波的衍射和干涉課件

§12.4波的衍射和干涉第十二章機(jī)械波高二物理選修3-4教學(xué)一、波的衍射波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫做波的衍射1.一切波都能發(fā)生衍射2.衍射是波特有的現(xiàn)象說明：.........障礙物平面波平面波波面二、用惠更斯原理解釋衍射現(xiàn)象

波達(dá)到狹縫處，縫上各點(diǎn)都可看作子波源，作出子波包絡(luò)，得到新的波前。在縫的邊緣處，波的傳播方向發(fā)生改變。三、發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件結(jié)論：1.窄縫寬度跟波長相差不多時(shí)，有明顯的衍射現(xiàn)象2.窄縫寬度比波長大得越多，衍射現(xiàn)象越不明顯3.窄縫寬度跟波長相比非常大時(shí)，水波將直線傳播，觀察不到衍射現(xiàn)象三、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(shí)，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象注意：一切波都能發(fā)生衍射，而要發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象須滿足上述條件，當(dāng)不滿足上述條件時(shí)，衍射現(xiàn)象仍存在，只不過是衍射現(xiàn)象不明顯，不易被我們觀察到1.衍射是波特有的現(xiàn)象,一切波都會(huì)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象2.衍射現(xiàn)象總是存在的,只有明顯與不明顯的差異3.障礙物或孔的尺寸大小,并不是決定衍射能否發(fā)生的條件,僅是發(fā)生明顯衍射的條件4.一般情況下波長較大的波容易產(chǎn)生顯著的衍射現(xiàn)象5.波傳到小孔（或障礙物）時(shí),小孔或障礙物仿佛是一個(gè)新的波源,由它發(fā)出與原來同頻率的波在孔或障礙物后傳播,于是就出現(xiàn)了偏離直線傳播方向的衍射現(xiàn)象6.當(dāng)孔的尺寸遠(yuǎn)小于波長時(shí),盡管衍射十分突出,但由于能量的減弱,衍射現(xiàn)象不容易觀察到課堂小結(jié)例1.下列現(xiàn)象或事實(shí)屬于衍射現(xiàn)象的是()A.風(fēng)從窗戶吹進(jìn)來B.雪堆積在背風(fēng)的屋后C.水波前進(jìn)方向上遇到凸出水面的小石子,小石子對波的傳播沒有影響.D.晚上看到水中月亮的倒影C好身體好心態(tài)好習(xí)慣好成績成就一生例2.下列關(guān)于波的衍射的說法正確的是()A.衍射是一切機(jī)械波特有的現(xiàn)象B.對同一列波,縫或孔(障礙物)越小,衍射現(xiàn)象越明顯C.只有橫波才能發(fā)生衍射現(xiàn)象,縱波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象D.聲波容易發(fā)生衍射是由于聲波波長較大BD例3.在水波槽的衍射實(shí)驗(yàn)中,若打擊水面的振子的頻率是5HZ,水波在槽中的傳播速度為0.05m/s,為觀察到顯著的衍射現(xiàn)象,小孔直徑d應(yīng)為()A.10cmB.5cmC.d>1cmD.d<1cmD好身體好心態(tài)好習(xí)慣好成績成就一生例4：如圖是觀察水面波衍射的實(shí)驗(yàn)裝置，AC和BD是兩塊擋板，AB是一個(gè)孔，O為波源，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）之間距離表示一個(gè)波長，則波經(jīng)過孔之后的傳播情況，下述描述正確的是A．此時(shí)能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象B．擋板前波紋間距離相等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，能更明顯地觀察衍射現(xiàn)象A．B、C.好身體好心態(tài)好習(xí)慣好成績成就一生關(guān)于波的衍射下列說法中正確的是（）A．在衍射現(xiàn)象中，波不是沿直線傳播的B．水波碰到障礙物后返回傳播的現(xiàn)象屬于衍射現(xiàn)象C．橫波能發(fā)生衍射，而縱波不能發(fā)生衍射D．不能發(fā)生明顯衍射的，必定不是波E．衍射是一切波的特性F．波長跟孔的寬度差不多時(shí)能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象G．波長比孔的寬度小得越多，衍射現(xiàn)象越不明顯H．波長比孔的寬度大得越多，衍射現(xiàn)象越不明顯AEFH課堂練習(xí)1.波的獨(dú)立作用原理——幾列波在傳播時(shí)，無論是否相遇，都將保持各自原有特性（頻率、波長、振幅、振動(dòng)方向）不變，互不干擾地各自獨(dú)立傳播。2.波的疊加原理——在相遇區(qū)域內(nèi)任一點(diǎn)的振動(dòng),為各列波單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)所引起的振動(dòng)位移的矢量和。(一)波的疊加原理四、波的干涉

1、干涉現(xiàn)象——頻率相同的兩列波相遇區(qū)域內(nèi)振動(dòng)在空間上出現(xiàn)穩(wěn)定的周期性的強(qiáng)弱分布的現(xiàn)象。1)頻率相同；2)振動(dòng)方向相同；3)同相或相位差恒定。

滿足上述三條件的波稱為相干波，其波源稱為相干波源。2、相干波條件(二)波的干涉現(xiàn)象好身體好心態(tài)好習(xí)慣好成績成就一生加強(qiáng)減弱如果在某一時(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)的位移最大，等于兩列波的振幅之和；因此在這一點(diǎn)，始終是兩列波干涉的加強(qiáng)點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)最激烈.3、干涉的解釋如果在某一時(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)，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．把相應(yīng)的振動(dòng)最激烈的質(zhì)點(diǎn)連起來，為振動(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，為振動(dòng)減弱區(qū)．振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)和振動(dòng)減弱區(qū)是相互隔開的．

注意：（1）振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域振動(dòng)始終加強(qiáng)，振動(dòng)減弱的區(qū)域振動(dòng)始終減弱．（2）振動(dòng)加強(qiáng)（減弱）的區(qū)域是指質(zhì)點(diǎn)的振幅大（?。?，而不是指振動(dòng)的位移大（?。?，因?yàn)槲灰剖窃跁r(shí)刻變化的．振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)的位置：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λ。（n=0,1,2,3……）P點(diǎn)到兩列波的波源的距離差等于波長的整數(shù)倍，半個(gè)波長的偶數(shù)倍。4、加強(qiáng)區(qū)、減弱區(qū)的條件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。振動(dòng)減弱點(diǎn)的位置：（n=

0,1,2,3……）例1、如圖所示兩個(gè)頻率與相位、振幅均相同的波的干涉圖樣中，實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷，對疊加的結(jié)果正確的描述是()A．在A點(diǎn)出現(xiàn)波峰后，經(jīng)過半個(gè)周期該點(diǎn)還是波峰B．B點(diǎn)在干涉過程中振幅始終為零C．兩波在B點(diǎn)路程差是波長的整數(shù)倍D．當(dāng)C點(diǎn)為波谷時(shí)，經(jīng)過一個(gè)周期此點(diǎn)出現(xiàn)波峰BS1S2ABDC好身體好心態(tài)好習(xí)慣好成績成就一生例2、水面上有A、B兩個(gè)振動(dòng)情況完全相同的振動(dòng)源，在A、B連線的中垂線上有三個(gè)點(diǎn)a、b、c，已知某時(shí)a點(diǎn)是兩列波波峰和波峰相遇點(diǎn)，c點(diǎn)是與a點(diǎn)最近的波谷和波谷相遇點(diǎn)，b處在a、c之間，如下圖，以下說法正確的是：（）A：a振動(dòng)加強(qiáng)，c點(diǎn)振動(dòng)減弱

B：a、c點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)，b點(diǎn)振動(dòng)減弱

C:a、b、c點(diǎn)振動(dòng)都加強(qiáng)

D：a、c點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)，b點(diǎn)振動(dòng)不確定ABabcC好身體好心態(tài)好習(xí)慣好成績成就一生例3．如圖所示，兩列簡諧波均沿x軸傳播，傳播速度的大小相等，其中一列沿x方向傳播(圖中實(shí)線所示)，一列沿負(fù)x方向傳播(圖中虛線所示)，這兩列波的頻率相同，振動(dòng)方向均沿y軸，則圖中x=1、2、3、4、5、6、7、8各點(diǎn)中振幅最大的是x=

的點(diǎn)，振幅最小的是x=

的點(diǎn)。4、82、6好身體好心態(tài)好習(xí)慣好成績成就一生例4、如圖中實(shí)線和虛線所示，振幅、周期、起振方向都相同的兩列正弦波（都只有一個(gè)完整波形）沿同一條直線向相反方向傳播，在相遇階段（一個(gè)周期內(nèi)），⑴試畫出每隔T/4后的波形圖。⑵并分析相遇后T/2時(shí)刻疊加區(qū)域內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況。

解：⑴根據(jù)波的獨(dú)立傳播原理和疊加原理可作出每隔T/4后的波形圖如①②③④所示。⑵如圖所示②，相遇后T/2時(shí)刻，圖中a、b、c、d、e各質(zhì)點(diǎn)的位移都是零，但速度各不相同，其中a、c、e三質(zhì)點(diǎn)速度最大，方向如圖所示，而b、d兩質(zhì)點(diǎn)速度為零。這說明在疊加區(qū)域內(nèi)，a、c、e三質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是最強(qiáng)的，b、d兩質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)是最弱的。例5．如圖所示，S1、S2是兩個(gè)相干波源，它們振動(dòng)同步且振幅相同。實(shí)線和虛線分別表示在某一時(shí)刻它們所發(fā)出的波的波峰和波谷。關(guān)于圖中所標(biāo)的a、b、c、d四點(diǎn)，下列說法中正確的有A．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)，d質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)既不是最強(qiáng)也不是最弱B．該時(shí)刻a質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)最弱，b、c、d質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)都最強(qiáng)C．a(chǎn)、

b、c、d各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)都是時(shí)而強(qiáng)時(shí)而弱D．再過T/4后的時(shí)刻a、b、c三個(gè)質(zhì)點(diǎn)都將處于各自的平衡位置，因此振動(dòng)最弱好身體好心態(tài)好習(xí)慣好成績成就一生解：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)。描述振動(dòng)強(qiáng)弱的物理量是振幅，振幅不是位移。每個(gè)質(zhì)點(diǎn)在振動(dòng)過程中的位移是在不斷改變的，但振幅是不變的，所以振動(dòng)最強(qiáng)的點(diǎn)無論處于波峰還是波谷，振動(dòng)始終是最強(qiáng)的。本題答案應(yīng)選B。好身體好心態(tài)好習(xí)慣好成績成就一生例6.

如圖示，在y軸上的QP兩點(diǎn)位置上有兩個(gè)頻率相同，振動(dòng)方向相同的振源，它們激起的機(jī)械波長為2m，QP兩點(diǎn)的縱坐標(biāo)分別為yQ=6m，yP=1m，那么在x軸上從+∞到-∞的位置上，會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)減弱區(qū)域有

個(gè)?！ぁ/mQPx/mO16解：

λ=2m,在x軸上右側(cè)取點(diǎn)A,干涉減弱的條件為A·x有兩解k=1、2同理在x軸上左側(cè)也有兩解，O點(diǎn)也是減弱的點(diǎn)，共有5解5返回好身體好心態(tài)好習(xí)慣好成績成就一生例7.有一半徑為45米的圓形跑道，AB為一直徑，現(xiàn)將兩個(gè)相同的喇叭分別放在圓心O和A點(diǎn)，它們發(fā)出兩列波長均為10米的相干聲波，若一個(gè)人在B點(diǎn)聽到的聲音恰好最弱，則該人從B點(diǎn)沿半圓跑到A點(diǎn)之前，還會(huì)遇到幾次聲音最弱的地方：（）A.4次B.6次C.8次D.10次

AO