2018-2019学年高中物理第十二章机械波第4节波的衍射和干涉课件新人教版选修3 .ppt

4波的衍射和干涉,读一读,辨一辨,一、波的衍射阅读教材第33页,知道波的衍射的定义及发生明显衍射现象的条件。1.什么是波的衍射?答案：波可以绕过障碍物继续传播,这种现象叫作波的衍射。2.能发生明显衍射现象的条件是什么?答案：只有缝、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。,读一读,辨一辨,二、波的叠加与波的干涉阅读教材第3335页,了解波的叠加原理、波的干涉现象、产生干涉的条件。1.什么是波的叠加原理?答案：几列波相遇时能够保持各自的运动特征,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,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。2.什么是波的干涉?答案：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,这种现象叫作波的干涉。3.能发生明显干涉现象的条件是什么?答案：(1)两列波的频率必须相同。(2)两个波源的相位差必须保持不变。,读一读,辨一辨,1.思考辨析。(1)“闻其声而不见其人”说明声波能发生衍射,而光却不能发生衍射。()解析：光是一种电磁波,与声波一样都能发生衍射现象,只是光的波长太小,衍射现象很不明显。答案：(2)将一个音叉敲响,人围绕它走一周,将听到忽强忽弱的声音。()解析：这是声波的干涉现象。干涉现象是振动加强与振动减弱的区域互相间隔且分布稳定的现象。答案：,读一读,辨一辨,(3)两列波叠加时,质点的总位移一定变大。()解析：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。答案：2.探究讨论。(1)教材波的衍射的演示中图12.4-1中甲、乙哪个图象衍射现象更明显?答案：乙图象衍射现象更明显。(2)医院中探测仪器“B超”为什么用超声波而不用普通声波?答案：超声波的波长短,不易发生衍射,故波能反射回来并被接收。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,对波的衍射现象的理解在浙江歌舞剧院建院50周年的纪念活动中,评委隔着布幔或箱子做成的隔断倾听选手们的演奏。评委为什么可以隔着隔断听到优美的乐声呢?要点提示：这是声波的衍射现象。声波在传播过程中遇到障碍物时,可以绕过障碍物继续传播。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,1.衍射是波特有的现象(1)一切波都能发生衍射现象,只是有的明显,有的不明显。(2)波的直线传播只是在衍射不明显时的近似。(3)波长较长的波容易产生明显的衍射现象。2.关于衍射的条件应该说衍射是没有条件的,衍射是波特有的现象,一切波都可以发生衍射。衍射只有“明显”与“不明显”之分,障碍物或小孔的尺寸跟波长差不多,或比波长小是产生明显衍射的条件。3.波的衍射实质分析波传到小孔(障碍物)时,小孔(障碍物)仿佛是一个新波源,由它发出的与原来同频率的波在小孔(障碍物)后传播,就偏离了直线方向。波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,4.衍射现象与观察的矛盾当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射十分突出,但由于衍射波的能量很弱,衍射现象不容易观察到。衍射现象总是存在的,只是有明显和不明显的差异。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,【例题1】观察水面波衍射的实验装置如图所示,AC和BD是两块挡板,AB是一个孔,O是波源,图中已画出波源所在区域波的传播情况,每两条相邻波纹(图中曲线)之间距离表示一个波长,则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.挡板前后波纹间距离相等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,能更明显地观察到衍射现象,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,解析：从题图中可看出孔AB的尺寸小于一个波长,所以此时能明显地观察到波的衍射现象,选项A正确;因为穿过挡板小孔后的波速不变,频率相同,所以波长也相同,选项B正确;若将孔AB扩大,将可能不满足发生明显衍射现象的条件,就有可能观察不到明显的衍射现象,选项C正确;若将波源频率增大,由于波速不变,所以波长变小,将可能不满足发生明显衍射现象的条件,就有可能观察不到明显的衍射现象,选项D错误。答案：ABC归纳总结对波的衍射条件的理解障碍物或孔的尺寸大小并不是决定衍射能否发生的条件,仅是衍射现象能否明显表现的条件。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,变式训练1如图所示,正中O是水面上一波源,实、虚线分别表示该时刻相邻的波峰、波谷,A是挡板,B是小孔,经过一段时间,水面上的波形将分布于()A.整个区域B.阴影以外区域C.阴影以外区域D.阴影以外区域,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,解析：由题图中可直观看出,半波长为实虚两圆半径之差,且可看出挡板A的尺寸比波长大得多,而小孔B与波长长度差不多。据波发生明显衍射的条件知,该波在挡板A处的衍射现象很不明显,即可认为波沿直线传播,故区内水面无波形,故选项A、C、D不正确;该波的波长与小孔B差不多,能够发生明显的衍射,故在阴影区、之内明显存在衍射波的波形,故选项B正确。答案：B,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,对波的叠加、波的干涉现象的理解如图所示,操场中两根竖直杆上各有一个扬声器,接在同一扩音机上,一位同学沿着AB方向走来,他听到的声音会有什么变化?为什么?要点提示：声音忽强忽弱,因为声波发生了干涉现象。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,1.波的独立传播:几列波相遇时能够保持各自的运动特征,继续传播,即各自的波长、频率等保持不变。2.关于干涉的条件:波的叠加是无条件的,任何频率的两列波在空间相遇都会叠加。但稳定干涉图样的产生是有条件的,必须是两列波的频率相同、相位差恒定。如果两列波的频率不相等,在相遇的区域里不同时刻各质点叠加的结果都不相同,看不到稳定干涉图样。3.关于加强点(区)和减弱点(区):(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,即A=A1+A2。(2)减弱点:在某些点两列波引起的振动始终相互削弱,质点振动的振幅等于两列波的振幅之差,即A=|A1-A2|。若两列波振幅相同,质点振动的合振幅就等于零,并不振动,水面保持平静。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,4.干涉图样及其特征:(1)干涉图样:如图所示。,(2)特征:加强区和减弱区的位置固定不变;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);加强区与减弱区互相间隔。若两波源振动步调相同,某点到两波源的距离差为半波长的奇数倍时振动减弱,为半波长的偶数倍时振动加强。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,【例题2】导学号73884067波源S1和S2的振动方向相同,频率均为4Hz,分别置于均匀介质中x轴上的O、A两点处,OA=2m,如图所示。两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播,波速为4m/s。已知两波源振动的初始相位相同。求:(1)简谐横波的波长。(2)O、A间合振动振幅最小的点的位置。【思考问题】到波源距离是多少的点振动是减弱的?提示：到S1和S2路程差是半波长的奇数倍的点,振动是减弱的。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,解析：(1)设简谐横波波长为,频率为f,则v=f,代入已知数据,得=1m。(2)以O为坐标原点,设P为OA间的任意一点,其坐标为x,则两波源到P点的波程差l=x-(2-x),0x2,其中x、l以m为单位。,答案：(1)1m(2)x=0.25m,0.75m,1.25m,1.75m,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,变式训练2下图表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇。图中实线表示某时刻的波峰,虚线表示的是波谷,下列说法正确的是()A.a、c两点的振动加强,b、d两点的振动减弱B.e、f两点的振动介于加强点和减弱点之间C.经适当的时间后,加强点和减弱点的位置互换D.经半个周期后,原来位于波峰的点将位于波谷,原来位于波谷的点将位于波峰,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,解析：波的干涉示意图所示的仅是某一时刻两列相干波叠加的情况。形成干涉图样的所有介质质点都在不停地振动着,其位移的大小和方向都在不停地变化着。但要注意,对于稳定的干涉图样,振动加强和减弱的区域的空间位置是不变的。a点是波谷和波谷相遇的点,c点是波峰和波峰相遇的点,都是振动加强的点;而b、d两点都是波峰和波谷相遇的点,是振动减弱的点,故选项A正确;e点位于加强点的连线上,为加强点,f点位于减弱点的连线上,为减弱点,故选项B错误;相干波源叠加产生的干涉是稳定的,不会随时间变化,故选项C错误;因形成干涉图样的介质质点也是不停地做周期性振动,经半个周期步调相反,故选项D正确。答案：AD,1234,1.(考查产生明显衍射现象的条件)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B.当障碍物的尺寸比波长大得多时,衍射现象很明显C.当孔的大小比波长小时,衍射现象很明显D.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解析：凡是波都能发生衍射现象,不过有时衍射现象明显,有时衍射现象不明显。只有当缝、孔或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小时,才能发生明显的衍射现象。答案：C,1234,2.(考查波的干涉现象)下列现象属于波的干涉现象的是()A.面对障碍物大喊一声,过一会听见自己的声音B.将一个音叉敲响,人围绕它走一周,将听到忽强忽弱的声音C.在障碍物的后面可以听到前面的人说话的声音D.一人敲一下长钢管的一端,另一人紧贴长钢管的另一端,先后听到两次声音答案：B,1234,3.导学号73884068(考查波的干涉特征)两列波相叠加产生了稳定的干涉现象,得到了干涉图样,以下关于干涉的说法错误的是()A.两列波的频率一定相等B.振动加强区与振动减弱区总是相互间隔的C.振动加强区与振动减弱区交替变化D.振动加强区在空间的位置一直不变解析：发生稳定的干涉现象时,振动加强和振动减弱的区域是稳定的,加强的区域总是加强,减弱的区域总是减弱,故选项C说法错误。答案