高中物理人教版選修3-4章節(jié)課件：12.4波的衍射和干涉.ppt

1、一、知識與技能 1知道什么是波的衍射和干涉現(xiàn)象。 2知道波發(fā)生明顯衍射的條件。 3知道波的疊加原理，知道波的干涉現(xiàn)象實質上是波的一種特殊的疊加現(xiàn)象。 4知道波的干涉的條件及波的干涉圖樣的特點。 5知道衍射與干涉是波所特有的現(xiàn)象。,二、過程與方法 1通過實驗的演示，觀察和發(fā)現(xiàn)波的衍射的現(xiàn)象，理解發(fā)生衍射的條件。 2明確波的疊加原理，通過觀察、分析干涉現(xiàn)象，了解干涉圖樣的特點。 三、情感、態(tài)度和價值觀 1培養(yǎng)學生“觀察現(xiàn)象歸納特征得出結論”的實驗方法。 2培養(yǎng)學生的空間想象能力。,1.波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象叫做波的_。 2實驗表明：只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長_，或者比波長_時

2、，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。 3一切波_發(fā)生衍射。衍射是波_的現(xiàn)象。,4事實表明，幾列波相遇時能夠保持_運動狀態(tài)，繼續(xù)傳播，在它們重疊的區(qū)域里，介質的質點_參與這幾列波引起的振動，質點的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的位移的_。 5頻率_兩列波疊加時，使某些區(qū)域的振幅_、某些區(qū)域的振幅_，這種現(xiàn)象叫做波的干涉，形成的圖樣常常叫做_。,6產生干涉的必要條件是，兩列波的_必須相同。跟_一樣，干涉也是波所_的現(xiàn)象。 答案： 1衍射 2相差不多更小 3都能特有 4各自的同時矢量和 5相同的加大減小干涉圖樣 6頻率衍射特有,知識點1 波的衍射,(1)定義：波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。如圖1241所示

3、。 注意：衍射是波特有的現(xiàn)象。 一切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象。 (2)產生明顯衍射現(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。例如：聲波的波長一般比院墻大，“隔墻有耳”就是聲波衍射的例證。,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。波的直線傳播就是衍射不明顯時的近似。,【例1】如圖1242所示是觀察水面波衍,射現(xiàn)象的實驗裝置，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)之間的距離表

4、示一個波長，則波經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，能更明顯的觀察到衍射現(xiàn)象 【答案】A、B、C,【解析】根據能有明顯衍射現(xiàn)象的條件：障礙物或孔的尺寸比波長小或差不多。從圖中可看出孔AB的尺寸小于一個波長，所以此時能明顯地觀察到波的衍射現(xiàn)象，A正確；因為穿過擋板小孔后的波速不變，頻率相同，所以波長也相同，B正確；若將孔AB擴大，將可能不滿足明顯衍射現(xiàn)象的條件，就有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象，C正確；若將波源頻率增大，由于波速不變，所以波長變小

5、，將可能不滿足明顯衍射現(xiàn)象的條件，也有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象，D錯誤。,【思維點悟】本題考查的是一個演示實驗。要求對波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，以及波長、頻率、波速之間的關系有正確的認識。因此對重要的演示實驗的實驗原理和實驗方法，都必須有深入的理解。 在觀察水波衍射現(xiàn)象的實驗中，若打擊水面的振子振動頻率增大，觀察到的衍射現(xiàn)象有什么變化？(提示：v/f，f增大，減小，則衍射現(xiàn)象變得不明顯),對應練習 射實驗俯視圖 1把M、N兩塊擋板中的空隙當做一個“小孔”做水波的衍射實驗，出現(xiàn)了如圖1243所示的圖樣，位置P處的水沒有振動起來，現(xiàn)要使擋板左邊的振動傳到P處，在不改變擋板M的左右位置和P點位置的

6、情況下，可以采用哪些辦法？,解析：波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是障礙物或孔的尺寸與波長相差不多，或者比波長更小，所以要使P點振動起來，有兩種方法：一是減小孔的尺寸；二是增大波的波長。N板向上移，可以減小孔的尺寸，由vf可知，水波的波速一定，減小波源的頻率可以增大水波的波長。 答案：N板上移，或減小波源振動的頻率,(1)原理：幾列波相遇時能夠保持各自的運動狀態(tài)，繼續(xù)傳播，在它們重疊的區(qū)域里，介質的質點同時參與這幾列波引起的振動，質點的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的位移的矢量和。,知識點2 波的疊加,(2)理解：位移是兩列波分別產生的位移的矢量和 當兩個波源產生的兩列波在同一介質中傳播時，介質中的每

7、個質點都要同時參與兩個分運動，在任一時刻，第一列波使某個質點a振動所產生的位移是x1，第二列波同時使質點a振動所產生的位移是x2，則質點a的位移就是這兩列波分別產生的位移的矢量和。,各列波獨立傳播 幾列波在同一介質中傳播，在介質中某一點(或某一區(qū)域)相遇時，每一列波都能夠保持各自的狀態(tài)繼續(xù)沿著原來的方向向前傳播，彼此之間互不影響，好像沒有遇到的另一列波一樣，在它們重疊的區(qū)域里，介質的質點同時參與這幾列波所產生的振動，每一質點仍然是在各自的平衡位置附近做振動。質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。 注意：疊加原理適用于一切波。,【例2】如圖1244所示，兩列相同的波沿一直線相向

8、傳播，當它們相遇時，如圖所示的波形中可能的是 (),【答案】B、C 【解析】當兩列波的前半個波(或后半個波)相遇時，根據波的疊加原理，在前半個波(或后半個波)重疊的區(qū)域內所有質點此刻的振動合位移為零，而兩列波的后半個波(或前半個波)的波形保持不變，所以選項B正確；當兩列波完全相遇時(即重疊在一起)，由波的疊加原理可知，所有質點振動的位移均等于每列波單獨傳播時引起的位移的矢量和，使得所有的質點振動的位移加倍，所以選項C也是正確的。,【思維點悟】在兩列波疊加時，質點的位移是每列波單獨傳播時引起的位移的矢量和。本題考查對波的疊加原理的理解。,對應練習 2如圖1245所示，波源 S1在繩的左端發(fā)出頻率

9、為f1，振幅為A1的半個波形a，同時另一個波源S2在繩的右端發(fā)出頻率為f2，振幅為A2的半個波形b，且f1f2，P為兩個波源連線的中點。已知機械波在介質中傳播的速度只由介質本身的性質決定。下列說法正確的是(),A兩列波比較，a波將先到達P點 B兩列波在P點疊加時，P點的位移最大可達A1A2 Cb的波峰到達P點時，a的波峰還沒有到達P D兩列波相遇時，繩上位移可達A1A2的點只有一個，此點在P點的左側,答案：C、D,(1)干涉：頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動總是加強，某些區(qū)域的振動總是減弱，并且加強區(qū)和減弱區(qū)相互間隔，這種現(xiàn)象叫做波的干涉。,(2)干涉圖樣 波的干涉形成的圖樣叫干涉圖樣。

10、如圖1246所示,注意：干涉是波疊加的結果，任意兩列機械波都會疊加，但只有滿足頻率相同，即f1f2時，才能出現(xiàn)穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象。 振動加強(減弱)的區(qū)域是指質點的振幅大(小)，而不是指振動的位移大(小)，因為位移是在時刻變化的。 一切波都能發(fā)生干涉現(xiàn)象，干涉是波特有的現(xiàn)象。但是兩列頻率不同的波疊加后，加強和減弱不穩(wěn)定，不能形成干涉圖樣。,(3)加強點和減弱點 加強點：振動加強的點振動總是加強，但并不是始終處于波峰或波谷，它們都在平衡位置附近振動，也有的時刻位移為零。只是振幅為兩列波振幅之和，顯得振動劇烈。 減弱點：振動減弱點的振動始終減弱，它位移的大小始終等于兩列波分別引起位移的大小之差，振幅為

11、兩列波振幅之差。如果兩列波的振幅相同，則振動減弱點將會總是處于靜止的。,振動加強點和減弱點的判斷方法 a條件判斷法：振動頻率相同、振動方向相同的兩波源產生的波疊加時，加強、減弱條件如下：設點到兩波源的距離差為r。若兩波源振動的相差為零，那么當r2k/2時為加強點；當r(2k1)/2時為減弱點(k0,1,2)。若兩波源振動步調相反，即相差為，則上述結論相反。 b現(xiàn)象判斷法：若某點總是波峰與波峰(或波谷與波谷)相遇，該點為加強點，若總是波峰與波谷相遇，則為減弱點。,【例3】如圖1247所示表示兩個相干波源S1、S2產生的波在同一種均勻介質中相遇。圖中實線表示某時刻的波峰，虛線表示波谷，下列說法正確

12、的是(),Aa、c兩點的振動加強，b、d兩點的振動減弱 Be、f兩點的振動介于加強點和減弱點之間 C經適當?shù)臅r間后，加強點和減弱點的位置互換 D經半個周期后，原來位于波峰的點將位于波谷，原來位于波谷的點將位于波峰 【答案】A、D,【解析】波的干涉示意圖所示的僅是某一時刻兩列相干波疊加的情況，形成干涉圖樣的所有介質質點都在不停地振動著，其位移的大小和方向都在不停地變化著。但要注意，對穩(wěn)定的干涉，振動加強和減弱的區(qū)域的空間位置是不變的。a點是波谷和波谷相遇的點，c是波峰和波峰相遇的點，都是振動加強的點；而b、d兩點都是波峰和波谷相遇的點，是振動減弱的點，A正確；e位于加強點的連線上，仍為加強點，f

13、位于減弱點的連線上，仍為減弱點，B錯誤；相干波源疊加產生的干涉是穩(wěn)定的，不會隨時間變化，C錯誤；因形成干涉圖樣的介質質點也是不停地做周期性振動，經半個周期步調相反，D正確。,【思維點悟】若認為只有干涉圖樣上波峰和波峰、波谷和波谷相遇的點才是振動加強的點，波峰和波谷相遇的點為振動減弱的點，可能誤選B；誤認為加強點永遠位于波峰，減弱的點永遠位于波谷，會漏選D。,對應練習 3如圖1248所示是水波干涉示意圖，S1、S2是兩波源，A、D、B三點在一條直線上，兩波源頻率相同，振幅相等，下列說法正確的是(),A質點A一會兒在波峰，一會兒在波谷 B質點B一會兒在波峰，一會兒在波谷 C質點C一會兒在波峰，一會

14、兒在波谷 D質點D一會兒在波峰，一會兒在波谷,解析：在波的干涉中，振動加強區(qū)域里的質點總在自己的平衡位置兩側做簡諧振動，只是質點的振幅較大，為A1A2。本題中由于A1A2，故振動減弱區(qū)的質點并不振動，即質點C不振動，而此時A點是波峰與波峰相遇，是加強點，B點是波谷與波谷相遇，是加強點。又A、D、B三點在同一條振動加強線上，這條線上任一點的振動都是加強的，故此三點都為加強點，這樣，此三點都是一會兒在波峰，一會兒在波谷。 答案：A、B、D,1.對衍射現(xiàn)象的理解 (1)衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都可以發(fā)生衍射。 (2)凡能發(fā)生衍射現(xiàn)象的就是波。 (3)波的衍射總是存在的，只有“明顯”與“不明顯”的差

15、異。 (4)波長較長的波容易產生明顯的衍射現(xiàn)象。,(5)波傳到孔或障礙物時，孔或障礙物仿佛一個新波源，由它發(fā)出與原來同頻率的波在孔或障礙物后傳播，就偏離了直線方向。因此，波的直線傳播只是在衍射不明顯時的近似。,【例4】下列關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,【答案】A、B、D 【解析】衍射是一切波特有的現(xiàn)象，所以選項A對C錯；發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象是有條件的，只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長差不多或比波

16、長更小時，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象，所以選項B是正確的；聲波的波長在1.7 cm到17 m之間，一般常見的障礙物或孔的大小可與之相比，正是由于聲波波長較大，聲波容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，所以選項D也是正確的。,2對波的干涉現(xiàn)象的理解 (1)波的疊加是無條件的，任何頻率的兩列波在空間相遇都會疊加。 (2)穩(wěn)定干涉圖樣的產生是有條件的，必須是兩列波的頻率相同、相差恒定，如果兩列波的頻率不相等，在相遇的區(qū)域里不同時刻各質點疊加的結果都不相同，看不到穩(wěn)定干涉圖樣。,(3)明顯的干涉圖樣和穩(wěn)定的干涉圖樣意義是不同的，明顯的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。

17、(4)應該明確波的干涉條件中所指“振動加強的點到兩波源的距離等于波長的整數(shù)倍”這一結論是有條件的，條件是：兩波源的振動情況完全相同即兩波源位置固定，振動方向平行，步調完全一致。,(5)振動加強的點和振動減弱的點始終在以振源的頻率振動，其振幅不變(若是振動減弱點，振幅可為0)，但其位移隨時間發(fā)生變化。,3怎樣理解波的干涉現(xiàn)象中的加強區(qū)和減弱區(qū) 在波的干涉現(xiàn)象中，加強區(qū)是指該區(qū)域內質點的振幅A增大；減弱區(qū)域是指該區(qū)域內質點的振幅A減小。設兩個頻率和步調都相同的波源單獨引起的振幅分別為A1和A2，則在振動加強區(qū)中質點振動的振幅為A1A2，在振動減弱區(qū)域中質點的振幅為|A1A2|，不論加強區(qū)還是減弱區(qū)

18、中的質點，都仍然在其平衡位置附近做振動，它們的振動位移仍隨時間發(fā)生周期性變化。因此，某一時刻，加強區(qū)域中質點的位移有可能小于減弱區(qū)域中質點振動的位移，若A1A2，則減弱區(qū)中質點的振幅為零，不振動。,【例5】當兩列振動情況完全相同的水波發(fā)生干涉時，如果兩列波的波峰在P點相遇，下列說法正確的是 () A質點P的振動始終是加強的 B質點P的振幅最大 C質點P的位移始終最大 D質點P的位移有時為零 【答案】A、B、D,【解析】由于P點是兩列波的波峰相遇點，故質點P的振動始終是加強的，其振幅等于兩列波的振幅之和。但質點P并不停在波峰或波谷不動。它不斷地圍繞自己的平衡位置往復運動，故其位移有時為零。,許多人可能都有這樣的體驗，當我們聽自己說話的錄音時，會感到與我們平時說話時所聽到的自己的聲音有很大的不同，但聽別人講話的錄音時就沒有這種感覺。這種現(xiàn)象顯然不是錄音失真造成的，而是與波的衍射有關