魯科版選修34 2.3波的干涉和衍射 學(xué)案.docx

波的干涉和衍射知識內(nèi)容波的干涉和衍射考試要求必考加試b課時要求1.知道波的衍射現(xiàn)象和波產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，知道衍射是波特有的現(xiàn)象，知道一切波都能發(fā)生衍射；經(jīng)歷波的衍射研究過程，體會波的傳播特征.2.了解波的疊加原理，知道波的干涉現(xiàn)象和波發(fā)生干涉的條件，知道一切波都能發(fā)生干涉，干涉是波特有的現(xiàn)象；經(jīng)歷波的干涉研究過程.3理解干涉現(xiàn)象中振動加強(qiáng)與減弱的意義.一、波的衍射導(dǎo)學(xué)探究如圖1所示是一個可觀察水波衍射的水波發(fā)生槽，振源的頻率是可以調(diào)節(jié)的，槽中放置兩塊可移動的擋板形成的寬度可調(diào)節(jié)的小孔，觀察水波的傳播，也可以在水槽中放置寬度不同的擋板，觀察水波的傳播思考下列問題：(1)水波遇到小孔時，會觀察到什么現(xiàn)象？依次減小小孔尺寸，觀察到的現(xiàn)象有什么變化？(2)當(dāng)水波遇到較大的障礙物時，會觀察到什么現(xiàn)象？當(dāng)障礙物較小時，會觀察到什么現(xiàn)象？圖1答案(1) 水波遇到小孔時，水波能穿過小孔，并能到達(dá)擋板后面的“陰影區(qū)”，小孔的尺寸減小時，水波到達(dá)“陰影區(qū)”的現(xiàn)象更加明顯(2)當(dāng)水波遇到較大的障礙物時，將會返回，當(dāng)障礙物較小時，波能繼續(xù)向前傳播. 知識梳理對波的衍射現(xiàn)象的理解(1)定義：波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象(2)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(3)波的衍射的普遍性：一切波都能發(fā)生衍射，衍射是波特有的現(xiàn)象即學(xué)即用判斷下列說法的正誤(1)一切波遇到障礙物都會發(fā)生衍射現(xiàn)象()(2)只有當(dāng)障礙物的尺寸與波長差不多或比波長小時，才會發(fā)生衍射現(xiàn)象()(3)當(dāng)小孔大小一定時，波的頻率越大，衍射現(xiàn)象越明顯()(4)當(dāng)障礙物大小一定時，波的頻率越小，衍射現(xiàn)象越明顯()二、波的疊加導(dǎo)學(xué)探究(1)兩個同學(xué)分別抓住繩子的兩端，各自抖動一下，繩上產(chǎn)生兩列凸起且相向傳播的波，兩列波相遇后是否還保持原來的運動狀態(tài)繼續(xù)傳播？(2)當(dāng)教室內(nèi)樂隊合奏時，我們聽到的某種樂器的聲音與這種樂器獨奏時發(fā)出的聲音是否相同？是否受到了其他樂器的影響？答案(1)兩列波相遇后仍然保持原來各自的運動狀態(tài)繼續(xù)傳播，并沒有受到另一列波的影響(2)相同，沒有受到其他樂器的影響知識梳理對波的疊加的理解(1)波的獨立傳播特性：幾列波相遇時各自的波長、頻率等運動特征，不受其他波的影響(2)波的疊加原理：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即學(xué)即用判斷下列說法的正誤(1)相遇后振幅小的一列波將減弱，振幅大的一列波將加強(qiáng)()(2)相遇后兩列波各自的波形和傳播方向與相遇前完全相同()(3)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()(4)幾個人在同一房間說話，相互都聽得清楚說明波在相遇時互不干擾()三、波的干涉導(dǎo)學(xué)探究如圖2所示，與振動發(fā)生器相連的兩個小球，在振動發(fā)生器的帶動下上下振動，形成兩個振動頻率和振動步調(diào)完全相同的波源，在水面上形成兩列步調(diào)、頻率相同的波，兩列波在水面上相遇時，能觀察到什么現(xiàn)象？如果改變其中一個小球振動的快慢，還會形成這種現(xiàn)象嗎？圖2答案在水面上出現(xiàn)一條條從兩個波源中間伸展開的相對平靜的區(qū)域和劇烈振動的區(qū)域改變其中一個小球振動的快慢，這種現(xiàn)象將消失知識梳理對波的干涉的理解1波的干涉：頻率相同的兩列波疊加時，某些區(qū)域的振幅加大，某些區(qū)域的振幅減小，這種現(xiàn)象叫做波的干涉2產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的兩列波的頻率一定相同3加強(qiáng)點(區(qū))和減弱點(區(qū))：(1)加強(qiáng)點：質(zhì)點振動的振幅等于兩列波的振幅之和，aa1a2.(2)減弱點：質(zhì)點振動的振幅等于兩列波的振幅之差，a|a1a2|，若兩列波振幅相同，質(zhì)點振動的合振幅就等于零4干涉圖樣及其特征：(1)干涉圖樣：如圖3所示圖3(2)特征加強(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)不隨時間變化). 振動加強(qiáng)的點和振動減弱的點始終在以振源的頻率振動，其振幅不變(若是振動減弱點，振幅小)，但其位移隨時間發(fā)生變化加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)互相間隔且位置固定不變即學(xué)即用判斷下列說法的正誤(1)任意兩列波都能產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象()(2)發(fā)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的兩列波，它們的頻率一定相同()(3)在振動減弱的區(qū)域，各質(zhì)點都處于波谷()(4)在振動加強(qiáng)的區(qū)域，有時質(zhì)點的位移等于零()一、波的衍射1關(guān)于衍射的條件：應(yīng)該說衍射是沒有條件的，衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都可以發(fā)生衍射衍射只有“明顯”與“不明顯”之分，障礙物或小孔的尺寸跟波長差不多，或比波長小是產(chǎn)生明顯衍射的條件2波的衍射實質(zhì)分析：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)出的與原來同頻率的波在小孔(障礙物)后傳播，就偏離了直線方向波的直線傳播只是在衍射不明顯時的近似情況例1(多選)如圖4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(guān)于波經(jīng)過孔之后的傳播情況，下列描述中正確的是()圖4a此時能觀察到波明顯的衍射現(xiàn)象b擋板前后波紋間距離相等c如果將孔ab擴(kuò)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，能觀察到更明顯的衍射現(xiàn)象答案abc解析觀察題圖可知孔的尺寸與波長差不多，能觀察到波明顯的衍射現(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(yīng)相等，故選項b對；若將孔ab擴(kuò)大，且孔的尺寸遠(yuǎn)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錯針對訓(xùn)練(2016蒼南高二檢測)在水波槽里放兩塊擋板，當(dāng)中留一窄縫，已知窄縫的寬度為0.5 cm.所用水波的波長為5 cm，則下列選項中的衍射圖樣正確的是()答案c解析窄縫寬度0.5 cm明顯小于水波波長5 cm，符合發(fā)生明顯衍射的條件，且水波是以水中“某點”為中心的弧線，c正確二、波的疊加兩列波相互疊加的規(guī)律：兩列波相互疊加時，疊加區(qū)質(zhì)點的位移等于兩列波分別引起的位移的矢量和，而不是位移大小的代數(shù)和例2(多選)如圖5所示，兩列簡諧橫波分別沿x軸正方向和負(fù)方向傳播，兩波源分別位于x0.2 m和x1.2 m處，兩列波的速度均為v0.4 m/s，兩波源的振幅均為a2 cm.圖示為t0時刻兩列波的圖象(傳播方向如圖所示)，此刻平衡位置處于x0.2 m和x0.8 m的p、q兩質(zhì)點剛開始振動質(zhì)點m的平衡位置處于x0.5 m處，關(guān)于各質(zhì)點運動情況判斷正確的是()圖5a兩列波相遇過后各自的振幅仍然為2 cmbt1 s時刻，質(zhì)點m的位移為4 cmct0.75 s時刻，質(zhì)點p、q都運動到m點d質(zhì)點p、q的起振方向都沿y軸負(fù)方向答案abd解析兩列波相遇過后不改變波的性質(zhì)，所以各自的振幅不變，振幅仍然為2 cm，a正確；由圖知波長0.4 m，由v得波的周期為t s1 s，兩列波傳到m的時間為t，t1 s時刻，兩波的波谷恰好傳到質(zhì)點m，所以位移為4 cm，b正確；質(zhì)點不隨波遷移，只在各自的平衡位置附近振動，所以質(zhì)點p、q都不會運動到m點，c錯誤；由波的傳播方向根據(jù)波形平移法可判斷出質(zhì)點的振動方向，兩列簡諧橫波分別沿x軸正方向和負(fù)方向傳播，則質(zhì)點p、q的起振方向均沿y軸負(fù)方向，d正確三、波的干涉振動加強(qiáng)點和振動減弱點的判斷方法(1)振動加強(qiáng)點和振動減弱點的理解：不能認(rèn)為振動加強(qiáng)點的位移始終最大，振動減弱點的位移始終最小，而應(yīng)該是振幅增大的點為振動加強(qiáng)點，其實這些點也在振動，位移可以為零；振幅減小的點為振動減弱點(2)條件判斷法：振動頻率相同、振動情況相同的兩列波疊加時，某點到兩列波的路程差為x|x2x1|k(k0,1，2)時為振動加強(qiáng)點；當(dāng)x(2k1)(k0,1,2)時為振動減弱點若兩波源振動步調(diào)相反，則上述結(jié)論相反例3(多選)如圖6所示為兩個相干波源s1、s2產(chǎn)生的波在同一種均勻介質(zhì)中相遇時產(chǎn)生的干涉圖樣圖中實線表示某時刻的波峰，虛線表示波谷，下列說法正確的是()圖6aa、c兩點的振動加強(qiáng)，b、d兩點的振動減弱be、f兩點的振動介于加強(qiáng)點和減弱點之間c經(jīng)適當(dāng)?shù)臅r間后，加強(qiáng)點和減弱點的位置互換d經(jīng)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答案ad解析a點是波谷和波谷相遇的點，c點是波峰和波峰相遇的點，都是振動加強(qiáng)的點；而b、d兩點是波峰和波谷相遇的點，都是振動減弱的點，選項a正確e點位于加強(qiáng)點的連線上，仍為加強(qiáng)點，f點位于減弱點的連線上，仍為減弱點，選項b錯誤相干波源疊加產(chǎn)生的干涉是穩(wěn)定的，不會隨時間變化，選項c錯誤因形成干涉圖樣的質(zhì)點都在不停地做周期性振動，經(jīng)半個周期步調(diào)相反，選項d正確1一列波在傳播過程中通過一個障礙物，發(fā)生了一定程度的衍射，以下哪種情況一定能使衍射現(xiàn)象更明顯()a增大障礙物的尺寸，同時增大波的頻率b增大障礙物的尺寸，同時減小波的頻率c縮小障礙物的尺寸，同時增大波的頻率d縮小障礙物的尺寸，同時減小波的頻率答案d解析波在介質(zhì)中傳播時波速是由介質(zhì)決定的，與波的頻率無關(guān)，所以改變波的頻率不會改變波速由vf可知，當(dāng)波速一定時，減小頻率則波長增大而發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物或孔的尺寸比波長小或跟波長相差不多，所以縮小障礙物的尺寸，同時減小波的頻率會使衍射現(xiàn)象更明顯，d選項正確2(多選)兩列波在某區(qū)域相遇，下列說法中正確的是()a兩列波相遇時能夠保持各自的狀態(tài)互不干擾b由于這兩列波相遇時疊加，當(dāng)它們分開時波的頻率、振幅都會發(fā)生變化c這兩列波疊加以后一定會產(chǎn)生干涉圖樣d兩列波重疊的區(qū)域里，任何一點的總位移都等于兩列波分別引起的位移的矢量和答案ad3(多選)如圖7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(dāng)它們相遇時可能出現(xiàn)的波形是下圖中的()圖7答案bc解析當(dāng)兩列波的前半個波(或后半個波)相遇時，根據(jù)波的疊加原理，在前半個波(或后半個波)重疊的區(qū)域內(nèi)所有的質(zhì)點振動的合位移為零，而兩列波的后半個波(或前半個波)的波形保持不變，b正確；當(dāng)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(zhì)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，使得所有的質(zhì)點振動的位移加倍，c正確圖84(2016余姚中學(xué)高二第二學(xué)期期中)如圖8所示，s1、s2是兩個相干波源，它們振動始終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)出的波峰和波谷在空間中的位置則關(guān)于圖中a、b、c、d四質(zhì)點的振動情況，下列說法中正確的是()aa質(zhì)點振動減弱bb質(zhì)點振動加強(qiáng)，一直處于波峰cc質(zhì)點振動加強(qiáng)，一直處于波谷dd質(zhì)點振動減弱答案a一、選擇題1(多選)(2016樂清芙蓉中學(xué)高二下學(xué)期月考)下列說法中，正確的是()a孔的尺寸比波長大得多時不會發(fā)生衍射現(xiàn)象b孔的尺寸比波長小才發(fā)生衍射現(xiàn)象c只有孔的尺寸跟波長相差不多或者比波長更小時，才能觀察到明顯衍射現(xiàn)象d只有波才有衍射現(xiàn)象答案cd2.如圖1所示，圖中o點是水面上一波源，實線、虛線分別表示該時刻的波峰、波谷，a是擋板，b是小孔，經(jīng)過一段時間，水面上的波形將分布于()圖1a整個區(qū)域b陰影以外區(qū)域c陰影以外區(qū)域d上述選項均不對答案b解析從題圖中可以看出擋板a比水波波長大的多，因此波不會繞過擋板a，而小孔b的大小與波長差不多，能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，故b正確3關(guān)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(qiáng)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(zhì)中振動加強(qiáng)的質(zhì)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(qiáng)的質(zhì)點的位移總是比振動減弱的質(zhì)點的位移大答案c解析兩列波相遇時一定疊加，沒有條件，a錯；振動加強(qiáng)是指振幅增大，而不只是波峰與波峰相遇，b錯；加強(qiáng)點的振幅增大，質(zhì)點仍然在自己的平衡位置兩側(cè)振動，故某時刻的位移可以是振幅范圍內(nèi)的任何值，c正確，d錯誤4已知s1 、s2為水波槽中的兩個波源，它們在同一水槽中分別激起兩列水波，已知兩列波的波長12，某時刻在p點為兩列波的波峰與波峰相遇，則以下敘述正確的是()ap點有時在波峰，有時在波谷，振動始終加強(qiáng)bp點始終在波峰cp點的振動不遵守波的疊加原理，p點的運動也不始終加強(qiáng)dp點的振動遵守波的疊加原理，但并不始終加強(qiáng)答案d解析兩波源產(chǎn)生的波都在水中傳播，故波速v相等，而兩列波的波長12，根據(jù)vf可知，兩列波的頻率不同，所以兩列波不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，不能形成穩(wěn)定的干涉圖樣，a錯誤；任意兩列波都可以疊加，故c錯誤，d正確；p點在其平衡位置附近振動，b錯誤5.小河中有一個實心橋墩p，a為靠近橋墩浮在水面上的一片樹葉，俯視圖如圖2所示，小河水面平靜現(xiàn)在s處以某一頻率拍打水面，要使形成的水波能帶動樹葉a振動起來，可以采用的方法是()圖2a提高拍打水面的頻率b降低拍打水面的頻率c無論怎樣拍打，a都不會振動起來d無需拍打，a也會振動起來答案b解析使形成的水波能帶動樹葉a振動起來，必須使水面形成的水波波長足夠長，衍射現(xiàn)象明顯，可以采用的方法是降低拍打水面的頻率，選項b正確6.(多選)波源在繩的左端發(fā)出半個波，頻率為f1，振幅為a1；同時另一波源在繩右端發(fā)出半個波，頻率為f2(f2f1)，振幅為a2，p為繩的中點，如圖3所示，下列說法正確的是()圖3a兩列波同時到達(dá)p點b兩列波相遇時p點波峰值可達(dá)到a1a2c兩列波相遇再分開后，各自保持原波形傳播d因頻率不同，這兩列波相遇不能疊加答案ac解析因兩波源同時起振，形成的都是繩波，波速相同，因此兩列波同時到達(dá)p點，選項a正確；因f2f1，故21，當(dāng)?shù)牟ǚ鍌髦羛點時，的波峰已過了p點，即兩波峰在p點不會相遇，根據(jù)波的疊加原理，p點的波峰值不會達(dá)到a1a2，選項b錯誤，選項c正確；因波的疊加沒有條件，故選項d錯誤7(2016瑞安高二檢測)一根水平的彈性細(xì)繩上，一上一下兩個形狀相同的正弦半波相向傳播，某個時刻恰好完全疊合，如圖4所示，a、b、c是細(xì)繩上三個質(zhì)點，且b是此刻波的正中點，則()圖4aa、b、c三質(zhì)點此刻均在它們各自的平衡位置且振動速度為零ba質(zhì)點此刻合運動的速度方向豎直向下cb質(zhì)點此刻有最大振動加速度dc質(zhì)點此刻合運動的速度方向水平向右答案b解析波的疊加中，波形單獨傳播，不受影響，質(zhì)點的實際位移等于各個波單獨傳播時引起位移的矢量和，故此刻a、b、c的位移均為零，經(jīng)過很短的t時間，a的位移為負(fù)、b的位移為零、c的位移為正，故a的速度向下、b的速度為零、c的速度向上，a錯誤，b正確；b點此刻加速度為零，c錯誤；c質(zhì)點此刻合運動的速度方向向上，d錯誤8(2016杭州高二檢測)如圖5所示，s1、s2為兩個振動情況完全一樣的波源，兩列波的波長都為，它們在介質(zhì)中產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，s1、s2在空間共形成了5個振動加強(qiáng)的區(qū)域，如圖中實線所示p是振動加強(qiáng)區(qū)域中的一點，從圖中可看出()圖5ap點到兩波源的距離差等于1.5bs1的傳播速度大于s2的傳播速度cp點此時刻振動最強(qiáng)，過半個周期后，振動變?yōu)樽钊鮠兩波源之間的距離一定在2個波長到3個波長之間答案d解析s1、s2在空間共形成了5個振動加強(qiáng)的區(qū)域，圖中直線上各點到兩個波源的距