波的衍射和干涉(修改版-含多個演示動畫)ppt課件

思考與猜想 在機(jī)械運動中 當(dāng)運動的小球碰到障礙物時 將會發(fā)生什么現(xiàn)象 若運動的小球碰到小孔呢 若兩小球相碰呢 波動是一種非常特殊的運動形式 如果是正在傳遞的機(jī)械波 碰到了上述的三種情況 又會看到什么現(xiàn)象呢 五 波的衍射 12 4波的衍射和干涉 生活現(xiàn)象 海面上有大小不一的礁石 水波在傳遞過程中遇上它們時會有什么不同呢 1 定義 波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫做波的衍射 波的衍射 diffraction 實驗研究 1 當(dāng)水波的波長逐漸變大時 現(xiàn)象如下 2 當(dāng)擋板的小孔逐漸變小時 現(xiàn)象如下 實驗結(jié)論 1 窄縫或障礙物的寬度與波長相比非常大時 水波將直線傳播 觀察不到衍射現(xiàn)象 2 窄縫或障礙物的寬度比波長大得越多 衍射現(xiàn)象越不明顯 3 窄縫或障礙物的寬度與波長相差不多時 有明顯的衍射現(xiàn)象 在水槽里放兩塊擋板 中間留有一個狹縫 觀察水波通過狹縫后的傳播情況 保持水波的波長不變 改變狹縫的寬度 觀察水波的傳播情況有什么變化 實驗?zāi)M 水波傳遞中遇到與波長差不多尺寸的小孔時 水波傳遞中通過小孔時 相當(dāng)于在小孔處衍生出一個新的與波源P類似的波源Q 稱為子波源 波源P 衍生波源Q 1 明顯衍射 指傳播能量的強(qiáng)弱及在障礙物陰影區(qū)中所形成的波的區(qū)域大小 2 有孔衍射 相當(dāng)于在小孔處形成一個新的波源 子波源 其頻率和波長與原波源相同 明顯衍射和有孔衍射 1 只有縫 孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多 或者比波長更小時 才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象 2 衍射的實質(zhì) 振動的形式和能量傳到障礙物后方的陰影區(qū)域中 發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件 思考 衍射中真的是孔或障礙物的尺寸越小越好嗎 當(dāng)孔或障礙物的尺寸過小時 由于衍射到后方的能量較弱 故衍射現(xiàn)象仍不明顯 2 具體實例 1 聲波的衍射 隔墻有耳 2 電磁波的衍射 收看電視 波的衍射實例 1 衍射是波特有的現(xiàn)象 一切波都能發(fā)生衍射 但要發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象需要滿足一定的條件 當(dāng)不滿足時 衍射現(xiàn)象雖然存在 但由于是不明顯的衍射現(xiàn)象 不易被我們觀察到 1 能試著解讀 聞其聲不見其人 中所包含的物理知識嗎 2 在有些偏遠(yuǎn)的山區(qū) 收音機(jī)能收到清晰的聲音信號 而電視機(jī)信號卻不清晰 你能根據(jù)所學(xué)的物理知識給出一個合理的解釋嗎 思考與討論 人耳所聽聲音頻率范圍 20Hz 20000Hz 人耳所聽聲音波長范圍 17m 17mm 人眼所能看到的可見光波長的范圍 400nm 700nm 3 醫(yī)院中有一種 B超 儀器 常用來探測人體內(nèi)臟的位置及發(fā)現(xiàn)可能的病變 這種儀器為什么要使用超聲波而不用普通的聲波 思考與討論 1 超聲波的頻率范圍為大于20000Hz 其相應(yīng)波長小于17mm 2 超聲波頻率高 故超聲波能量大 才容易穿透皮膚和組織 3 超聲波波長短 不易衍射 在一定距離內(nèi)沿直線傳播 方向性好 故所拍圖像清晰 池塘中兩水波相遇時 會發(fā)生什么現(xiàn)象呢 生活現(xiàn)象 點擊下圖觀看實驗 結(jié)論 兩列波相遇時 位移發(fā)生合成變化 相遇后 波的形狀和傳播的情形都跟相遇前一樣 都保持各自的運動狀態(tài)繼續(xù)傳播 彼此之間沒有互相影響 1 相遇前 2 相遇時刻 3 相遇過程 4 相遇后 實驗研究 幾列波在同一介質(zhì)中傳播 在介質(zhì)中某一點 或某一區(qū)域 相遇后 每一列波都能夠保持各自的狀態(tài)繼續(xù)沿著原來的方向向前傳播 彼此之間互不干擾 好象沒有遇到另一列波一樣 波的獨立傳播原理 在幾列波重疊的區(qū)域里 介質(zhì)的質(zhì)點同時參與這幾列波所產(chǎn)生的振動 每一質(zhì)點仍然是在各自的平衡位置附近做振動 質(zhì)點振動的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的位移的矢量和 波相遇時位移的特點 幾列波相遇時能夠保持各自的運動狀態(tài) 繼續(xù)傳播 在它們重疊的區(qū)域里 介質(zhì)的質(zhì)點同時參與這幾列波引起的振動 質(zhì)點的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的位移的矢量和 波的疊加原理 生活中波的獨立傳播和疊加 開會時 大家討論的面紅耳赤 會議室內(nèi)聲音特響 但還是能區(qū)分出每一個人的說話聲音 兩列頻率相同的波相遇時 在它們重疊的區(qū)域會發(fā)生什么現(xiàn)象呢 我們先觀察下面的現(xiàn)象 想一想 實驗研究 實驗結(jié)果 兩列波相遇后 在振動著的水面上 出現(xiàn)了一條條從兩個波源中間伸展出來的相對平靜的區(qū)域和激烈振動的區(qū)域 這兩種區(qū)域在水面上的位置是固定的 而且相互隔開 1 定義 頻率相同的兩列波疊加 使某些區(qū)域的振動加強(qiáng) 某些區(qū)域的振動減弱 而且振動加強(qiáng)和振動減弱的區(qū)域相互隔開的現(xiàn)象叫做波的干涉 2 干涉圖樣 由波的干涉所形成的圖樣 波的干涉 interference 特征 振動加強(qiáng)的區(qū)域總是加強(qiáng) 振動減弱的區(qū)域總是減弱 把相應(yīng)的振動最激烈的質(zhì)點連起來 就是振動加強(qiáng)區(qū) 相應(yīng)的振動最不激烈或靜止的質(zhì)點連起來 就是振動減弱區(qū) 且振動加強(qiáng)區(qū)和振動減弱區(qū)是相互間隔著出現(xiàn)的 波的干涉 interference 為什么兩列波相遇時能出現(xiàn)振動始終加強(qiáng)的區(qū)域呢 如果在某一時刻 在水面上的某一點是兩列波的波峰和波峰相遇 經(jīng)過半個周期 就變成波谷和波谷相遇 波峰和波峰 波谷和波谷相遇 時 質(zhì)點的位移都是最大 等于這兩列波的振幅之和 因此在這一點 始終是兩列波干涉的加強(qiáng)點 質(zhì)點的振動最激烈 思考與討論 為什么兩列波相遇時能出現(xiàn)振動始終減弱的區(qū)域呢 如果在某一時刻 在水面上的某一點是兩列波的波峰和波谷相遇 經(jīng)過半個周期 就變成波谷和波峰相遇 在這一點 思考與討論 兩列波引起的振動始終是減弱的 質(zhì)點振動的振幅等于兩列波的振幅之差 如果兩列波的振幅相同 質(zhì)點振動的振幅就等于零 水面保持平靜 形成穩(wěn)定干涉圖樣的條件 兩列波相遇疊加不一定能得到穩(wěn)定的干涉圖樣 而要產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象 形成穩(wěn)定的干涉圖樣 則需要滿足一定的條件 產(chǎn)生穩(wěn)定明顯的干涉圖樣的條件是兩列波的頻率相同 相位差恒定 且振幅相差不多 注意 波的干涉是波的疊加的特殊情形 一切波都能發(fā)生干涉 干涉和衍射都是波的特有現(xiàn)象 振動加強(qiáng)的區(qū)域始終加強(qiáng)是不是指該處的質(zhì)點的振動位移總是為最大值 振動減弱的區(qū)域始終減弱是不是指該處的質(zhì)點的振動位移總是為最小值 結(jié)論 振動加強(qiáng) 或減弱 的區(qū)域是指質(zhì)點的振幅達(dá)最大值 或最小值 而不是指振動的位移 因為不管是加強(qiáng)區(qū)還是減弱區(qū) 質(zhì)點都在作振動 它們的位移是時刻在變化的 思考與討論 試從水波的干涉圖樣中分析出各加強(qiáng)區(qū)處的任一質(zhì)點到兩波源之間的距離存在什么規(guī)律 減弱區(qū)呢 思考與討論 1 若P點為振動加強(qiáng)點 假設(shè)在兩列波的疊加區(qū)域有一個P點 它到兩列波源的距離分別為S1 S2 兩列波的波長為 則有 n 0 1 2 則有P點到兩列波的波源的距離差等于波長的整數(shù)倍或半個波長的偶數(shù)倍 2 若P點為振動減弱點 則有P點到兩列波的波源的距離差等于半個波長的奇數(shù)倍 n 0 1 2 波的干涉 生活實例 聲波的干涉 操場上裝有很多個相同的揚聲器 當(dāng)它們同時發(fā)聲時 若繞操場一周 將會聽到某些地方聲音加強(qiáng) 某些地方聲音減弱 生活中波的干涉實例 ABD 1 下列關(guān)于波的衍射說法正確的是 A 衍射是一切波特有的現(xiàn)象B 對同一列波 縫 孔或障礙物越小 衍射現(xiàn)象越明顯C 只有橫波才能發(fā)生衍射現(xiàn)象 縱波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象D 聲波容易發(fā)生衍射現(xiàn)象 由于聲波波長較大 課堂練習(xí) 2 水波通過小孔 發(fā)生一定程度的衍射 為使衍射現(xiàn)象更不明顯 可以 A 增大小孔尺寸 同時增大水波的頻率B 增大小孔尺寸 同時減小水波的頻率C 縮小小孔尺寸 同時增大水波的頻率D 縮小小孔尺寸 同時減小水波的頻率 A 課堂練習(xí) 3 下列關(guān)于波的衍射圖象正確的是 BC 注意 有孔衍射的子波源在小孔處 課堂練習(xí) 4 如圖所示 S為波源 MN為兩塊擋板 其中M固定 N板可上下移動 兩板中間有一塊縫 此時測得A點沒有發(fā)生振動 為了使A點能振動起來 可采取的方法是 A 增大波源的頻率B 減小波源的頻率C 將N板上移一些D 將N板下移一些 BC 課堂練習(xí) 5 下列關(guān)于兩列波相遇時疊加的說法中正確的是 A 相遇后 振幅小的一列波將減弱 振幅大的一列波將加強(qiáng)B 相遇后 兩列波的振動情況與相遇前完全相同C 在相遇區(qū)域 任一點的總位移等于兩列波分別引起的位移的矢量和D 幾個人在同一房間說話 相互聽得清楚 這說明聲波在相遇時互不干擾 BCD 課堂練習(xí) 6 兩列波發(fā)生了干涉現(xiàn)象 得到了干涉圖樣 則 A 振動加強(qiáng)的質(zhì)點 始終處于最大位移處B 振動加強(qiáng)的質(zhì)點的位移 有時會小于振動削弱的質(zhì)點的位移C 波峰與波峰相遇處的質(zhì)點 其振動始終加強(qiáng)D 波峰與波谷相遇處的質(zhì)點 其振動始終削弱 BCD 課堂練習(xí) 7 如圖所示 A B為兩個完全相同的相干波源 它們產(chǎn)生的兩列波在AB連線的中垂線上的P點相遇時 則 A P點振動始終加強(qiáng)B P點振動有時加強(qiáng) 有時減弱C P點位移始終等于振幅D P點位移有時為零 AD 課堂練習(xí) 8 頻率相同的兩列波發(fā)生干涉現(xiàn)象時 有 A 某一點如果是兩列波的波峰與波峰相遇 經(jīng)過半個周期 在這一點則是第一列波的波峰與第二列波的波谷相遇B 某一點如果是兩列波的波谷與波谷相遇 經(jīng)過半個周期 在這一點則是第一列波的波谷與第二列波的波谷相遇C 某一點如果是第一列波的波峰與第二列波的波谷相遇 經(jīng)過半個周期 在這一點則是兩列波的波谷相遇D 某一點如果是第一列波的波峰與第二列波的波谷相遇 經(jīng)過半個周期 在這一點則是第一列波的波谷與第二列波的波峰相遇 D 課堂練習(xí) 9 如圖所示 S1 S2是兩個相干波源 它們振動同步且振幅相同 實線和虛線分別表示在某一時刻它們所發(fā)出的波的波峰和波谷 關(guān)于圖中所標(biāo)的a b c d四點 下列說法中正確的有 A 該時刻a質(zhì)點振動最弱 b c質(zhì)點振動最強(qiáng) d質(zhì)點振動既不是最強(qiáng)也不是最弱B 該時刻a質(zhì)點振動最弱 b c d質(zhì)點振動都最強(qiáng)C a質(zhì)點的振動始終是最弱的 b c d質(zhì)點的振動始終是最強(qiáng)的D 再過T 4后的時刻a b c三個質(zhì)點都將處于各自的平衡位置 因此振動最弱 BC 課堂練習(xí) 10 如圖所示表示兩列相干水波的疊加情況 圖中的實線表示波峰 虛線表示波谷 設(shè)兩列波的振幅均為5cm 且圖示的范圍內(nèi)振幅不變 波速和波長分別為1m s和0 5m C點是BE連線的中點 下列說法中正確的是 A C E兩點都保持靜止不動B 圖示時刻A B兩點的豎直高度差為20cm