第四節(jié)波的干涉和衍射

第十二章：機械波第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，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，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，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，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,小孔或障礙物仿佛是一個新的波源,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,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)象或事實屬于衍射現(xiàn)象的是()A．風(fēng)從窗戶吹進來B．雪堆積在背風(fēng)的屋后C．水波前進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課堂練習(xí)2．以下關(guān)于波的衍射的說法正確的選項是()A．衍射是一切機械波特有的現(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課堂練習(xí)3．如圖是觀察水面波衍射的實驗裝置，AC和BD是兩塊擋板，AB是一個孔，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是〔〕A．此時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動狀態(tài)，彼此都沒有受到影響．二、波的疊加1．波傳播的獨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、振動方向等〕不變，并按照原來的方向繼續(xù)前進，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)點同時參與這幾列波所產(chǎn)生的振動，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．二、波的疊加兩列頻率相同的波相遇時，在它們重疊的區(qū)域會發(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，始終是兩列波干預(yù)的加強點，質(zhì)點的振動最劇烈.

四、波的干預(yù)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，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．四、波的干預(yù)把相應(yīng)的振動最劇烈的質(zhì)點連起來，為振動加強區(qū)；相應(yīng)的振動最不劇烈或靜止的質(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)是相互隔開的．注意：〔1〕振動加強的區(qū)域振動始終加強，振動減弱的區(qū)域振動始終減弱．〔2〕振動加強〔減弱〕的區(qū)域是指質(zhì)點的振幅大〔小〕，而不是指振動的位移大〔小〕，因為位移是在時刻變化的．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.振動方向一致〔同類波〕c.相差恒定4．對振動加強區(qū)和振動減弱區(qū)的判斷：四、波的干預(yù)振動加強點的位置：假設(shè)在兩列波的疊加區(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λ?！瞡=0，1，2，3，4……〕P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。學(xué)科網(wǎng)四、波的干預(yù)P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：〔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、S2兩個波源，這兩個波源的頻率相同。S1、S2相距兩個波長，B點為S1、S2直線的中點，今以B為圓心以R＝λ為半徑畫圓，問在該圓周上〔S1、S2兩點除外〕共有幾個振動加強點。答案6個S2S1BS2S1BAα解：設(shè)A點為振動加強點，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，如果兩列波的波峰在P點相遇，以下說法正確的有〔〕A．質(zhì)點P的振動始終是加強的B．質(zhì)點P的振幅最大C．質(zhì)點P的位移始終最大D．質(zhì)點P的位移有時候為零ABD課堂練習(xí)6．如下圖兩個頻率與相位、振幅均相同的波的干預(yù)圖樣