人教版選修34 第12章 第4節(jié)波的衍射和干涉 課件（35張）.ppt

第十二章 機(jī)械波 第四節(jié)波的衍射和干涉 學(xué)習(xí)目標(biāo) 知識(shí)導(dǎo)圖 課前預(yù)習(xí) 1 定義波可以繞過(guò) 繼續(xù)傳播的現(xiàn)象 2 實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)象 1 實(shí)驗(yàn)裝置 在水槽里放兩塊擋板 中間留一個(gè) 2 現(xiàn)象 狹縫寬度比波長(zhǎng)大得多時(shí) 波的傳播如同光沿 傳播一樣 擋板后面產(chǎn)生 狹縫寬度與波長(zhǎng)相差不多或狹縫寬度比波長(zhǎng)更小時(shí) 水波 擋板后面繼續(xù)傳播 3 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(zhǎng) 或者比波長(zhǎng) 時(shí) 才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象 知識(shí)點(diǎn)1 波的衍射 障礙物 狹縫 直線 陰影區(qū) 繞到 相差不多 更小 1 波的獨(dú)立傳播特性?xún)闪胁ㄏ嘤龊?每列波仍象相遇前一樣 保持各自 繼續(xù)向前傳播 如圖所示 知識(shí)點(diǎn)2 波的疊加 原來(lái)的波形 2 波的疊加原理在兩列波重疊的區(qū)域里 任何一個(gè)質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與 其振動(dòng)位移等于這兩列波分別引起的位移的 當(dāng)兩列波振動(dòng)方向在同一直線上時(shí) 這兩個(gè)位移的矢量和在選定正方向后可簡(jiǎn)化為 兩個(gè)振動(dòng) 矢量和 代數(shù)和 1 干涉現(xiàn)象頻率相同的兩列波疊加 使某些區(qū)域的 使某些區(qū)域的 并且振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域 這種現(xiàn)象叫波的干涉 形成的圖樣叫波的干涉圖樣 2 兩列波產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件 兩列波的 必須相同 兩個(gè)波源的 必須保持不變 3 波的干涉和衍射都是波所特有的現(xiàn)象一切波都能夠發(fā)生 和 現(xiàn)象 反之能夠發(fā)生 和 現(xiàn)象的 一定是波 知識(shí)點(diǎn)3 波的干涉 振動(dòng)加強(qiáng) 振動(dòng)減弱 互相間隔 頻率 相位差 干涉 衍射 干涉 衍射 判一判 1 隔墻有耳 指的是聲波的衍射現(xiàn)象 2 敲擊音叉使其發(fā)聲 然后轉(zhuǎn)動(dòng)音叉 聽(tīng)到聲音忽強(qiáng)忽弱是聲波的干涉現(xiàn)象 3 只有頻率相同的兩列波才可以疊加 4 在兩列波重疊的區(qū)域里 任何一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位移都等于原來(lái)位移的2倍 5 一切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象 6 產(chǎn)生干涉的一個(gè)必要條件是 兩列波的頻率必須相同 預(yù)習(xí)反饋 解析 蟋蟀是依靠一雙翅膀的振動(dòng)發(fā)聲 兩翅膀的振動(dòng)頻率 振幅相同 形成相干波源 在周?chē)霈F(xiàn)振動(dòng)加強(qiáng)與減弱的區(qū)域 b 答案 聲波在空氣中的波長(zhǎng)較長(zhǎng) 可以跟一般障礙物的尺寸相比擬 很容易發(fā)生衍射現(xiàn)象 繞過(guò)障礙物傳入人耳 而光波由于波長(zhǎng)很短 障礙物或孔的尺寸遠(yuǎn)大于光的波長(zhǎng) 不能繞過(guò)障礙物發(fā)生衍射 所以只能聽(tīng)到聲音而看不到說(shuō)話(huà)的人 課內(nèi)探究 提示 這是聲波的衍射現(xiàn)象 聲波在傳播過(guò)程中遇到障礙物時(shí) 可以繞過(guò)障礙物繼續(xù)傳播 探究一對(duì)波的衍射現(xiàn)象的理解 1 生活中常見(jiàn)的波的衍射現(xiàn)象 1 聲波 聲波的波長(zhǎng)在1 7cm 17m之間 與一般障礙物的尺寸相比差不多 或比其大 故聲波的衍射現(xiàn)象極為明顯 2 水波 水面上傳播的波能夠越過(guò)水面上的蘆葦 小石塊等障礙物 都是典型的水波的衍射現(xiàn)象 3 無(wú)線電波 在房間中可以接收到收音機(jī)和電視信號(hào) 是電磁波的衍射現(xiàn)象 2 對(duì)明顯衍射發(fā)生條件的理解 1 波的衍射是波在傳播過(guò)程中所具有的特征之一 衍射是否明顯 通常的衡量就是孔或縫的寬度d與波長(zhǎng) 的比值 比值越小 衍射現(xiàn)象相對(duì)越明顯 2 孔 縫的寬度或障礙物的尺寸與波長(zhǎng)的關(guān)系僅是衍射能否明顯發(fā)生的條件 波的衍射沒(méi)有條件 3 明顯衍射發(fā)生時(shí) 并不一定能清楚地感受到 如當(dāng)孔遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水波波長(zhǎng)時(shí) 衍射應(yīng)當(dāng)非常明顯 但因孔很小 單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的能量很小 又分布到很大的區(qū)域上 水波非常弱 將看不清楚 特別提醒 1 衍射是波所特有的現(xiàn)象 一切波都會(huì)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象 只有明顯和不明顯的差異 2 凡能發(fā)生衍射現(xiàn)象的就是波 解題指導(dǎo) 波能發(fā)生明顯衍射的條件是孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長(zhǎng)相差不多或者比波長(zhǎng)更小 在同種介質(zhì)中 波速確定 當(dāng)改變波的頻率時(shí) 也改變了波長(zhǎng)的大小 解析 波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是障礙物或孔的尺寸與波長(zhǎng)相差不多 或者比波長(zhǎng)更小 所以要使p點(diǎn)振動(dòng)起來(lái) 有兩種方法 一是減小孔的尺寸 二是增大波的波長(zhǎng) 由v f可知 水波的波速一定 減小波源的頻率可以增大水波的波長(zhǎng) 故使擋板左邊的振動(dòng)傳到p處可以采用的方法是n板上移 或減小波源振動(dòng)的頻率 答案 n板上移或減小波源振動(dòng)頻率 解析 波在傳播過(guò)程中偏離直線傳播繞過(guò)障礙物的現(xiàn)象稱(chēng)為波的衍射 c與衍射現(xiàn)象相符 c 提示 聲音忽強(qiáng)忽弱 因?yàn)槁暡òl(fā)生了干涉現(xiàn)象 探究二對(duì)波的疊加與波的干涉現(xiàn)象的理解 1 波的獨(dú)立傳播幾列波相遇時(shí)能夠保持各自的運(yùn)動(dòng)特征 繼續(xù)傳播 即各自的波長(zhǎng) 頻率等保持不變 2 波的疊加波的疊加原理是波具有獨(dú)立傳播性的必然結(jié)果 由于總位移是兩個(gè)位移的矢量和 所以疊加區(qū)域的質(zhì)點(diǎn)的位移可能增大 也可能減小 兩列同相波的疊加 振動(dòng)加強(qiáng) 振幅增大 如圖甲所示 兩列反相波的疊加 振動(dòng)減弱 振幅減小 如圖乙所示 3 干涉條件 1 波的疊加是無(wú)條件的 任何頻率的兩列波在空間相遇都會(huì)疊加 2 穩(wěn)定干涉圖樣的產(chǎn)生是有條件的 必須是兩列同類(lèi)的波 并且波的頻率相同 振動(dòng)方向在同一直線上 相位差恒定 如果兩列波的頻率不相等 在同一種介質(zhì)中傳播時(shí)其波長(zhǎng)就不相等 這樣不能形成穩(wěn)定的振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn) 因此我們就看不到穩(wěn)定的干涉圖樣 只能是一般的振動(dòng)疊加現(xiàn)象 3 明顯的干涉圖樣和穩(wěn)定的干涉圖樣意義是不同的 明顯的干涉圖樣除了滿(mǎn)足相干條件外 還必須滿(mǎn)足兩列波振幅差別不大 振幅越是接近 干涉圖樣越明顯 4 關(guān)于加強(qiáng)點(diǎn) 區(qū) 和減弱點(diǎn) 區(qū) 1 加強(qiáng)點(diǎn) 在某些點(diǎn)兩列波引起的振動(dòng)始終加強(qiáng) 質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)最劇烈 振動(dòng)的振幅等于兩列波的振幅之和 a a1 a2 2 減弱點(diǎn) 在某些點(diǎn)兩列波引起的振動(dòng)始終相互削弱 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅等于兩列波的振幅之差 a a1 a2 若兩列波振幅相同 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的合振幅就等于零 水面保持平靜 5 干涉圖樣及其特征 1 干涉圖樣 如圖所示 2 特征 加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變 加強(qiáng)區(qū)始終加強(qiáng) 減弱區(qū)始終減弱 加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)不隨時(shí)間變化 加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)互相間隔 特別提醒 1 振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)的振動(dòng)總是加強(qiáng) 但并不是始終處于波峰或波谷 它們都在平衡位置附近振動(dòng) 有的時(shí)刻位移也為零 只是振幅為兩列波振幅之和 顯得振動(dòng)劇烈 2 振動(dòng)減弱點(diǎn)的振動(dòng)始終減弱 位移的大小始終等于兩列波分別引起位移的大小之差 振幅為兩列波振幅之差 如果兩列波的振幅相同 則振動(dòng)減弱點(diǎn)將會(huì)總是處于靜止 bc 解題指導(dǎo) 除了波峰與波峰相遇 波谷與波谷相遇是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn) 同樣只要在振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域的點(diǎn)都是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn) 對(duì)于振動(dòng)減弱點(diǎn)也一樣 振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn) 或振動(dòng)減弱點(diǎn) 在任何時(shí)刻振動(dòng)都是加強(qiáng) 或減弱 解析 該時(shí)刻a質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)最弱 b c質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)最強(qiáng) 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(dòng)強(qiáng)弱 這就要用到充要條件 到兩波源的路程之差是波長(zhǎng)的整數(shù)倍 時(shí)振動(dòng)最強(qiáng) 從圖中可以看出 d是s1 s2連線的中垂線上的一點(diǎn) 到s1 s2的距離相等 所以必然為振動(dòng)最強(qiáng)點(diǎn) c 解析 根據(jù)干涉特點(diǎn)知 兩相干波源的距離差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí) 此點(diǎn)為振動(dòng)增強(qiáng)點(diǎn) 而消除噪聲不能加強(qiáng) 故a b錯(cuò)誤 距離差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí) 此點(diǎn)為振動(dòng)減弱點(diǎn) 本題為消除噪音 要減弱振動(dòng) 所以c正確d錯(cuò)誤 素養(yǎng)提升 干涉與衍射的研究對(duì)象不同 從形式上看 衍射是波繞過(guò)障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象 而波的干涉是兩列波的疊加 干涉圖樣與