滬科版選修3－4 2.4 波的干涉與衍射 課件（26張）.ppt

2 4波的干涉與衍射 一 波的疊加 問題設計 你知道 風聲 雨聲 讀書聲 聲聲入耳 體現(xiàn)了波的什么性質 答案聲波在相互交錯 疊加之后互不影響 仍能保持原來的性質向前傳播 這種現(xiàn)象體現(xiàn)了波的傳播具有獨立性 要點提煉 1 波的獨立性 大量事實證明 幾列波相遇時能保持 頻率 波長 振動方向等 繼續(xù)傳播 互不影響 這就是波的獨立性 2 波的疊加原理 幾列波相遇時在相遇區(qū)域內 任一質點的位移是各列波單獨存在時在該點引起的位移的 這就是波的疊加原理 各自的特性 矢量和 例1如圖1所示 沿一條直線相向傳播的兩列波的振幅和波長均相等 當它們相遇時可能出現(xiàn)的波形是下列選項中的 圖1 解析該題考查波的疊加原理 半個波形 或前半個波形 相遇時 b正確 當兩列波完全相遇時 即重疊在一起 由波的疊加原理可知 所有質點振動的位移均等于每列波單獨傳播時引起的位移的矢量和 使得所有質點的振動的位移加倍 c正確 答案bc 問題設計 二 波的干涉 1 如圖2所示 操場上兩根電線桿上各有一只揚聲器 接在同一擴音機上 一位同學沿著mn方向走來 他聽到的聲音會有什么變化 為什么 圖2 答案聲音忽強忽弱 因為聲波發(fā)生了干涉現(xiàn)象 2 如圖3所示 水波干涉實驗裝置上 作為波源的兩個小球為什么固定在同一振動發(fā)生器上 圖3 答案為了獲得兩個振動頻率和振動步調相同的波源 3 如圖4所示為水波干涉圖樣 你發(fā)現(xiàn)有什么顯著特點 圖4 答案存在著一條條從兩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 而且兩區(qū)域間隔出現(xiàn) 要點提煉 1 干涉條件 只要是振動相同 一致 相差恒定 的兩列波疊加就會產生干涉現(xiàn)象 2 干涉圖樣的特征 1 加強區(qū)和減弱區(qū)的位置 2 加強區(qū) 減弱區(qū) 加強區(qū)與減弱區(qū)時間變化 3 加強區(qū)與減弱區(qū) 頻率 步調 固定不變 始終加強 始終減弱 不隨 互相間隔 例2圖5表示兩個相干波源s1 s2產生的波在同一種均勻介質中相遇 圖中實線表示某時刻的波峰 虛線表示的是波谷 下列說法正確的是 圖5 a a c兩點的振動加強 b d兩點的振動減弱b e f兩點的振動介于加強點和減弱點之間c 經適當?shù)臅r間后 加強點和減弱點的位置互換d 經半個周期后 原來位于波峰的點將位于波谷 原來位于波谷的點將位于波峰 解析題圖中波的干涉示意圖所示的僅是某一時刻兩列相干波疊加的情況 形成干涉圖樣的所有介質質點都在不停地振動著 其位移的大小和方向都在不停地變化著 但要注意 對穩(wěn)定的干涉 振動加強和減弱的區(qū)域的空間位置是不變的 a點是波谷和波谷相遇的點 c是波峰和波峰相遇的點 都是振動加強的點 而b d兩點都是波峰和波谷相遇的點 是振動減弱的點 a正確 e位于加強點的連線上 仍為加強點 f位于減弱點的連線上 仍為減弱點 b錯誤 相干波源疊加產生的干涉是穩(wěn)定的 不會隨時間變化 c錯誤 因形成干涉圖樣的介質質點不停地做周期性振動 經半個周期步調相反 d正確 答案ad 返回 問題設計 三 波的衍射 大家都熟悉 聞其聲不見其人 的物理現(xiàn)象 你能說出是什么原因嗎 答案聲波在傳播過程中遇到障礙物時 可以繞過障礙物 不沿直線傳播 而光沿直線傳播 不能繞過障礙物 這樣就發(fā)生了 聞其聲不見其人 的現(xiàn)象 要點提煉 1 產生明顯衍射現(xiàn)象的條件 障礙物或孔的尺寸跟或 2 理解 1 衍射是波特有的現(xiàn)象 一切波都可以發(fā)生衍射 2 波的衍射總是存在的 只有 明顯 與 不明顯 的差異 不會出現(xiàn) 不發(fā)生衍射現(xiàn)象 的說法 波長相差不多 比波長小 3 波傳到小孔 障礙物 時 小孔 障礙物 仿佛是一個新波源 由它發(fā)出與原來的波在孔 障礙物 后傳播 就偏離了直線方向 因此 波的直線傳播只是在衍射不明顯時的近似情況 同頻率 例3如圖6所示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是波源 圖中已畫出波源所在區(qū)域的波的傳播情況 每兩條相鄰波紋 圖中曲線 之間的距離表示一個波長 則關于波經過孔之后的傳播情況 下列描述中正確的是 圖6 a 此時能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象b 擋板前后波紋間距離相等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 能更明顯地觀察到衍射現(xiàn)象 解析本題主要考查發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件 觀察題圖可知孔的尺寸與波長差不多 能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象 故選項a對 因波的傳播速度不變 頻率不變 故波長不變 即擋板前后波紋間距應相等 故選項b對 若將孔ab擴大 且孔的尺寸遠大于波長 則可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象 故選項c對 若f增大 由 知 變小 衍射現(xiàn)象變得不明顯了 故選項d錯 答案abc 返回 課堂要點小結 1 波的干涉 波的疊加 干涉 產生穩(wěn)定干涉的條件 頻率相同振動情況相同 穩(wěn)定干涉圖樣特點 加強區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變加強區(qū)與減弱區(qū)互相間隔 2 波的衍射 定義 波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象產生明顯衍射的條件 障礙物 孔 縫 的尺寸比波長小或者相差不多波特有的現(xiàn)象 一切波都能發(fā)生衍射 1 2 3 1 下列關于波的衍射的說法正確的是 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)象是由于聲波波長較長 解析衍射是一切波特有的現(xiàn)象 所以選項a正確 選項c錯 1 2 3 發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象是有條件的 只有縫 孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長差不多或比波長小時 才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象 所以選項b是正確的 聲波的波長在1 7cm到17m之間 一般常見的障礙物或孔的大小可與之相比 正是由于聲波波長較長 因此聲波容易發(fā)生衍射現(xiàn)象 所以選項d也是正確的 故正確答案為a b d 答案abd 1 2 3 2 關于波的疊加和干涉 下列說法中正確的是 a 兩列頻率不相同的波相遇時 因為沒有穩(wěn)定的干涉圖樣 所以波沒有疊加b 兩列頻率相同的波相遇時 振動加強的點只是波峰與波峰相遇的點c 兩列頻率相同的波相遇時 介質中振動加強的質點在某時刻的位移可能是零d 兩列頻率相同的波相遇時 振動加強的質點的位移總是比振動減弱的質點的位移大 1 2 3 解析兩列波相遇時一定疊加 沒有條件 a錯 振動加強是指振幅增大 而不只是波峰與波峰相遇 b錯 加強點的振幅增大 質點仍然在自己的平衡位置兩側振動 故某時刻的位移可以是振幅范圍內的任何值 c正確 d錯誤 答案c 1 2 3 3 利用發(fā)波水槽得到的水面波形如圖8中a b所示 則 圖8 a 圖a b均