波的衍射和干涉公開課用

1、12.4 波的衍射和干涉蚌埠二中高二物理組 2012.5.7生活現(xiàn)象海面上有大小不一的礁石，水波在傳遞過程中遇上它們時會繞過它們繼續(xù)傳播 在水塘里，水波在傳遞過程中遇到蘆葦時，會繞過它們繼續(xù)傳播.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。一、波的衍射(diffraction)思考：在什么條件下才能 發(fā)生明顯的衍射呢？發(fā)生明顯衍射的條件：甲：近似沿直線傳播。乙：波進入陰影區(qū)。保持水波的波長不變，改變狹縫寬度發(fā)生明顯衍射的條件：波長：改變狹縫的寬度1、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，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。2、衍射的實質(zhì)：振動的形式和能量傳到障礙物后方的陰

2、影區(qū)域中。發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件思考：衍射中真的是孔的尺寸越小越好嗎？ 當孔尺寸過小時，由于衍射到后方的能量較弱，故衍射現(xiàn)象仍不明顯。2、具體實例：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，當不滿足時，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。 思考： 1.為什么用超聲波定位？ 2.光波為什么沿直線傳播？ 3.波長長的波易衍射還是短的波易衍射？ 池塘中兩水波相遇時，它們會不會改變各自的運動特征呢？生活現(xiàn)象二、波的疊加原理兩列波相遇之后， 仍然保持它們各自原有的特征（頻率、波

3、長、振幅、振動方向等）繼續(xù)傳播，好象沒有跟另一列波相遇一樣.生活中波的獨立傳播 開會時，大家討論的面紅耳赤，會議室內(nèi)聲音特響，但還是能區(qū)分出每一個人的說話聲音。紅綠光束空間交叉相遇 (紅是紅、綠是綠，)聽樂隊演奏 (仍可辨出不同樂器的音色、旋律)空中無線電波很多 (仍能分別接收各個電臺)疊加原理幾列相遇時能過保持各自的運動特征，繼續(xù)傳播，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點同時參與這幾列波引起的振動，質(zhì)點振動的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的位移的矢量和。 波相遇時位移的特點三、波的干涉： 實驗結(jié)果：兩列波相遇后，在振動著的水面上，出現(xiàn)了一條條從兩個波源中間伸展出來的相對平靜的區(qū)域和激烈振動的區(qū)域，

4、這兩種區(qū)域在水面上的位置是固定的，而且相互隔開。1、定義： 頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動加強，某些區(qū)域的振動減弱，而且振動加強和振動減弱的區(qū)域相互隔開的現(xiàn)象叫做波的干涉。 2、干涉圖樣：由波的干涉所形成的圖樣波的干涉(interference) 特征振動加強的區(qū)域總是加強，振動減弱的區(qū)域總是減弱。 把相應(yīng)的振動最激烈的質(zhì)點連起來，就是振動加強區(qū)；相應(yīng)的振動最不激烈或靜止的質(zhì)點連起來，就是振動減弱區(qū)，且振動加強區(qū)和振動減弱區(qū)是相互間隔著出現(xiàn)的。波的干涉(interference) 為什么兩列波相遇時能出現(xiàn)振動始終加強的區(qū)域呢？ 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，

5、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)點的位移都是最大，等于這兩列波的振幅之和，因此在這一點，始終是兩列波干涉的加強點，質(zhì)點的振動最激烈。思考與討論 為什么兩列波相遇時能出現(xiàn)振動始終減弱的區(qū)域呢？ 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，在這一點思考與討論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)點振動的振幅就等于零，水面保持平靜。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)

6、生穩(wěn)定明顯的干涉圖樣的條件是兩列波的頻率相同，相位差恒定，且振幅相差不多。 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，干涉和衍射都是波的特有現(xiàn)象。 振動加強的區(qū)域始終加強是不是指該處的質(zhì)點的振動位移總是為最大值？振動減弱的區(qū)域始終減弱是不是指該處的質(zhì)點的振動位移總是為最小值？ 結(jié)論：振動加強（或減弱）的區(qū)域是指質(zhì)點的振幅達最大值（或最小值），而不是指振動的位移，因為不管是加強區(qū)還是減弱區(qū)，質(zhì)點都在作振動，它們的位移是時刻在變化的。思考與討論 試從水波的干涉圖樣中分析出各加強區(qū)處的任一質(zhì)點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1、若P點為振動加強點： 假設(shè)兩列波振動步

7、調(diào)一致時，即同相時，在疊加區(qū)域有一個P點，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點到兩列波的波源的距離差等于波長的整數(shù)倍或半個波長的偶數(shù)倍。2、若P點為振動減弱點： 則有P點到兩列波的波源的距離差等于半個波長的奇數(shù)倍。（n = 0,1,2,）波的干涉 生活實例：聲波的干涉操場上裝有很多個相同的揚聲器，當它們同時發(fā)聲時，若繞操場一周，將會聽到某些地方聲音加強，某些地方聲音減弱。生活中波的干涉實例ABD1、下列關(guān)于波的衍射說法正確的是（ ）A、衍射是一切波特有的現(xiàn)象B、對同一列波，縫、孔或障礙物越小， 衍射現(xiàn)象越明顯C、只有橫波才能發(fā)生衍射現(xiàn)象，縱

8、波不 能發(fā)生衍射現(xiàn)象D、聲波容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，由于聲波波 長較大課堂練習2、下列關(guān)于波的衍射圖象正確的是（ ）BC注意:有孔衍射的子波源在小孔處課堂練習3、下列關(guān)于兩列波相遇時疊加的說法中正確的是（ ）A、相遇后，振幅小的一列波將減弱，振幅大的一列波將加強B、相遇后，兩列波的振動情況與相遇前完全相同C、在相遇區(qū)域，任一點的總位移等于兩列波分別引起的位移的矢量和D、幾個人在同一房間說話，相互聽得清楚，這說明聲波在相遇時互不干擾BCD課堂練習 4、如圖所示，S1、S2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)出的波的波峰和波谷。關(guān)于圖中所標的a、b、c、d四點，下

9、列說法中正確的有（ ）A、該時刻a質(zhì)點振動最弱， b、c質(zhì)點振動最強，d質(zhì)點 振動既不是最強也不是最弱 B、該時刻a質(zhì)點振動最弱， b、c、d質(zhì)點振動都最強C、a質(zhì)點的振動始終是最弱的， b、c、d質(zhì)點的振動始終是最強的D、再過T/4后的時刻a、b、c三個質(zhì)點都將處于各自的平衡位置，因此振動最弱 BC課堂練習5、如圖所示表示兩列相干水波的疊加情況，圖中的實線表示波峰，虛線表示波谷。設(shè)兩列波的振幅均為5cm，且圖示的范圍內(nèi)振幅不變，波速和波長分別為1m/s和0.5m，C點是BE連線的中點，下列說法中正確的是 （ ）AC、E兩點都保持靜止不動B圖示時刻A、B兩點的豎 直高度差為20cmC圖示時刻C

10、點正處于平衡 位置且向水面上運動D從圖示的時刻起經(jīng)0.25s， B點通過的路程為20cmBCD課堂練習知識小結(jié)一、波的衍射1定義：波可以_繼續(xù)傳播的現(xiàn)象2發(fā)生明顯衍射的條件縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長_或者_二、波的疊加1波的獨立傳播：兩列波相遇后彼此穿過，仍然保持各自的_，繼續(xù)傳播繞過障礙物相差不多比波長更小運動特征2波的疊加：幾列波相遇時能夠保持各自的運動特征，繼續(xù)傳播，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點同時參與這幾列波引起的振動，質(zhì)點的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的位移的_，如圖所示矢量和三、波的干涉1定義：_相同的兩列波疊加時，某些區(qū)域的振幅_、某些區(qū)域的振幅_的現(xiàn)象2干涉圖樣：波的

11、干涉中所形成的圖樣3干涉條件：頻率_、相位差_是兩列波產(chǎn)生干涉的必要條件頻率加大減小相同恒定要點探究3波的衍射實質(zhì)分析波傳到小孔(障礙物)時，小孔(障礙物)仿佛是一個新波源，由它發(fā)出的與原來同頻率的波在小孔(障礙物)后傳播，就偏離了直線方向波的直線傳播只是在衍射不明顯時的近似情況 如圖是觀察水面波的衍射的實驗裝置，AC和BD是兩塊擋板，AB是一個孔，O是波源，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)之間距離表示一個波長則波經(jīng)過孔之后的傳播情況，下列描述中正確的是( )A此時能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象B擋板前后波紋間距離相等C如果將孔AB擴大，有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象D如

12、果孔的大小不變，使波源頻率增大，能更明顯地觀察到衍射現(xiàn)象例1ABC【小結(jié)】能發(fā)生衍射和能發(fā)生明顯的衍射不同，波的衍射是不需要條件的，而要發(fā)生明顯的衍射必須滿足一定的條件使波產(chǎn)生明顯衍射有兩種措施：一是在波長不變的情況下改變障礙物或小孔的大??；二是在障礙物或小孔不變的情況下改變波長跟蹤訓練1下列關(guān)于波的衍射的說法正確的是()A衍射是一切波特有的現(xiàn)象B對同一列波，縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長差不多或比波長更小時，衍射現(xiàn)象明顯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)生衍射現(xiàn)象是由于聲波波長較大ABD要點二對波的干涉現(xiàn)象的理解1波的疊加疊加是無條件的，任何頻率的兩列波在空間相遇

13、都會疊加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，必須是兩列同類的波，并且波的頻率相同、振動方向相同、相位差恒定如果兩列波的頻率不相等，在同一種介質(zhì)中傳播時其波長就不相等，這樣就不能形成穩(wěn)定的振動加強點和減弱點因此我們就看不到穩(wěn)定的干涉圖樣，只能是一般的振動疊加現(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足相干條件外，還必須滿足兩列波振幅差別不大振幅越是接近，干涉圖樣越明顯3關(guān)于加強點(區(qū))和減弱點(區(qū))(1)加強點在某些點兩列波引起的振動始終加強，質(zhì)點的振動最劇烈，振動的振幅等于兩列波的振幅之和，AA1A2.(2)減弱點在某些點兩列波引起的振動始終

14、相互削弱，質(zhì)點振動的振幅等于兩列波的振幅之差，A|A1A2|，若兩列波振幅相同，質(zhì)點振動的合振幅就等于零，水面保持平靜5干涉圖樣及其特征(1)干涉圖樣：如圖所示(2)特征：加強區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變加強區(qū)始終加強，減弱區(qū)始終減弱(加強區(qū)與減弱區(qū)不隨時間變化)加強區(qū)與減弱區(qū)互相間隔 波源S1和S2的振動方向相同，頻率均為4 Hz，分別置于均勻介質(zhì)中x軸上的O、A兩點處，OA2 m，如圖所示兩波源產(chǎn)生的簡諧橫波沿x軸相向傳播，波速為4 m/s.已知兩波源振動的初始相位相同求：(1)簡諧橫波的波長(2)OA間合振動振幅最小的點的位置例2【答案】(1)1 m(2)x0.25 m,0.75 m,1.25 m,1.75 m跟蹤訓練2水槽中步調(diào)相反的波源S1、S2發(fā)出兩列波長相等的水波，設(shè)某一時刻P點恰好是兩波谷相遇，則( )A這兩列波能發(fā)生干涉 BP點始終在波谷CP是振動加強點 DP的位移有時可為零ACD 干涉區(qū)域內(nèi)的各質(zhì)點始終以振源的頻率振動,且振