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第十二章:機(jī)械波第4節(jié):波的衍射和干預(yù)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:學(xué)科網(wǎng)二、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)象二、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)1.以下現(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(duì)波的傳播沒有影響.D.晚上看到水中月亮的倒影C課堂練習(xí)2.以下關(guān)于波的衍射的說法正確的選項(xiàng)是()A.衍射是一切機(jī)械波特有的現(xiàn)象B.對(duì)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課堂練習(xí)3.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,那么波經(jīng)過孔之后的傳播情況,下述描述正確的選項(xiàng)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ABC課堂練習(xí)

兩列波相遇后,彼此穿過,繼續(xù)傳播,波的形狀和傳播的情形都跟相遇前一樣,也就是說,相遇后,它們都保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),彼此都沒有受到影響.二、波的疊加1.波傳播的獨(dú)立性幾列波相遇之后,仍然保持它們各自原有的特征〔頻率、波長、振幅、振動(dòng)方向等〕不變,并按照原來的方向繼續(xù)前進(jìn),好象沒有遇到過其他波一樣互不干擾.2.波的疊加原理在幾列波重疊的區(qū)域里,介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與這幾列波所產(chǎn)生的振動(dòng),質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的矢量和.二、波的疊加兩列頻率相同的波相遇時(shí),在它們重疊的區(qū)域會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象呢?我們先觀察下面的現(xiàn)象。1.波的干預(yù):頻率相同的兩列波疊加,使某些區(qū)域的振動(dòng)加強(qiáng),某些區(qū)域的振動(dòng)減弱,而且振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域相互隔開的現(xiàn)象叫做波的干預(yù).干預(yù)圖樣:由波的干預(yù)所形成的圖樣叫做干預(yù)圖樣.學(xué)科網(wǎng)四、波的干預(yù)2.干預(yù)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),始終是兩列波干預(yù)的加強(qiáng)點(diǎn),質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)最劇烈.

四、波的干預(yù)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.四、波的干預(yù)把相應(yīng)的振動(dòng)最劇烈的質(zhì)點(diǎn)連起來,為振動(dòng)加強(qiáng)區(qū);相應(yīng)的振動(dòng)最不劇烈或靜止的質(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〔小〕,而不是指振動(dòng)的位移大〔小〕,因?yàn)槲灰剖窃跁r(shí)刻變化的.四、波的干預(yù)3.產(chǎn)生干預(yù)的條件:兩列波相遇疊加不一定能得到穩(wěn)定的干預(yù)圖樣.而要產(chǎn)生穩(wěn)定的干預(yù)現(xiàn)象形成穩(wěn)定的干預(yù)圖樣,那么需要滿足一定的條件.產(chǎn)生干預(yù)的條件:a.頻率必須相等。b.振動(dòng)方向一致〔同類波〕c.相差恒定4.對(duì)振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)和振動(dòng)減弱區(qū)的判斷:四、波的干預(yù)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=0,1,2,3,4……〕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。學(xué)科網(wǎng)四、波的干預(yù)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=0,1,2,3,4……〕四、波的干預(yù)例題:在同一均勻介質(zhì)中有S1、S2兩個(gè)波源,這兩個(gè)波源的頻率相同。S1、S2相距兩個(gè)波長,B點(diǎn)為S1、S2直線的中點(diǎn),今以B為圓心以R=λ為半徑畫圓,問在該圓周上〔S1、S2兩點(diǎn)除外〕共有幾個(gè)振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)。答案6個(gè)S2S1BS2S1BAα解:設(shè)A點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn),那么有|S1A-S2A|=nλ由圖中可知:n=0或n=1聲波、水波、光波都能發(fā)生干預(yù)和衍射現(xiàn)象。一切波都能發(fā)生干預(yù)和衍射現(xiàn)象。干預(yù)和衍射是波特有的現(xiàn)象。五、波的特有現(xiàn)象4.關(guān)于波的干預(yù),以下說法正確的選項(xiàng)是〔〕A.只有橫波才能產(chǎn)生干預(yù),縱波不能產(chǎn)生干預(yù)。B.只要是波就能產(chǎn)生穩(wěn)定的干預(yù)。C.不管是橫波還是縱波,只要疊加的兩列波的頻率相等,振動(dòng)情況相同就能產(chǎn)生穩(wěn)定干預(yù)。D.波的干預(yù)是波疊加的特例CD課堂練習(xí)5.當(dāng)兩列水波發(fā)生干預(yù)時(shí),如果兩列波的波峰在P點(diǎn)相遇,以下說法正確的有〔〕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)候?yàn)榱鉇BD課堂練習(xí)6.如下圖兩個(gè)頻率與相位、振幅均相同的波的干預(yù)圖樣

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