物理粵教版學(xué)案第章第四節(jié)波的干涉與衍射

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專(zhuān)精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專(zhuān)精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專(zhuān)精第四節(jié)波的干涉與衍射學(xué)習(xí)目標(biāo)重點(diǎn)難點(diǎn)1．能說(shuō)出什么是波的干涉現(xiàn)象及干涉現(xiàn)象的特征．2．能說(shuō)出什么是波的衍射現(xiàn)象和發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象的條件．3．能說(shuō)出衍射現(xiàn)象的特點(diǎn)．重點(diǎn)：1．理解干涉現(xiàn)象的特點(diǎn)．2．利用干涉現(xiàn)象的特點(diǎn)判斷某點(diǎn)是加強(qiáng)點(diǎn)還是減弱點(diǎn)．難點(diǎn):1．對(duì)振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的理解．2．對(duì)發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象的條件的理解．一、波的干涉1．定義頻率相同的兩列波相遇，使某些區(qū)域的振動(dòng)始終加強(qiáng),某些區(qū)域的振動(dòng)始終減弱，這樣的現(xiàn)象叫做波的干涉．2．干涉圖樣波產(chǎn)生干涉會(huì)形成一種加強(qiáng)和減弱相間的圖樣，這樣的圖樣叫做干涉圖樣．3．干涉條件頻率相同是兩列波發(fā)生干涉的必要條件．預(yù)習(xí)交流1學(xué)習(xí)了波的干涉后，某同學(xué)認(rèn)為發(fā)生干涉時(shí)處在振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)始終處在波峰或波谷的位置，而處在振動(dòng)減弱點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)始終處在平衡位置靜止不動(dòng)．根據(jù)干涉的特點(diǎn)判斷這種觀點(diǎn)是否正確？答案:不正確．在兩列波的波峰和波峰相遇的位置或兩列波的波谷和波谷相遇的位置出現(xiàn)振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)的振幅是兩列波單獨(dú)引起的振幅的和，振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)仍舊在振動(dòng)，并不能始終處于波峰或波谷的位置；一列波的波峰和另一列波的波谷相遇的位置,出現(xiàn)振動(dòng)減弱點(diǎn)，振動(dòng)減弱點(diǎn)的振幅是兩列波單獨(dú)引起的振幅的差，當(dāng)兩列波的振幅相等時(shí)，振動(dòng)減弱點(diǎn)的振幅為零，質(zhì)點(diǎn)始終處在平衡位置，靜止不動(dòng),而當(dāng)兩列波的振幅不相等時(shí)，處在振動(dòng)減弱點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)振幅不為零,仍在振動(dòng)．二、波的衍射1．定義波繞過(guò)障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象,叫做波的衍射．2．現(xiàn)象（1)狹縫寬度比波長(zhǎng)大很多時(shí)，波沿直線(xiàn)傳播，擋板后面產(chǎn)生一個(gè)陰影．(2)狹縫寬度與波長(zhǎng)相差不多或比波長(zhǎng)還小時(shí)，波繞到擋板后面繼續(xù)傳播．3．發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長(zhǎng)相差不多，或者比波長(zhǎng)更小時(shí)才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象．預(yù)習(xí)交流2人們常說(shuō)“隔墻有耳”，這是一種什么物理現(xiàn)象？“只聞其聲，不見(jiàn)其人”又是什么原因？答案：“隔墻有耳”是聲波的衍射現(xiàn)象,“只聞其聲，不見(jiàn)其人”說(shuō)明聲波較易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，而光波要發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象比較困難．這是因?yàn)槁暡ǖ牟ㄩL(zhǎng)比光波的波長(zhǎng)大很多，較易達(dá)到發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象的條件．一、波的干涉1．在光滑水平面上沿同一直線(xiàn)相向運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)相同的小球相碰后會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？?jī)闪性谕桓K上相向傳播的波相遇后又會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？答案：兩小球相碰后改變了原來(lái)的運(yùn)動(dòng)方向,而兩列波相遇后，每列波仍像相遇前一樣,保持各自原來(lái)的波形，繼續(xù)向前傳播．2．在波的疊加區(qū)域里，質(zhì)點(diǎn)的位移和振幅有什么區(qū)別？若兩列相干波的振幅均為A，則在兩波的疊加區(qū)內(nèi)，加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的振幅各多大？加強(qiáng)點(diǎn)的位移一直為最大嗎？答案：位移和振幅不能混為一談．振幅是振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)所能達(dá)到的最大位移;在波的干涉現(xiàn)象中，即使在振動(dòng)加強(qiáng)處，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)中的位移，仍然是在做周期性變化．兩列波相遇疊加時(shí)，加強(qiáng)點(diǎn)的振幅為兩列波振幅之和，即為2A，減弱點(diǎn)的振幅為兩波振幅之差等于零，即不再振動(dòng)，加強(qiáng)點(diǎn)是以振幅2A在平衡位置附近振動(dòng)，并不是一直保持最大位移2A不變．3．為什么說(shuō)兩列波頻率相同是波產(chǎn)生干涉的必要條件之一?答案：兩列波要產(chǎn)生干涉,頻率相同是必要條件．假設(shè)頻率不同，在同一種介質(zhì)中傳播的波其波長(zhǎng)就不相等．這樣一來(lái)，在某時(shí)刻的某點(diǎn)（設(shè)P點(diǎn)）為兩列波的波峰相遇，振動(dòng)加強(qiáng)，但此后兩列波并不總使P點(diǎn)的振動(dòng)加強(qiáng),還可以是波谷與波峰相遇而使振動(dòng)削弱,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．4．怎樣理解振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)？答案：加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的理解：不能認(rèn)為加強(qiáng)點(diǎn)的位移始終最大，減弱點(diǎn)的位移始終最小，而應(yīng)該是振幅增大的點(diǎn)為加強(qiáng)點(diǎn)，其實(shí)這點(diǎn)也在做振動(dòng)，位移可為零;振幅減弱的點(diǎn)為減弱點(diǎn)．此時(shí)各點(diǎn)都在振動(dòng)，只是振幅不同．如圖所示，甲、乙兩平面波是振幅相同的相干波，甲波沿x軸正方向傳播，乙波沿y軸正方向傳播，圖中實(shí)線(xiàn)表示某一時(shí)刻的波峰位置，虛線(xiàn)表示波谷位置,對(duì)圖中正方形中央的a、b、c、d四點(diǎn)的振動(dòng)情況，正確的判斷是（)．A．a(chǎn)、b點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)，c、d點(diǎn)振動(dòng)減弱B．a(chǎn)、c點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng),b、d點(diǎn)振動(dòng)減弱C．a(chǎn)、d點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng),b、c點(diǎn)振動(dòng)減弱D．a(chǎn)、b、c、d點(diǎn)的振動(dòng)都加強(qiáng)答案:B解析：當(dāng)兩列波出現(xiàn)干涉現(xiàn)象時(shí)，要產(chǎn)生干涉圖樣,形成加強(qiáng)線(xiàn),減弱線(xiàn)……即加強(qiáng)線(xiàn)、減弱線(xiàn)彼此相間的穩(wěn)定的干涉圖樣，在圖中設(shè)定A、B、C、D四點(diǎn)，實(shí)線(xiàn)相交點(diǎn)，即波峰與波峰相遇,是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，可知B、D決定的直線(xiàn)為加強(qiáng)線(xiàn)，過(guò)A、C兩點(diǎn)且平行于BD直線(xiàn)的兩條直線(xiàn)也應(yīng)是加強(qiáng)線(xiàn)，a、c兩點(diǎn)在BD直線(xiàn)上，故a、c點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，分別過(guò)b、d點(diǎn)且平行于BD直線(xiàn)的兩條直線(xiàn)均在兩加強(qiáng)線(xiàn)之間，應(yīng)為減弱線(xiàn)，故b、d兩點(diǎn)的振動(dòng)是減弱的．1．頻率相同是兩列波發(fā)生干涉的必要條件，只有頻率相同的兩列波疊加才能形成穩(wěn)定的干涉圖樣．2．兩列波發(fā)生干涉時(shí),振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和振動(dòng)減弱點(diǎn)位置固定，相間分布，出現(xiàn)穩(wěn)定的振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域和振動(dòng)減弱區(qū)域．3．所謂振動(dòng)加強(qiáng)和減弱是指振幅加強(qiáng)或消弱,加強(qiáng)點(diǎn)的振幅是兩列波單獨(dú)傳播時(shí)振幅的和,減弱點(diǎn)的振幅是兩列波單獨(dú)傳播時(shí)振幅的差．4．加強(qiáng)、減弱的條件：設(shè)點(diǎn)到兩波源的路程差為Δx，當(dāng)Δx＝2k·eq\f（λ，2）時(shí)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)；當(dāng)Δx＝（2k＋1）eq\f（λ，2）時(shí)為振動(dòng)減弱點(diǎn)．（k＝0，1，2…)二、波的衍射1．波遇到障礙物時(shí),一定發(fā)生衍射現(xiàn)象嗎？一定發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象嗎？答案：一定發(fā)生衍射,衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都會(huì)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象．但是發(fā)生明顯衍射是有條件的，只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長(zhǎng)相差不多，或者比波長(zhǎng)更小時(shí),才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象．2．障礙物或孔的尺寸越小是否衍射現(xiàn)象越明顯?答案：不是,因孔的尺寸遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)時(shí),盡管衍射十分突出,但由于衍射波的能量很弱，又分布在很大的區(qū)域內(nèi)，所以衍射現(xiàn)象不容易觀察到．3．后面我們將會(huì)學(xué)到，光也是一種波,通常我們看到的光線(xiàn)是沿直線(xiàn)傳播而沒(méi)有發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，這是為什么呢？答案：光波的波長(zhǎng)很短，約在0。4～0.7μm范圍內(nèi)，此波長(zhǎng)跟一般障礙物的尺寸相比非常小，通常情況下看不到光的衍射現(xiàn)象，只看到光沿直線(xiàn)傳播．4．在觀察水波衍射現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中，若打擊水面的振子振動(dòng)頻率增大，觀察到的衍射現(xiàn)象有什么變化?答案：λ＝v/f，f增大，λ減小,則衍射現(xiàn)象變得不明顯．5．如圖所示，S為在水面上振動(dòng)的波源，M、N為在水面上的兩塊擋板，其中N板可以移動(dòng),兩板中間有一狹縫,此時(shí)觀察到A處水不振動(dòng)，試討論：為使A處水也能發(fā)生振動(dòng)，可采用什么辦法？答案：使波源的頻率減小或?qū)板向左移動(dòng)使狹縫的寬度減?。馕觯寒?dāng)縫的寬度跟波長(zhǎng)相差不多，或比波長(zhǎng)還小時(shí)才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象．為使A處的水也發(fā)生振動(dòng)，即要使衍射現(xiàn)象更明顯．在縫的寬度不變時(shí)，減小波源的頻率可以增大波長(zhǎng)，使衍射現(xiàn)象更明顯；在波長(zhǎng)不變時(shí)，減小縫的寬度,可以使衍射現(xiàn)象更明顯．關(guān)于衍射，下列說(shuō)法中，正確的是()．A．孔的尺寸比波長(zhǎng)大得多時(shí)不會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象B．只有孔的尺寸比波長(zhǎng)小才發(fā)生衍射現(xiàn)象C．只有孔的尺寸跟波長(zhǎng)相差不多或者比波長(zhǎng)更小時(shí)，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象D．只有波才有衍射現(xiàn)象答案：CD解析：波繞過(guò)障礙物的現(xiàn)象稱(chēng)為波的衍射現(xiàn)象,發(fā)生明顯衍射的條件是孔或障礙物的尺寸跟波長(zhǎng)相差不多或者比波長(zhǎng)更?。苌洮F(xiàn)象是波的特有現(xiàn)象．1．當(dāng)縫、孔的寬度或障礙物的尺寸比波長(zhǎng)大的較多時(shí)，波近似沿直線(xiàn)傳播．當(dāng)縫、孔的寬度跟波長(zhǎng)相差不多,或者比波長(zhǎng)更小時(shí)，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象．2．以上條件只能決定衍射現(xiàn)象是否明顯，并非決定衍射現(xiàn)象能否發(fā)生，任何情況下都能發(fā)生衍射現(xiàn)象．3．衍射和干涉都是波特有的現(xiàn)象．1．下列關(guān)于波的衍射的說(shuō)法不正確的是（）．A．衍射是一切波特有的現(xiàn)象B．對(duì)同一列波，縫、孔或障礙物的尺寸跟波長(zhǎng)差不多或比波長(zhǎng)小時(shí),才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象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)生衍射現(xiàn)象是由于聲波波長(zhǎng)較大答案：C解析：一切波（包括橫波、縱波）都能發(fā)生衍射，衍射是波特有的現(xiàn)象，所以選項(xiàng)A正確、C錯(cuò)誤;只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長(zhǎng)差不多或比波長(zhǎng)小時(shí)才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象,所以選項(xiàng)B是正確的．聲波的波長(zhǎng)在1.7cm到17m之間，一般常見(jiàn)的障礙物或孔的大小可與之相比，正是由于聲波的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，聲波才容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，所以選項(xiàng)D是正確的．2．下列哪些現(xiàn)象是波的衍射現(xiàn)象（）．A．面對(duì)障礙物大喊一聲，過(guò)一會(huì)兒聽(tīng)見(jiàn)自己的聲音B．將一個(gè)音叉敲響，人圍繞它走一周，將聽(tīng)到忽強(qiáng)忽弱的聲音C．在障礙物的后面可以聽(tīng)到前面的人說(shuō)話(huà)的聲音D．一人敲一下長(zhǎng)鋼管的一端,另一人緊貼長(zhǎng)鋼管的另一端,先后聽(tīng)到兩次聲音答案：C3．關(guān)于兩列波的穩(wěn)定干涉現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是(）．A．任意兩列波都能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象B．發(fā)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的兩列波，它們的頻率一定相同C．在振動(dòng)減弱的區(qū)域,各質(zhì)點(diǎn)都處于波谷D．在振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域，有時(shí)質(zhì)點(diǎn)的位移等于零答案：BD解析:兩列波疊加產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的一個(gè)必要條件是：兩列波頻率相同，所以選項(xiàng)A是錯(cuò)誤的，而B(niǎo)項(xiàng)是正確的；在振動(dòng)減弱的區(qū)域中，兩列波引起的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)是減弱的，這里的減弱體現(xiàn)在質(zhì)點(diǎn)的振幅等于兩列波的振幅之差,如果兩列波振幅相同，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅就等于零，即質(zhì)點(diǎn)不振動(dòng)，如果兩列波振幅不同，則質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅等于兩列波振幅之差,但質(zhì)點(diǎn)仍不停地在平衡位置兩側(cè)往復(fù)振動(dòng)，不可能有各質(zhì)點(diǎn)都處于波谷，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤；在振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域里,兩列波引起質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)始終加強(qiáng)，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)得最劇烈，振動(dòng)的振幅等于兩列波的振幅之和,但這些質(zhì)點(diǎn)仍不停地在平衡位置兩側(cè)往復(fù)振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)位移隨時(shí)間做周期性變化，因而有時(shí)質(zhì)點(diǎn)的位移等于零，所以選項(xiàng)D是正確的．4．一波源在繩的左端發(fā)出半個(gè)波①，頻率為f1,振幅為A1;當(dāng)此波源剛起振時(shí)繩右端的另一波源也恰好起振，發(fā)出半個(gè)波②,頻率為f2（f2＞f1），振幅為A2，P為繩的中點(diǎn)，如圖所示．下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（)．A．兩列波同時(shí)到達(dá)P點(diǎn)B．兩列波相遇時(shí)P點(diǎn)波峰值可達(dá)到A1＋A2C．兩列波相遇再分開(kāi)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：BD解析：因兩波源同時(shí)起振,形成的都是繩波，波速相同，因此兩列波同時(shí)到達(dá)P點(diǎn)，選項(xiàng)A正確；因f2＞f1,有λ2＞λ1