波的衍射和干涉課件

§12.4波的衍射和干涉第十二章機械波高二物理選修3-4教學(xué)一、波的衍射波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫做波的衍射1.一切波都能發(fā)生衍射2.衍射是波特有的現(xiàn)象說明：.........障礙物平面波平面波波面二、用惠更斯原理解釋衍射現(xiàn)象

波達到狹縫處，縫上各點都可看作子波源，作出子波包絡(luò)，得到新的波前。在縫的邊緣處，波的傳播方向發(fā)生改變。三、發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件結(jié)論：1.窄縫寬度跟波長相差不多時，有明顯的衍射現(xiàn)象2.窄縫寬度比波長大得越多，衍射現(xiàn)象越不明顯3.窄縫寬度跟波長相比非常大時，水波將直線傳播，觀察不到衍射現(xiàn)象三、發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件只有縫、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)象注意：一切波都能發(fā)生衍射，而要發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象須滿足上述條件，當(dāng)不滿足上述條件時，衍射現(xiàn)象仍存在，只不過是衍射現(xiàn)象不明顯，不易被我們觀察到1.衍射是波特有的現(xiàn)象,一切波都會產(chǎn)生衍射現(xiàn)象2.衍射現(xiàn)象總是存在的,只有明顯與不明顯的差異3.障礙物或孔的尺寸大小,并不是決定衍射能否發(fā)生的條件,僅是發(fā)生明顯衍射的條件4.一般情況下波長較大的波容易產(chǎn)生顯著的衍射現(xiàn)象5.波傳到小孔（或障礙物）時,小孔或障礙物仿佛是一個新的波源,由它發(fā)出與原來同頻率的波在孔或障礙物后傳播,于是就出現(xiàn)了偏離直線傳播方向的衍射現(xiàn)象6.當(dāng)孔的尺寸遠(yuǎn)小于波長時,盡管衍射十分突出,但由于能量的減弱,衍射現(xiàn)象不容易觀察到課堂小結(jié)例1.下列現(xiàn)象或事實屬于衍射現(xiàn)象的是()A.風(fēng)從窗戶吹進來B.雪堆積在背風(fēng)的屋后C.水波前進方向上遇到凸出水面的小石子,小石子對波的傳播沒有影響.D.晚上看到水中月亮的倒影C好身體好心態(tài)好習(xí)慣好成績成就一生例2.下列關(guān)于波的衍射的說法正確的是()A.衍射是一切機械波特有的現(xiàn)象B.對同一列波,縫或孔(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)生衍射是由于聲波波長較大BD例3.在水波槽的衍射實驗中,若打擊水面的振子的頻率是5HZ,水波在槽中的傳播速度為0.05m/s,為觀察到顯著的衍射現(xiàn)象,小孔直徑d應(yīng)為()A.10cmB.5cmC.d>1cmD.d<1cmD好身體好心態(tài)好習(xí)慣好成績成就一生例4：如圖是觀察水面波衍射的實驗裝置，AC和BD是兩塊擋板，AB是一個孔，O為波源，圖中已畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況，每兩條相鄰波紋（圖中曲線）之間距離表示一個波長，則波經(jīng)過孔之后的傳播情況，下述描述正確的是A．此時能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象B．擋板前波紋間距離相等C．如果將孔AB擴大，有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象D．如果孔的大小不變，使波源頻率增大，能更明顯地觀察衍射現(xiàn)象A．B、C.好身體好心態(tài)好習(xí)慣好成績成就一生關(guān)于波的衍射下列說法中正確的是（）A．在衍射現(xiàn)象中，波不是沿直線傳播的B．水波碰到障礙物后返回傳播的現(xiàn)象屬于衍射現(xiàn)象C．橫波能發(fā)生衍射，而縱波不能發(fā)生衍射D．不能發(fā)生明顯衍射的，必定不是波E．衍射是一切波的特性F．波長跟孔的寬度差不多時能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象G．波長比孔的寬度小得越多，衍射現(xiàn)象越不明顯H．波長比孔的寬度大得越多，衍射現(xiàn)象越不明顯AEFH課堂練習(xí)1.波的獨立作用原理——幾列波在傳播時，無論是否相遇，都將保持各自原有特性（頻率、波長、振幅、振動方向）不變，互不干擾地各自獨立傳播。2.波的疊加原理——在相遇區(qū)域內(nèi)任一點的振動,為各列波單獨存在時在該點所引起的振動位移的矢量和。(一)波的疊加原理四、波的干涉

1、干涉現(xiàn)象——頻率相同的兩列波相遇區(qū)域內(nèi)振動在空間上出現(xiàn)穩(wěn)定的周期性的強弱分布的現(xiàn)象。1)頻率相同；2)振動方向相同；3)同相或相位差恒定。

滿足上述三條件的波稱為相干波，其波源稱為相干波源。2、相干波條件(二)波的干涉現(xiàn)象好身體好心態(tài)好習(xí)慣好成績成就一生加強減弱如果在某一時刻，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)點的位移最大，等于兩列波的振幅之和；因此在這一點，始終是兩列波干涉的加強點，質(zhì)點的振動最激烈.3、干涉的解釋如果在某一時刻，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，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．把相應(yīng)的振動最激烈的質(zhì)點連起來，為振動加強區(qū)；相應(yīng)的振動最不激烈或靜止的質(zhì)點連起來，為振動減弱區(qū)．振動加強區(qū)和振動減弱區(qū)是相互隔開的．

注意：（1）振動加強的區(qū)域振動始終加強，振動減弱的區(qū)域振動始終減弱．（2）振動加強（減弱）的區(qū)域是指質(zhì)點的振幅大（小），而不是指振動的位移大（?。驗槲灰剖窃跁r刻變化的．振動加強點的位置：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λ。（n=0,1,2,3……）P點到兩列波的波源的距離差等于波長的整數(shù)倍，半個波長的偶數(shù)倍。4、加強區(qū)、減弱區(qū)的條件P點到兩列波的波源的距離差等于半個波長的奇數(shù)倍。振動減弱點的位置：（n=

0,1,2,3……）例1、如圖所示兩個頻率與相位、振幅均相同的波的干涉圖樣中，實線表示波峰，虛線表示波谷，對疊加的結(jié)果正確的描述是()A．在A點出現(xiàn)波峰后，經(jīng)過半個周期該點還是波峰B．B點在干涉過程中振幅始終為零C．兩波在B點路程差是波長的整數(shù)倍D．當(dāng)C點為波谷時，經(jīng)過一個周期此點出現(xiàn)波峰BS1S2ABDC好身體好心態(tài)好習(xí)慣好成績成就一生例2、水面上有A、B兩個振動情況完全相同的振動源，在A、B連線的中垂線上有三個點a、b、c，已知某時a點是兩列波波峰和波峰相遇點，c點是與a點最近的波谷和波谷相遇點，b處在a、c之間，如下圖，以下說法正確的是：（）A：a振動加強，c點振動減弱

B：a、c點振動加強，b點振動減弱

C:a、b、c點振動都加強

D：a、c點振動加強，b點振動不確定ABabcC好身體好心態(tài)好習(xí)慣好成績成就一生例3．如圖所示，兩列簡諧波均沿x軸傳播，傳播速度的大小相等，其中一列沿x方向傳播(圖中實線所示)，一列沿負(fù)x方向傳播(圖中虛線所示)，這兩列波的頻率相同，振動方向均沿y軸，則圖中x=1、2、3、4、5、6、7、8各點中振幅最大的是x=

的點，振幅最小的是x=

的點。4、82、6好身體好心態(tài)好習(xí)慣好成績成就一生例4、如圖中實線和虛線所示，振幅、周期、起振方向都相同的兩列正弦波（都只有一個完整波形）沿同一條直線向相反方向傳播，在相遇階段（一個周期內(nèi)），⑴試畫出每隔T/4后的波形圖。⑵并分析相遇后T/2時刻疊加區(qū)域內(nèi)各質(zhì)點的運動情況。

解：⑴根據(jù)波的獨立傳播原理和疊加原理可作出每隔T/4后的波形圖如①②③④所示。⑵如圖所示②，相遇后T/2時刻，圖中a、b、c、d、e各質(zhì)點的位移都是零，但速度各不相同，其中a、c、e三質(zhì)點速度最大，方向如圖所示，而b、d兩質(zhì)點速度為零。這說明在疊加區(qū)域內(nèi)，a、c、e三質(zhì)點的振動是最強的，b、d兩質(zhì)點振動是最弱的。例5．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，d質(zhì)點振動既不是最強也不是最弱B．該時刻a質(zhì)點振動最弱，b、c、d質(zhì)點振動都最強C．a(chǎn)、

b、c、d各質(zhì)點的振動都是時而強時而弱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，因此振動最弱好身體好心態(tài)好習(xí)慣好成績成就一生解：該時刻a質(zhì)點振動最弱，b、c質(zhì)點振動最強，這不難理解。但是d既不是波峰和波峰疊加，又不是波谷和波谷疊加，如何判定其振動強弱？這就要用到充要條件：“到兩波源的路程之差是波長的整數(shù)倍”時振動最強，從圖中可以看出，d是S1、S2連線的中垂線上的一點，到S1、S2的距離相等，所以必然為振動最強點。描述振動強弱的物理量是振幅，振幅不是位移。每個質(zhì)點在振動過程中的位移是在不斷改變的，但振幅是不變的，所以振動最強的點無論處于波峰還是波谷，振動始終是最強的。本題答案應(yīng)選B。好身體好心態(tài)好習(xí)慣好成績成就一生例6.

如圖示，在y軸上的QP兩點位置上有兩個頻率相同，振動方向相同的振源，它們激起的機械波長為2m，QP兩點的縱坐標(biāo)分別為yQ=6m，yP=1m，那么在x軸上從+∞到-∞的位置上，會出現(xiàn)振動減弱區(qū)域有

個?！ぁ/mQPx/mO16解：

λ=2m,在x軸上右側(cè)取點A,干涉減弱的條件為A·x有兩解k=1、2同理在x軸上左側(cè)也有兩解，O點也是減弱的點，共有5解5返回好身體好心態(tài)好習(xí)慣好成績成就一生例7.有一半徑為45米的圓形跑道，AB為一直徑，現(xiàn)將兩個相同的喇叭分別放在圓心O和A點，它們發(fā)出兩列波長均為10米的相干聲波，若一個人在B點聽到的聲音恰好最弱，則該人從B點沿半圓跑到A點之前，還會遇到幾次聲音最弱的地方：（）A.4次B.6次C.8次D.10次

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