波的衍射和干涉課件

1、一、波的衍射一、波的衍射波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫做波的衍射波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫做波的衍射1.1.一切波都能發(fā)生衍射一切波都能發(fā)生衍射2.2.衍射是波特有的現(xiàn)象衍射是波特有的現(xiàn)象說明：說明：.障礙物障礙物平面波平面波平面波波面平面波波面二、用惠更斯原理解釋衍射現(xiàn)象二、用惠更斯原理解釋衍射現(xiàn)象 波達到狹縫處，縫上各點都可看作子波源，波達到狹縫處，縫上各點都可看作子波源，作出子波包絡，得到新的波前。在縫的邊緣處，作出子波包絡，得到新的波前。在縫的邊緣處，波的傳播方向發(fā)生改變。波的傳播方向發(fā)生改變。三、發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件三、發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件 結(jié)論：結(jié)論：1.1.窄縫寬度跟

2、波長相差不多時，有明顯的衍射現(xiàn)象窄縫寬度跟波長相差不多時，有明顯的衍射現(xiàn)象2.2.窄縫寬度比波長大得越多，衍射現(xiàn)象越不明顯窄縫寬度比波長大得越多，衍射現(xiàn)象越不明顯3.3.窄縫寬度跟波長相比非常大時，水波將直線窄縫寬度跟波長相比非常大時，水波將直線傳播，觀察不到衍射現(xiàn)象傳播，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，才能觀察到明相差不多，或者比波長更小時，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象顯的衍射現(xiàn)象注意：注意： 一切波都能發(fā)生衍射，而要發(fā)生明顯的衍一切波都能發(fā)生衍射，而要發(fā)生明

3、顯的衍射現(xiàn)象須滿足上述條件，當不滿足上述條件時，射現(xiàn)象須滿足上述條件，當不滿足上述條件時，衍射現(xiàn)象仍存在，只不過是衍射現(xiàn)象不明顯，衍射現(xiàn)象仍存在，只不過是衍射現(xiàn)象不明顯，不易被我們觀察到不易被我們觀察到1.1.衍射是波特有的現(xiàn)象衍射是波特有的現(xiàn)象, ,一切波都會產(chǎn)生衍射現(xiàn)象一切波都會產(chǎn)生衍射現(xiàn)象2.2.衍射現(xiàn)象總是存在的衍射現(xiàn)象總是存在的, ,只有明顯與不明顯的差異只有明顯與不明顯的差異3.3.障礙物或孔的尺寸大小障礙物或孔的尺寸大小, ,并不是決定衍射能否發(fā)并不是決定衍射能否發(fā)生的條件生的條件, ,僅是發(fā)生明顯衍射的條件僅是發(fā)生明顯衍射的條件4.4.一般情況下波長較大的波容易產(chǎn)生顯著的衍射一

4、般情況下波長較大的波容易產(chǎn)生顯著的衍射現(xiàn)象現(xiàn)象5.5.波傳到小孔（或障礙物）時波傳到小孔（或障礙物）時, ,小孔或障礙物仿佛小孔或障礙物仿佛是一個新的波源是一個新的波源, ,由它發(fā)出與原來同頻率的波在孔由它發(fā)出與原來同頻率的波在孔或障礙物后傳播或障礙物后傳播, ,于是就出現(xiàn)了偏離直線傳播方向于是就出現(xiàn)了偏離直線傳播方向的衍射現(xiàn)象的衍射現(xiàn)象6.6.當孔的尺寸遠小于波長時當孔的尺寸遠小于波長時, ,盡管衍射十分突出盡管衍射十分突出, ,但由于能量的減弱但由于能量的減弱, ,衍射現(xiàn)象不容易觀察到衍射現(xiàn)象不容易觀察到課課 堂堂 小小 結(jié)結(jié)例例1.1.下列現(xiàn)象或事實屬于衍射現(xiàn)象的是下列現(xiàn)象或事實屬于衍射

5、現(xiàn)象的是( )( )A.A.風從窗戶吹進來風從窗戶吹進來B.B.雪堆積在背風的屋后雪堆積在背風的屋后C.C.水波前進方向上遇到凸出水面的小石子水波前進方向上遇到凸出水面的小石子, ,小石子對波的小石子對波的傳播沒有影響傳播沒有影響. .D.D.晚上看到水中月亮的倒影晚上看到水中月亮的倒影C例例2.2.下列關(guān)于波的衍射的說法正確的是下列關(guān)于波的衍射的說法正確的是( )( )A.A.衍射是一切機械波特有的現(xiàn)象衍射是一切機械波特有的現(xiàn)象B.B.對同一列波對同一列波, ,縫或孔縫或孔( (障礙物障礙物) )越小越小, ,衍射現(xiàn)象越明顯衍射現(xiàn)象越明顯C.C.只有橫波才能發(fā)生衍射現(xiàn)象只有橫波才能發(fā)生衍射現(xiàn)

6、象, ,縱波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象縱波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象D.D.聲波容易發(fā)生衍射是由于聲波波長較大聲波容易發(fā)生衍射是由于聲波波長較大BD例例3.3.在水波槽的衍射實驗中在水波槽的衍射實驗中, ,若打擊水面的振子的頻率是若打擊水面的振子的頻率是5HZ,5HZ,水波在槽中的傳播速度為水波在槽中的傳播速度為0.05m/s,0.05m/s,為觀察到顯著為觀察到顯著的衍射現(xiàn)象的衍射現(xiàn)象, ,小孔直徑小孔直徑d d應為應為( )( ) A.10cm B.5cm A.10cm B.5cm C.dC.d1cm 1cm D.dD.d1cm1cmD例例4 4：如圖是觀察水面波衍射的實驗裝置，：如圖是觀察水面波衍射的實驗裝

7、置，ACAC和和BDBD是兩是兩塊擋板，塊擋板，ABAB是一個孔，是一個孔，O O為波源，圖中已畫出波源所為波源，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）在區(qū)域波的傳播情況，每兩條相鄰波紋（圖中曲線）之間距離表示一個波長，則波經(jīng)過孔之后的傳播情之間距離表示一個波長，則波經(jīng)過孔之后的傳播情況，下述描述正確的是況，下述描述正確的是A A此時能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象此時能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象B B擋板前波紋間距離相等擋板前波紋間距離相等C C如果將孔如果將孔ABAB擴大，有可能觀察不到擴大，有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象明顯的衍射現(xiàn)象 D D如果孔的大小不變，使波源頻率增如果孔

8、的大小不變，使波源頻率增大，能更明顯地觀察衍射現(xiàn)象大，能更明顯地觀察衍射現(xiàn)象AB、C.關(guān)于波的衍射下列說法中正確的是（關(guān)于波的衍射下列說法中正確的是（ ）A A在衍射現(xiàn)象中，波不是沿直線傳播的在衍射現(xiàn)象中，波不是沿直線傳播的B B水波碰到障礙物后返回傳播的現(xiàn)象屬于衍射現(xiàn)象水波碰到障礙物后返回傳播的現(xiàn)象屬于衍射現(xiàn)象C C橫波能發(fā)生衍射，而縱波不能發(fā)生衍射橫波能發(fā)生衍射，而縱波不能發(fā)生衍射D D不能發(fā)生明顯衍射的，必定不是波不能發(fā)生明顯衍射的，必定不是波E E衍射是一切波的特性衍射是一切波的特性F F波長跟孔的寬度差不多時能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象波長跟孔的寬度差不多時能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象G G波長比孔的寬

9、度小得越多，衍射現(xiàn)象越不明顯波長比孔的寬度小得越多，衍射現(xiàn)象越不明顯H H波長比孔的寬度大得越多，衍射現(xiàn)象越不明顯波長比孔的寬度大得越多，衍射現(xiàn)象越不明顯課課 堂堂 練練 習習 四、波的干涉四、波的干涉 如果在某一時刻，在水面上的某一點是兩列波的波峰如果在某一時刻，在水面上的某一點是兩列波的波峰和波峰相遇，經(jīng)過半個周期，就變成波谷和波谷相和波峰相遇，經(jīng)過半個周期，就變成波谷和波谷相遇波峰和波峰、波谷和波谷相遇時，質(zhì)點的位移最大，遇波峰和波峰、波谷和波谷相遇時，質(zhì)點的位移最大，等于兩列波的振幅之和；因此在這一點，始終是兩列波等于兩列波的振幅之和；因此在這一點，始終是兩列波干涉的加強點，質(zhì)點的振動

10、最激烈干涉的加強點，質(zhì)點的振動最激烈. .o 如果在某一時刻，在水面上的某一點是兩列波的波峰和波如果在某一時刻，在水面上的某一點是兩列波的波峰和波谷相遇，經(jīng)過半個周期，就變成波谷和波峰相遇，在這一谷相遇，經(jīng)過半個周期，就變成波谷和波峰相遇，在這一點，兩列波引起的振動始終是減弱的，質(zhì)點振動的振幅等點，兩列波引起的振動始終是減弱的，質(zhì)點振動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)點振動于兩列波的振幅之差，如果兩列波的振幅相同，質(zhì)點振動的振幅就等于零，水面保持平靜的振幅就等于零，水面保持平靜 o 把相應的振動最激烈的質(zhì)點連起來，為振動加強把相應的振動最激烈的質(zhì)點連起來，為振動加強區(qū)；相應

11、的振動最不激烈或靜止的質(zhì)點連起來，區(qū)；相應的振動最不激烈或靜止的質(zhì)點連起來，為振動減弱區(qū)振動加強區(qū)和振動減弱區(qū)是相互為振動減弱區(qū)振動加強區(qū)和振動減弱區(qū)是相互隔開的隔開的 注意：注意：（1 1）振動加強的區(qū)）振動加強的區(qū)域振動始終加強，域振動始終加強，振動減弱的區(qū)域振振動減弱的區(qū)域振動始終減弱動始終減弱（2 2）振動加強（減）振動加強（減弱）的區(qū)域是指質(zhì)弱）的區(qū)域是指質(zhì)點的振幅大（小），點的振幅大（?。?，而不是指振動的位而不是指振動的位移大（?。驗橐拼螅ㄐ。?，因為位移是在時刻變化位移是在時刻變化的的振動加強點的位置：振動加強點的位置：假設在兩列波的疊加區(qū)域有一個假設在兩列波的疊加區(qū)域有一個P

12、 P點，它到兩列波點，它到兩列波源的距離分別為源的距離分別為S1S1、S2S2，兩列波的波長為，兩列波的波長為。2212s-sn（n = 0,1,2,3 n = 0,1,2,3 ）P P點到兩列波的波源的距離差等于波長的整數(shù)倍，半點到兩列波的波源的距離差等于波長的整數(shù)倍，半個波長的偶數(shù)倍。個波長的偶數(shù)倍。P P點到兩列波的波源的距離差等于半個波長的奇數(shù)倍。點到兩列波的波源的距離差等于半個波長的奇數(shù)倍。振動減弱點的位置：振動減弱點的位置：22112s-sn（n n = 0,1,2,3 0,1,2,3 ）例例1 1、如圖所示兩個頻率與相位、振幅均相同的波的干涉圖樣、如圖所示兩個頻率與相位、振幅均相

13、同的波的干涉圖樣中，實線表示波峰，虛線表示波谷，對疊加的結(jié)果正確的描述是中，實線表示波峰，虛線表示波谷，對疊加的結(jié)果正確的描述是 ( )( )A A在在A A點出現(xiàn)波峰后，經(jīng)過半個周期該點還是波峰點出現(xiàn)波峰后，經(jīng)過半個周期該點還是波峰B BB B點在干涉過程中振幅始終為零點在干涉過程中振幅始終為零C C兩波在兩波在B B點路程差是波長的整數(shù)倍點路程差是波長的整數(shù)倍D D當當C C點為波谷時，經(jīng)過一個周期此點出現(xiàn)波峰點為波谷時，經(jīng)過一個周期此點出現(xiàn)波峰BS1S2ABDC 例例2 2、水面上有、水面上有A A、B B兩個振動情況完全相同的振動兩個振動情況完全相同的振動源，在源，在A A、B B連線

14、的連線的中垂線上有三個點中垂線上有三個點a a、b b、c c，已已知某時知某時a a點是兩列波波峰和波峰相遇點，點是兩列波波峰和波峰相遇點，c c點是與點是與a a點點最近的波谷和波谷相遇點，最近的波谷和波谷相遇點，b b處在處在a a、c c之間，如下圖，之間，如下圖，以下說法正確的是：（以下說法正確的是：（ ）A A：a a振動加強，振動加強，c c點振動減弱點振動減弱B B：a a、c c點振動加強，點振動加強，b b點振動減弱點振動減弱C: aC: a、b b、c c點振動都加強點振動都加強D D：a a、c c點振動加強，點振動加強，b b點振動不確定點振動不確定ABabcC C例

15、例3 3如圖所示，兩列簡諧波均沿如圖所示，兩列簡諧波均沿x x軸傳播，傳播速軸傳播，傳播速度的大小相度的大小相 等，其中一列沿等，其中一列沿x x方向傳播方向傳播( (圖中實線圖中實線所示所示) )，一列沿負，一列沿負x x方向傳播方向傳播( (圖中虛線所示圖中虛線所示) )，這，這兩列波的頻率相同，振動方向均沿兩列波的頻率相同，振動方向均沿y y軸，則圖中軸，則圖中x=1x=1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8各點中振幅最大的是各點中振幅最大的是x=x= 的點，振幅最小的是的點，振幅最小的是x=x= 的點。的點。4、82、6例例4 4、如圖中實線和虛線所示，振幅、如圖中

16、實線和虛線所示，振幅、周期、起振方向都相同的兩列正弦波周期、起振方向都相同的兩列正弦波（都只有一個完整波形）沿同一條直線（都只有一個完整波形）沿同一條直線向相反方向傳播，在相遇階段（一個周向相反方向傳播，在相遇階段（一個周期內(nèi)），試畫出每隔期內(nèi)），試畫出每隔T T/4/4后的波形圖。后的波形圖。并分析相遇后并分析相遇后T T/2/2時刻疊加區(qū)域內(nèi)各時刻疊加區(qū)域內(nèi)各質(zhì)點的運動情況。質(zhì)點的運動情況。 解：解： 根據(jù)波的獨立傳播原理和疊根據(jù)波的獨立傳播原理和疊加原理可作出每隔加原理可作出每隔T T/4/4后的波形圖如后的波形圖如所示。所示。如圖所示，相遇后如圖所示，相遇后T T/2/2時刻，圖中時刻

17、，圖中a a、b b、c c、d d、e e各質(zhì)點的位移都是零，但速各質(zhì)點的位移都是零，但速度各不相同，其中度各不相同，其中a a、c c、e e三質(zhì)點速度三質(zhì)點速度最大，方向如圖所示，而最大，方向如圖所示，而b b、d d兩質(zhì)點速兩質(zhì)點速度為零。這說明在疊加區(qū)域內(nèi)，度為零。這說明在疊加區(qū)域內(nèi)，a a、c c、e e三質(zhì)點的振動是最強的，三質(zhì)點的振動是最強的，b b、d d兩質(zhì)點兩質(zhì)點振動是最弱的。振動是最弱的。例例5如圖所示，如圖所示，S1、S2是兩個相干波源，它們振動同步且是兩個相干波源，它們振動同步且振幅相同。實線和虛線分別表示在某一時刻它們所發(fā)出的振幅相同。實線和虛線分別表示在某一時刻

18、它們所發(fā)出的波的波峰和波谷。關(guān)于圖中所標的波的波峰和波谷。關(guān)于圖中所標的a、b、c、d四點，下列說四點，下列說法中正確的有法中正確的有A該時刻該時刻a質(zhì)點振動最弱，質(zhì)點振動最弱，b、c質(zhì)點振動最強，質(zhì)點振動最強，d質(zhì)點振動質(zhì)點振動既不是最強也不是最弱既不是最強也不是最弱 B該時刻該時刻a質(zhì)點振動最弱，質(zhì)點振動最弱，b、c、d質(zhì)點振動都最強質(zhì)點振動都最強Ca、 b、c、d各質(zhì)點的振動都是時而強時而弱各質(zhì)點的振動都是時而強時而弱D再過再過T/4后的時刻后的時刻a、b、c三個質(zhì)點都將處于各自的平衡三個質(zhì)點都將處于各自的平衡位置，因此振動最弱位置，因此振動最弱解：該時刻解：該時刻a質(zhì)點振動最弱，質(zhì)點振

19、動最弱，b、c質(zhì)點振動最強，這不難理解。但是質(zhì)點振動最強，這不難理解。但是d既既不是波峰和波峰疊加，又不是波谷和波谷疊加，如何判定其振動強弱？不是波峰和波峰疊加，又不是波谷和波谷疊加，如何判定其振動強弱？這就要用到充要條件：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)倍到兩波源的路程之差是波長的整數(shù)倍”時振動時振動最強，從圖中可以看出，最強，從圖中可以看出，d是是S1、S2連線的中垂線上的一點，到連線的中垂線上的一點，到S1、S2的的距離相等，所以必然為振動最強點。距離相等，所以必然為振動最強點。描述振動強弱的物理量是振幅，振幅不是位移。每個質(zhì)點在振動過程中描述振動強弱的物理量是振幅，振幅不是位移。每個質(zhì)點在振動過程中的位移是在不斷改變的，但振幅是不變的，所以振動最強的點無論處于的位移是在不斷改變的，但振幅是不變的，所以振動最強的點無論處于波峰還是波谷，振動始終是最強的。波峰還是波谷，振動始終是最強的。本題答案應選本題答案應選B。 例例6 6. . 如圖示，在如圖示，在y y 軸上的軸上的QPQP兩點位置上有兩個頻率相同，振動兩點位置上有兩個頻率相同，振動方向相同的振源，它們激起的機械波長為方向相同的振源，它們激起的機械波長為2m2m，QPQP兩點的縱坐標兩點的縱坐標分別為分別為y yQ Q=6m=6m，y yP P=1m=1m，那么在那么在