高中物理波的衍射和干涉

1、高中物理課件波的衍射和干涉第1頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)7分，星期四第2頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)7分，星期四第3頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)7分，星期四1知道什么是波的衍射現(xiàn)象，知道波發(fā) 生明顯衍射現(xiàn)象的條件，知道衍射是 波特有的現(xiàn)象。2知道波的疊加原理，知道什么是波的 干涉現(xiàn)象和干涉圖樣，知道干涉現(xiàn)象 也是波所特有的現(xiàn)象。3了解波的衍射和干涉在生活中的應(yīng)用， 感受物理與生活之間的聯(lián)系。第4頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)7分，星期四 1波的衍射 (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： 實(shí)驗(yàn)：在水槽里放兩塊

2、擋板，中間留一個(gè) 。 現(xiàn)象：障礙物狹縫第5頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)7分，星期四 a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“ ”。 b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(guān)察到明顯的衍射象。 關(guān)鍵一點(diǎn)波發(fā)生衍射是無(wú)條件的，而發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象是有條件的。直線(xiàn)陰影區(qū)繞到相差不多更小第6頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)7分，星期四 2波的疊加 (1)波的獨(dú)立傳播：兩列波相遇后彼此穿過(guò)，仍然保持各自的 ，繼續(xù)傳播。 (2

3、)波的疊加：幾列波相遇時(shí)能夠保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)繼續(xù)傳播，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與這幾列波引起的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的 。運(yùn)動(dòng)特征矢量和第7頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)7分，星期四 3波的干涉 (1)實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)象： 實(shí)驗(yàn)：波源是固定在同一個(gè)振動(dòng)片上的兩根細(xì)桿，當(dāng)振動(dòng)片振動(dòng)時(shí)，兩根細(xì)桿 地觸動(dòng)水面，形成兩個(gè)波源，這兩個(gè)波源發(fā)出的是頻率相同、相位相同、 也相同的兩列波。 現(xiàn)象：兩列波相遇后，水面上出現(xiàn)了一條條 的區(qū)域和 的區(qū)域，這兩種區(qū)域在水面上的位置是穩(wěn)定不變的。 周期性振動(dòng)方向相對(duì)平靜激烈振動(dòng)第8頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)

4、7分，星期四 (2)現(xiàn)象解釋?zhuān)?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 。 減弱點(diǎn)：在某些點(diǎn)兩列波引起的振動(dòng)始終削弱，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅等于兩列波的 ，若兩列波振幅相同，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的合振幅就等于 ，水面保持平靜。振幅之和振幅之差零第9頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)7分，星期四 (3)干涉定義： 相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振幅 、某些區(qū)域的振幅 的現(xiàn)象。 (4)干涉圖樣：波的干涉中所形成的圖樣。 (5)干涉條件：兩波的 相同，兩波源的相位差必須 。 (6)一切波都能發(fā)生干涉，干涉是波特有的現(xiàn)象。 關(guān)鍵一點(diǎn)在波的干涉現(xiàn)象中，波的加強(qiáng)點(diǎn)的振幅大

5、，但位移并不一定大。頻率加大減小頻率保持不變第10頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)7分，星期四1下列現(xiàn)象屬于波的衍射現(xiàn)象的是 ()A在空曠的山谷里喊叫，可以聽(tīng)到回聲B“空山不見(jiàn)人，但聞人語(yǔ)響”C“余音繞梁，三日而不絕”D夏日的雷聲有時(shí)轟鳴不絕解析：選項(xiàng)A、D所述的現(xiàn)象均為聲音的反射現(xiàn)象，所以A、D錯(cuò)誤；選項(xiàng)C所述的現(xiàn)象為波的反射，而不是波的衍射。答案：B第11頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)7分，星期四答案：D第12頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)7分，星期四3利用發(fā)波水槽得到的水面波形如圖1241所示，則()圖1241第13頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月2

6、0日，10點(diǎn)7分，星期四A圖a、b均顯示了波的干涉現(xiàn)象B圖a、b均顯示了波的衍射現(xiàn)象C圖a顯示了波的干涉現(xiàn)象，圖b顯示了波的衍射現(xiàn)象D圖a顯示了波的衍射現(xiàn)象，圖b顯示了波的干涉現(xiàn)象解析：圖a中可以看出只有一條狹縫，穿過(guò)水波發(fā)生明顯的衍射；圖b中有兩個(gè)振源，有些區(qū)域振動(dòng)加強(qiáng)，有些區(qū)域振動(dòng)減弱，是干涉現(xiàn)象，故D項(xiàng)正確。答案：D第14頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)7分，星期四4如圖1242所示，波長(zhǎng)相同的水波 通過(guò)寬度不同的孔，在圖甲中發(fā)生了 明顯的_現(xiàn)象，這是因?yàn)開(kāi) _ 的緣故；在圖乙中，孔后面的水 波在連接波源和孔邊的兩條直線(xiàn)所限制 的區(qū)域里 傳播，這是因?yàn)開(kāi)的緣故。答案：衍射孔的

7、尺寸與波長(zhǎng)差不多或比波長(zhǎng)小孔的尺寸比波長(zhǎng)大得多圖1242第15頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)7分，星期四第16頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)7分，星期四 (1)衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都可以發(fā)生衍射。凡能發(fā)生衍射現(xiàn)象的就是波。 (2)波的衍射總是存在的，只有“明顯”與“不明顯”的差異。波長(zhǎng)較長(zhǎng)的波容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。 (3)波傳到小孔(障礙物)時(shí)，小孔(障礙物)仿佛一個(gè)新波源，由它發(fā)出與原來(lái)同頻率的波在孔(障礙物)后傳播，就偏離了直線(xiàn)方向。因此，波的直線(xiàn)傳播只是在衍射不明顯時(shí)的近似情況。第17頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)7分，星期四 1如圖12

8、43是觀(guān)察水面波衍射的實(shí)驗(yàn)裝置，AC和BD是兩塊擋板，AB是一個(gè)孔，O是波源，圖中已畫(huà)出波源所在區(qū)域波的傳播情況，每?jī)蓷l相鄰波紋(圖中曲線(xiàn))之間距離表示一個(gè)波長(zhǎng)。則波經(jīng)過(guò)孔之后的傳播情況，下列的描述中正確的是 ()圖1243第18頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)7分，星期四 A此時(shí)能明顯觀(guān)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(kuò)大，有可能觀(guān)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(guān)察到衍現(xiàn)象 審題指導(dǎo)解答本題時(shí)應(yīng)注意以下兩個(gè)方面： (1)發(fā)生明顯衍射的條件； (2)由圖分析孔的大小和波長(zhǎng)的關(guān)系。 第19頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月2

9、0日，10點(diǎn)7分，星期四 解析從題圖中看出，水波波長(zhǎng)跟小孔尺寸相差不大，此時(shí)能明顯觀(guān)察到波的衍射現(xiàn)象，如果孔AB擴(kuò)大到比波長(zhǎng)大得多，就不能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象，所以A、C均正確。波繞過(guò)障礙物后發(fā)生衍射現(xiàn)象時(shí)，波的特征并未發(fā)生改變，即波的波長(zhǎng)、頻率和波速不改變，故B選項(xiàng)正確。當(dāng)波的頻率增大，波速不變時(shí)，波長(zhǎng)v/f變小，衍射現(xiàn)象就越不明顯，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案ABC第20頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)7分，星期四 (1)障礙物的尺寸的大小與波長(zhǎng)大小的關(guān)系不是發(fā)生衍射的條件，而是發(fā)生明顯衍射的條件，波長(zhǎng)越大越易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象。 (2)當(dāng)孔的尺寸遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)時(shí)，盡管衍射十分突出，但衍射波的

10、能量很弱，也很難觀(guān)察到波的衍射。第21頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)7分，星期四 (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)方向相同、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。第22頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)7分，星期四 (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

11、是接近，干涉圖樣越明顯。 (4)振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)和振動(dòng)減弱的點(diǎn)始終在以振源的頻率振動(dòng)，其振幅不變(若是振動(dòng)減弱點(diǎn)，振幅可為0)，但其位移隨時(shí)間發(fā)生變化。第23頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)7分，星期四(5)干涉圖樣及其特征：干涉的示意圖如圖1244所示。圖1244第24頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)7分，星期四 特征： a加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變。 b 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)。 c加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)互相間隔。第25頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)7分，星期四 名師點(diǎn)睛 (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

12、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。第26頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)7分，星期四 2如圖1245表示兩個(gè)相干波源S1、S2產(chǎn)生的波在同一種均勻介質(zhì)中相遇。圖中實(shí)線(xiàn)表示某時(shí)刻的波峰，虛線(xiàn)表示的是波谷，下列說(shuō)法正確的是()圖1245第27頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)7分，星期四 Aa、c兩點(diǎn)的振動(dòng)加強(qiáng)，b、d兩點(diǎn)的振動(dòng)減弱 Be、f兩點(diǎn)的振動(dòng)介于加強(qiáng)點(diǎn)

13、和減弱點(diǎn)之間 C經(jīng)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后，加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的位置互換 D經(jīng)半個(gè)周期后，原來(lái)位于波峰的點(diǎn)將位于波谷，原來(lái)位于波谷的點(diǎn)將位于波峰第28頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)7分，星期四 審題指導(dǎo) (1)波的干涉中波峰與波峰相遇的點(diǎn)為加強(qiáng)點(diǎn)，波峰與波谷相遇的點(diǎn)為減弱點(diǎn)。 (2)振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)上的點(diǎn)都是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，振動(dòng)減弱區(qū)上的點(diǎn)都是振動(dòng)減弱點(diǎn)。 (3)加強(qiáng)點(diǎn)始終加強(qiáng)，減弱點(diǎn)始終減弱。 (4)各質(zhì)點(diǎn)在平衡位置兩側(cè)做周期性振動(dòng)。第29頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)7分，星期四 解析波的干涉示意圖所示的僅是某一時(shí)刻兩列相干波疊加的情況，形成干涉圖樣的所有介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)都在不停地振動(dòng)著，其位移

14、的大小和方向都在不停地變化著。但要注意，對(duì)穩(wěn)定的干涉，振動(dòng)加強(qiáng)和減弱的區(qū)域的空間位置是不變的。a點(diǎn)是波谷和波谷相遇的點(diǎn)，c點(diǎn)是波峰和波峰相遇的點(diǎn)，都是振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)；而b、d兩點(diǎn)都是波峰和波谷相遇的點(diǎn)，是振動(dòng)減弱的點(diǎn)，A正確。e點(diǎn)位于加強(qiáng)點(diǎn)的連線(xiàn)上，仍為加強(qiáng)點(diǎn)。f點(diǎn)位于減弱點(diǎn)的連線(xiàn)上，仍為減弱點(diǎn)，B錯(cuò)誤。相干波源疊加產(chǎn)生的干涉是穩(wěn)定的，不會(huì)隨時(shí)間變化，C錯(cuò)誤。因形成干涉圖樣的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)也是不停地做周期性振動(dòng)，經(jīng)半個(gè)周期步調(diào)相反，D正確。 答案AD第30頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)7分，星期四 振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)與振動(dòng)減弱點(diǎn)的判斷方法： (1)振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和振動(dòng)減弱點(diǎn)的理解：不能認(rèn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)的位移始終最大，振動(dòng)減弱點(diǎn)的位移始終最小，而應(yīng)該是振幅增大的點(diǎn)為振