疑難聚焦人教新課標(biāo)版高二4125波的衍射和干涉

第四節(jié)波的衍射和干涉疑難聚焦一：發(fā)生明顯衍射的條件1．障礙物或孔的尺寸大小，并不是決定衍射是否發(fā)生的條件，僅是衍射現(xiàn)象是否明顯的條件，一般情況下，波長(zhǎng)較大的波容易產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象．2．衍射是否明顯,通常的衡量就是孔或縫的寬度d與波長(zhǎng)λ的比值eq\f(d,λ)，比值越小，衍射現(xiàn)象相對(duì)越明顯．3．當(dāng)孔的尺寸遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)時(shí)盡管衍射十分突出，但衍射波的能量很弱，衍射現(xiàn)象不容易觀察到．101小貼士：(1)衍射是波特有的現(xiàn)象，凡能發(fā)生衍射現(xiàn)象的一定是波．(2)波的衍射總是存在的,只有明顯與不明顯之別．沒(méi)有不發(fā)生衍射之說(shuō)．典型例題：如圖所示中S為在水面上振動(dòng)的波源,M、N是水面上的兩塊擋板，其中N板可以上下移動(dòng)，兩板中間有一狹縫，此時(shí)測(cè)得A處水沒(méi)有振動(dòng),為使A處水也能發(fā)生振動(dòng),可采用的方法是()A．使波源的頻率增大B．使波源的頻率減小C．移動(dòng)N使狹縫的間距增大D．移動(dòng)N使狹縫的間距減小解析：使孔滿(mǎn)足明顯衍射的條件即可，或?qū)⒖鬃冃?，或?qū)⒉ㄩL(zhǎng)變大，B、D正確．答案：BD規(guī)律方法：波是否能發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小，或跟波長(zhǎng)差不多．關(guān)鍵是比較障礙物、孔與波長(zhǎng)的尺寸．但在同一種介質(zhì)中，波速已經(jīng)確定，當(dāng)改變波的頻率時(shí)，同時(shí)也改變了波長(zhǎng)的大小．變式訓(xùn)練1(2022年承德高二檢測(cè))下列各圖分別表示一列水波在傳播過(guò)程中遇到了小孔(①、②圖)或障礙物(③、④圖)，其中能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的有()A．只有①②④B．只有①④C．只有②③D．只有①③解析：選A.圖①②中小孔與波長(zhǎng)相差不多，能發(fā)生明顯洐射，④中障礙物與波長(zhǎng)相差不多，能發(fā)生明顯衍射，③圖中障礙物比波長(zhǎng)大的多，不能發(fā)生明顯衍射，故選A.疑難聚焦二：對(duì)波的干涉現(xiàn)象的理解1．波的疊加疊加是無(wú)條件的，任何頻率的兩列波在空間相遇都會(huì)疊加．2．波的干涉(1)穩(wěn)定干涉穩(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(xiàn)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．(2)明顯干涉明顯干涉圖樣和穩(wěn)定干涉圖樣意義是不同的，明顯干涉圖樣除了滿(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．3．介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)干涉區(qū)域內(nèi)的各質(zhì)點(diǎn)始終以振源的頻率振動(dòng)，且振幅保持不變，但其位移隨時(shí)間變化(振幅為0的減弱點(diǎn)除外)．典型例題：如圖所示，實(shí)線(xiàn)和虛線(xiàn)分別表示振幅、頻率均相同的兩列波的波峰和波谷．此刻，M是波峰與波峰相遇點(diǎn)，下列說(shuō)法中正確的是()A．該時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)O正處在平衡位置B．P、N兩點(diǎn)始終處于平衡位置C．M點(diǎn)到兩波源的距離之差一定是波長(zhǎng)的整數(shù)倍D．從該時(shí)刻起，經(jīng)過(guò)四分之一周期，質(zhì)點(diǎn)M到達(dá)平衡位置思路點(diǎn)撥：波峰與波峰(或波谷與波谷)相遇的點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)，波峰與波谷相遇的點(diǎn)為振動(dòng)減弱的點(diǎn)，在傳播方向上，加強(qiáng)點(diǎn)的連線(xiàn)為加強(qiáng)區(qū)，減弱點(diǎn)的連線(xiàn)為減弱區(qū)，只有當(dāng)兩波源的振動(dòng)相位相同時(shí)，加強(qiáng)點(diǎn)到兩波源的距離差才是波長(zhǎng)的整數(shù)倍．不管波怎樣疊加，介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)均在各自的平衡位置附近振動(dòng)．解析：由題圖可知，O、M為振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)，此時(shí)O點(diǎn)處于波谷，M點(diǎn)處于波峰，M點(diǎn)是峰、峰相遇，只有當(dāng)兩波源振動(dòng)相位相同時(shí)，M點(diǎn)到兩波源的距離差才是波長(zhǎng)的整數(shù)倍，若兩波源振動(dòng)相位相反，則M點(diǎn)到兩波源的距離差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，故A、C均錯(cuò)；N、P兩點(diǎn)為減弱點(diǎn)，又因?yàn)閮闪胁ǖ恼穹嗤?，因此N、P兩點(diǎn)的振幅為零，即兩點(diǎn)始終處于平衡位置，B正確．從該時(shí)刻經(jīng)eq\f(1,4)周期，兩列波分別引起的振動(dòng)都使M點(diǎn)位于平衡位置，故M點(diǎn)位于平衡位置，D正確．故選BD.答案：BD變式訓(xùn)練：當(dāng)兩列波產(chǎn)生干涉時(shí)，如果兩列波的波峰在P點(diǎn)相遇，下列說(shuō)法正確的是()A．質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)始終是加強(qiáng)的B．質(zhì)點(diǎn)P的振幅最大C．質(zhì)點(diǎn)P的位移始終最大D．質(zhì)點(diǎn)P的位移有時(shí)為零解析：選ABD.依題意兩列波滿(mǎn)足干涉條件，其波峰相遇點(diǎn)P一定是加強(qiáng)點(diǎn)，且振動(dòng)是始終加強(qiáng)的，合振幅最大．但需要注意的是，加強(qiáng)點(diǎn)不能理解為位移始終是最大的，而是指兩列波在振動(dòng)過(guò)程中始終是加強(qiáng)的，這個(gè)加強(qiáng)點(diǎn)的位移有時(shí)可能為零，有時(shí)可能最大．故選項(xiàng)A、B、D正確．疑難聚焦三：干涉圖樣及其特征1．干涉圖樣：如圖所示．2．特征：①加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變．②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)．③加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)互相間隔．3．“加強(qiáng)點(diǎn)”與“減弱點(diǎn)”的判定方法設(shè)S1、S2為振動(dòng)頻率相同、振動(dòng)情況完全相同的兩個(gè)波源，它們產(chǎn)生的兩列波在同一均勻介質(zhì)中傳播．介質(zhì)中某點(diǎn)P到S1、S2的距離分別為PS1、PS2，距離差Δx＝|PS1－PS2|(1)Δx＝nλ(n＝0,1,2…)，即距離差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，P點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)．(2)Δx＝(2n＋1)eq\f(λ,2)(n＝0,1,2…)，即距離差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，P點(diǎn)為振動(dòng)減弱點(diǎn)．若兩波源的振動(dòng)步調(diào)相反，則上述結(jié)論相反．典型例題：如圖所示，在同一均勻介質(zhì)中有S1和S2兩個(gè)波源，這兩個(gè)波源的頻率、振動(dòng)方向均相同，且振動(dòng)的步調(diào)完全一致，S1與S2之間相距為4m，若S1、S2振動(dòng)頻率均為5Hz，兩列波的波速均為10m/s，B點(diǎn)為S1和S2連線(xiàn)的中點(diǎn)，今以B點(diǎn)為圓心，以R＝BS1為半徑畫(huà)圓．(1)該波的波長(zhǎng)為多少？(2)在S1、S2連線(xiàn)之間振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)有幾個(gè)？(3)在該圓周上(S1和S2兩波源除外)共有幾個(gè)振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)？解析：(1)由公式λ＝eq\f(v,f)，得λ＝eq\f(10,5)m＝2m.(2)在S1、S2連線(xiàn)上任選一點(diǎn)A，則：|S1A－S2A|<4＝2λ即－2λ<Δx<2λ由加強(qiáng)的條件：Δx＝nλ得：－2<n<2故n＝－1,0,1，即3個(gè)加強(qiáng)點(diǎn)．(3)如圖，A、B、C三點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)，過(guò)A、B、C三點(diǎn)作三條加強(qiáng)線(xiàn)(表示三個(gè)加強(qiáng)區(qū)域)交于圓周上A1、A2、B1、B2、C1、C2