江蘇省寶應(yīng)縣畫川高級中學(xué)高中物理 5.1波的干涉和衍射課件 教科選修34

1、五、波 的 衍 射波的干涉、衍射2021/8/8 星期日1 池塘中兩水波相遇時(shí)，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象呢？生活現(xiàn)象2021/8/8 星期日22021/8/8 星期日3 結(jié)論：兩列波相遇時(shí)，位移發(fā)生合成變化；相遇后，波的形狀和傳播的情形都跟相遇前一樣，都保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)繼續(xù)傳播，彼此之間沒有互相影響。1、相遇前2、相遇時(shí)刻3、相遇過程4、相遇后實(shí)驗(yàn)研究2021/8/8 星期日4 幾列波在同一介質(zhì)中傳播，在介質(zhì)中某一點(diǎn)（或某一區(qū)域）相遇后，每一列波都能夠保持各自的狀態(tài)繼續(xù)沿著原來的方向向前傳播，彼此之間互不干擾，好象沒有遇到另一列波一樣。 波的獨(dú)立傳播原理2021/8/8 星期日5 在幾列波重疊的區(qū)域里

2、，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與這幾列波所產(chǎn)生的振動(dòng)，每一質(zhì)點(diǎn)仍然是在各自的平衡位置附近做振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的矢量和。 波相遇時(shí)位移的特點(diǎn)2021/8/8 星期日6 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)引起的位移的矢量和。波的疊加原理2021/8/8 星期日7 兩列頻率相同的波相遇時(shí)，在它們重疊的區(qū)域會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象呢？我們先觀察下面的現(xiàn)象。想一想2021/8/8 星期日8 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：兩列波相遇后，在振動(dòng)著的水面上，出現(xiàn)了一條條從兩個(gè)波源中間伸展出來的相對平靜的區(qū)域和激烈振動(dòng)

3、的區(qū)域，這兩種區(qū)域在水面上的位置是固定的，而且相互隔開。2021/8/8 星期日9定義： 頻率相同的兩列波疊加，使介質(zhì)中某些區(qū)域的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)始終加強(qiáng)，另一些區(qū)域的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)始終減弱，并且這兩種區(qū)域相互間隔、位置保持不變。這種穩(wěn)定的疊加現(xiàn)象叫做波的干涉。 波的干涉(interference)加強(qiáng)加強(qiáng)加強(qiáng)加強(qiáng)減弱減弱減弱2021/8/8 星期日10 為什么兩列波相遇時(shí)能出現(xiàn)振動(dòng)始終加強(qiáng)的區(qū)域呢？ 如果在某一時(shí)刻，在水面上的某一點(diǎn)是兩列波的波峰和波峰相遇，經(jīng)過半個(gè)周期，就變成波谷和波谷相遇。波峰和波峰、波谷和波谷相遇時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的位移都是最大，等于這兩列波的振幅之和，因此在這一點(diǎn)，始終是兩列波干涉的加強(qiáng)點(diǎn)，

4、質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)最激烈。思考與討論2021/8/8 星期日11 為什么兩列波相遇時(shí)能出現(xiàn)振動(dòng)始終減弱的區(qū)域呢？ 如果在某一時(shí)刻，在水面上的某一點(diǎn)是兩列波的波峰和波谷相遇，經(jīng)過半個(gè)周期，就變成波谷和波峰相遇，在這一點(diǎn)思考與討論兩列波引起的振動(dòng)始終是減弱的，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅等于兩列波的振幅之差，如果兩列波的振幅相同，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅就等于零，水面保持平靜。2021/8/8 星期日12特征振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域總是加強(qiáng)，振動(dòng)減弱的區(qū)域總是減弱。把相應(yīng)的振動(dòng)最激烈的質(zhì)點(diǎn)連起來，就是振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)；相應(yīng)的振動(dòng)最不激烈或靜止的質(zhì)點(diǎn)連起來，就是振動(dòng)減弱區(qū)，且振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)和振動(dòng)減弱區(qū)是相互間隔著出現(xiàn)的。波的干涉(interferen

5、ce)2021/8/8 星期日13形成穩(wěn)定干涉圖樣的條件 兩列波相遇疊加不一定能得到穩(wěn)定的干涉圖樣，而要產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象，形成穩(wěn)定的干涉圖樣，則需要滿足一定的條件，產(chǎn)生穩(wěn)定明顯的干涉圖樣的條件是兩列波的頻率相同，且振動(dòng)步調(diào)一致。 注意：波的干涉是波的疊加的特殊情形，一切波都能發(fā)生干涉，干涉是波的特有現(xiàn)象。2021/8/8 星期日14 振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域始終加強(qiáng)是不是指該處的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移總是為最大值？振動(dòng)減弱的區(qū)域始終減弱是不是指該處的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移總是為最小值？ 結(jié)論：振動(dòng)加強(qiáng)（或減弱）的區(qū)域是指質(zhì)點(diǎn)的振幅達(dá)最大值（或最小值），而不是指振動(dòng)的位移，因?yàn)椴还苁羌訌?qiáng)區(qū)還是減弱區(qū)，質(zhì)點(diǎn)都在作振動(dòng)，它

6、們的位移是時(shí)刻在變化的。思考與討論2021/8/8 星期日15 試從水波的干涉圖樣中分析出各加強(qiáng)區(qū)處的任一質(zhì)點(diǎn)到兩波源之間的距離存在什么規(guī)律？減弱區(qū)呢？思考與討論2021/8/8 星期日161、若P點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)： 假設(shè)在兩列波的疊加區(qū)域有一個(gè)P點(diǎn)，它到兩列波源的距離分別為S1、S2，兩列波的波長為，則有：（n = 0,1,2） 則有P點(diǎn)到兩列波的波源的距離差等于波長的整數(shù)倍或半個(gè)波長的偶數(shù)倍。2、若P點(diǎn)為振動(dòng)減弱點(diǎn)： 則有P點(diǎn)到兩列波的波源的距離差等于半個(gè)波長的奇數(shù)倍。（n = 0,1,2）波的干涉2021/8/8 星期日17波的衍射 海面上有大小不一的礁石，水波在傳遞過程中遇上它們時(shí)會(huì)有什

7、么不同呢？2021/8/8 星期日181、波的衍射定義：波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫做波的衍射。2021/8/8 星期日19實(shí)驗(yàn)研究1、當(dāng)水波的波長逐漸變大時(shí)，現(xiàn)象如下：2、當(dāng)擋板的小孔逐漸變小時(shí)，現(xiàn)象如下：2021/8/8 星期日20實(shí)驗(yàn)結(jié)論1、窄縫或障礙物的寬度與波長相比非常大時(shí)，水波將直線傳播，觀察不到衍射現(xiàn)象。2、窄縫或障礙物的寬度比波長大得越多，衍射現(xiàn)象越不明顯；3、窄縫或障礙物的寬度與波長相差不多時(shí)，有明顯的衍射現(xiàn)象。2021/8/8 星期日211、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(shí)，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。2、衍射的實(shí)質(zhì)：振動(dòng)的形式和能量傳到障礙

8、物后方的陰影區(qū)域中。發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件思考：衍射中真的是孔或障礙物的尺寸越小越好嗎？ 當(dāng)孔或障礙物的尺寸過小時(shí)，由于衍射到后方的能量較弱，故衍射現(xiàn)象仍不明顯。3、如何獲得明顯的衍射現(xiàn)象？ 一定時(shí)，可改變l，使l與接近； l一定時(shí)，可改變，使與l接近； 一定時(shí)，可改變f，從而改變。2021/8/8 星期日222、具體實(shí)例：1）聲波的衍射隔墻有耳2）電磁波的衍射收看電視波的衍射實(shí)例1、衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都能發(fā)生衍射。但要發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象需要滿足一定的條件，當(dāng)不滿足時(shí)，衍射現(xiàn)象雖然存在，但由于是不明顯的衍射現(xiàn)象，不易被我們觀察到。 2021/8/8 星期日231、以下關(guān)于波的衍射的說法

9、，正確的是（ ）A. 波遇到障礙物時(shí)，一定會(huì)發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象B. 當(dāng)孔的尺寸比波長越小，衍射現(xiàn)象明顯C. 當(dāng)障礙物的尺寸比波長大得多時(shí)，衍射現(xiàn)象很明顯D. 只有當(dāng)障礙物的尺寸與波長相差不多時(shí)，才會(huì)發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象B課堂練習(xí)2021/8/8 星期日242、如圖所示，S為波源，MN為兩塊擋板，其中M固定，N板可上下移動(dòng)，兩板中間有一塊縫，此時(shí)測得A點(diǎn)沒有發(fā)生振動(dòng)，為了使A點(diǎn)能振動(dòng)起來，可采取的方法是（ ）A、增大波源的頻率B、減小波源的頻率C、將N板上移一些D、將N板下移一些BC課堂練習(xí)2021/8/8 星期日253、兩列波發(fā)生了干涉現(xiàn)象，得到了干涉圖樣，則（ ）A、振動(dòng)加強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)，始終處于最大位移處B、振動(dòng)加強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)的位移，有時(shí)會(huì)小于振動(dòng)削弱的質(zhì)點(diǎn)的位移C、波峰與波峰相遇處的質(zhì)點(diǎn)，其振動(dòng)始終加強(qiáng)D、波峰與波谷相遇處的質(zhì)點(diǎn)，其振動(dòng)始終削弱BCD課堂練習(xí)2021/8/8 星期日264、如圖所示，A、B為兩個(gè)完全相同的相干波源，它們產(chǎn)生的兩列波在AB連線的中垂線上的P點(diǎn)相遇時(shí)，則（ ）A、P點(diǎn)振動(dòng)始終加強(qiáng)B、P點(diǎn)振動(dòng)有時(shí)加強(qiáng)，有時(shí)減弱C、P點(diǎn)位移始終等于振幅D、P點(diǎn)位移有時(shí)為零AD課堂練習(xí)2021/8/8 星期日275、如圖所示表示兩列相干水波的疊加情況，圖中的實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷。設(shè)兩列波的振幅均為5cm，且圖示的