可扩大，有可能观察不到明显的衍射现象能观察不到明显的衍射
12、现象 D如果孔的大小不变，使如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显地波源频率增大，能更明显地观察衍射现象观察衍射现象ABC4、如图甲所示，实线和虚线表示两个波长和振幅都相同的简、如图甲所示，实线和虚线表示两个波长和振幅都相同的简谐横波（只有半个波长），在同一根弹性绳上分别向左、向谐横波（只有半个波长），在同一根弹性绳上分别向左、向右传播，某一时刻两列波的位置如图乙所示。右传播，某一时刻两列波的位置如图乙所示。P、Q、S表示表示弹性绳上的三个质点的平衡位置。下列说法正确的是：弹性绳上的三个质点的平衡位置。下列说法正确的是：A该时刻该时刻P、Q、S都处于各自的平衡位置，速度变为零都处于各自的平
13、衡位置，速度变为零B该时刻该时刻P、Q、S都处于各自的平衡位置，但都处于各自的平衡位置，但Q的速度最大的速度最大C该时刻该时刻P的速度向上，的速度向上，Q 的速度为零，的速度为零，S的速度向下的速度向下D该时刻该时刻P的速度向下，的速度向下，Q 的速度为零，的速度为零，S的速度向上的速度向上P Q S甲P Q S乙D5、如同所示，、如同所示，S是水面波的波源，是水面波的波源，x、y是挡板，是挡板，S1、S2两个狭缝（两个狭缝（SS1=SS2，狭缝的尺寸比波长小，狭缝的尺寸比波长小得多）是回答以下问题得多）是回答以下问题（1）若闭上）若闭上S1，只打开，只打开S2会看到什么现象？会看到什么现象？
14、（2）若）若S1、s2都打开，会发生什么现象？都打开，会发生什么现象？（3）若实线和虚线分别表示波峰和波谷，那么在）若实线和虚线分别表示波峰和波谷，那么在 A、B、C、D各点中，哪些点振动加强，哪些点各点中，哪些点振动加强，哪些点 振动减弱？振动减弱？ S1S2S1SxyBACD6、如图所示，在同一均匀介质中有、如图所示，在同一均匀介质中有S1、S2两个波源，两个波源，这两个波源的这两个波源的频率、振动方向均相同，且振动步调完频率、振动方向均相同，且振动步调完全一致全一致，S1与与S2之间的距离为之间的距离为4m，若，若S1、S2振动频率振动频率均为均为5Hz，波速均为，波速均为10m/s,B点为点为S1、S2连线的中点，连线的中点，今以今以B点为圆心，以点为圆心，以R=BS1为半径画圆。（为半径画圆。（1）该波的）该波的波长为多少？（波长为多少？（2）在）在S1、S2连线上振动加强的点（连线上振动加强的点（S1、S2除外）有几个？（除外）有几个？（3）在该圆周上共有几个振动加强）在该圆周上共有几个振动加强的点（的点（S1、S2除外）？除外）？BS1S2
