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1、
第3節(jié) 波的干涉和衍射
課堂互動
三點剖析
一、波的疊加原理和干涉現(xiàn)象
波的疊加：幾列波在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(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位移的矢量和.
兩列波要產(chǎn)生干涉，頻率相同是首要條件.振動加強或振動減弱的判斷有以下兩種判斷法：
1.條件判斷法
振動情況完全相同的兩波源產(chǎn)生的波疊加時，加強、減弱條件如下：設(shè)點到兩波源的距離差為Δr，那么當(dāng)Δr=2k·λ/2時為加強點；當(dāng)Δr=（2k+1）·λ/2時為減弱點（k=0，1，2，…）.若兩波源振動步調(diào)
2、相反，則上述結(jié)論相反.
2.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1】如圖2-3-1所示，沿一條直線相向傳播的兩列波的振幅和波長均相等，當(dāng)它們相遇時可能出現(xiàn)的波形是圖2-3-2所示的（ ）
圖2-3-2
解析：當(dāng)兩列波的前半個波形（或后半個波形）相遇時，根據(jù)波的疊加原理，在前半個波形（或后半個波形）重疊的區(qū)域內(nèi)所有的質(zhì)點振動的合位移為零，而兩列波的后半個波形（或前半個波形）保持不變，B正確.當(dāng)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(zhì)點振動的位移均等于每列波單獨傳播時引起的位
3、移的矢量和，使得所有的質(zhì)點振動的位移加倍.C正確.
答案：BC
二、波的衍射
1.衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都會產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，當(dāng)波碰到障礙物時，衍射現(xiàn)象總是存在的，只是有的明顯有的不明顯而已.平常見到的某些波，用肉眼直接觀察，幾乎看不到衍射現(xiàn)象，并不是沒發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是不太明顯，這是由于障礙物太大的緣故.實驗事實表明，對同一列波而言，障礙物或孔的尺寸越小衍射越明顯.
2.發(fā)生明顯衍射的條件
障礙物或孔的尺寸比波長小，或跟波長差不多.
（1）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，僅是衍射現(xiàn)象是否明顯的條件.一般情況下，波長較大的波容易產(chǎn)生顯著的衍射現(xiàn)象.
（
4、2）波傳到小孔（或障礙物）時，小孔（或障礙物）仿佛一個新的波源，由它發(fā)出與原來同頻率的波（稱為子波）在孔后傳播，于是，就出現(xiàn)了偏離直線傳播的衍射現(xiàn)象.
（3）當(dāng)孔的尺寸遠(yuǎn)小于波長時盡管衍射十分突出，但由于衍射波的能量很弱，衍射現(xiàn)象不容易觀察到.
【例2】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
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
5、差不多或比波長更小時，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.
答案：ABD
各個擊破
類題演練1
關(guān)于波的疊加和干涉，下列說法中正確的是（ ）
A.兩列頻率不相同的波相遇時，因為沒有穩(wěn)定的干涉圖樣，所以波沒有疊加
B.兩列頻率相同的波相遇時，振動加強的點只是波峰與波峰相遇的點
C.兩列頻率相同的波相遇時，如果介質(zhì)中的某點振動是加強的，某時刻該質(zhì)點的位移s可能是零
D.兩列頻率相同的波相遇時，振動加強的質(zhì)點的位移總是比振動減
6、弱的質(zhì)點的位移大
解析：根據(jù)波的疊加原理，只要兩列波相遇就會疊加，所以A錯.兩列頻率相同的波相遇時，振動加強的點是波峰與波峰、波谷與波谷相遇，所以B錯.振動加強的點僅是振幅加大，但仍在平衡位置附近振動，也一定有位移為零的時刻，所以選項C正確，選項D錯誤.
答案：C
變式提升1
在同一介質(zhì)中兩列頻率相同、振動步調(diào)一致的橫波互相疊加，則（ ）
A.波峰與波谷疊加的點振動一定是減弱的
B.振動最強的點經(jīng)過T后恰好回到平衡位置，因而該點的振動是先加強，后減弱
C.振動加強區(qū)和減弱區(qū)相間隔分布，且加強區(qū)和減弱區(qū)不隨時間變化
D.加強區(qū)的質(zhì)點某時刻位移可能是零
解析：振動加強的點僅
7、是振幅加大，但仍在平衡位置附近振動，位移是變化的，所以選項B錯誤.
答案：ACD
類題演練2
如圖2-3-3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（ ）
圖2-3-3
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
解析：根據(jù)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
8、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，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.
答案：ABC
變式提升2
在做水波通過小孔衍射的演示實驗時，激發(fā)水波的振動頻率為5 Hz，水波在水槽中傳播速度為0.05 m/s，為使實驗效果明顯，使用小孔直徑d不能超過_______________m.
解析：水波波長λ==0.01 m.由發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件可知，小孔直徑d不能超過λ.
答案：0.01h
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高中物理 第2章 機械波 第3節(jié) 波的干涉和衍射教案 魯科版選修34
