高中物理 2.4 波的干涉與衍射課件 粵教版選修3-4.ppt

目標導(dǎo)航,預(yù)習導(dǎo)引,目標導(dǎo)航,預(yù)習導(dǎo)引,一,二,一、波的干涉 1.波的疊加原理 (1)波的獨立傳播:幾列波相遇時能夠保持各自的運動狀態(tài)繼續(xù)傳播下去。 (2)波的疊加: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矢量和。 2.波的干涉 (1)在兩列頻率相同的波相遇的區(qū)域,某些區(qū)域的振動始終加強、某些區(qū)域的振動始終減弱的現(xiàn)象。形成的圖樣常常叫做干涉圖樣。 (2)產(chǎn)生干涉的兩個必要條件:兩列波的頻率必須相同和兩個波源的相位差保持不變。 (3)一切波都能發(fā)生干涉,干涉是波特有的現(xiàn)象。,目標導(dǎo)航,預(yù)習導(dǎo)引,一,二,旋轉(zhuǎn)一只敲響的音叉,會聽到聲音時大時小,說明產(chǎn)生了干涉,但兩個人一起說話,旁邊走動的人為什么聽不到聲音忽大忽小? 提示 音叉的兩個臂完全相同,產(chǎn)生同頻率的聲波,能相互干涉,而兩個人講話的頻率不可能相同且不斷變化,所以不能干涉。,目標導(dǎo)航,預(yù)習導(dǎo)引,一,二,二、波的衍射 1.定義 波繞過障礙物繼續(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相差不多,或者比波長更小。 3.一切波都能發(fā)生衍射,衍射是波特有的現(xiàn)象。“聞其聲而不見其人”是聲波的衍射現(xiàn)象。 在日常生活中我們常遇到“不見其人,先聞其聲”的現(xiàn)象,為什么看不到人卻能聽到他發(fā)出的聲音呢? 提示 聲波的波長比較長,容易衍射,而光波波長短,不容易衍射,所以會有“不見其人,先聞其聲”的現(xiàn)象。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一、波的疊加與波的干涉現(xiàn)象 1.波的獨立傳播 幾列波相遇時能夠保持各自的運動特征,繼續(xù)傳播。即各自的波長、頻率等保持不變。 2.關(guān)于干涉的條件 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。但穩(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、振動方向在同一直線上、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。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,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,A=A1+A2。 (2)減弱點:在某些點兩列波引起的振動始終相互削弱,質(zhì)點振動的振幅等于兩列波的振幅之差,A=|A1-A2|,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。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,4.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。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,【例1】 (多選)如圖所示為兩個相干波源S1、S2產(chǎn)生的波在同一種均勻介質(zhì)中相遇時產(chǎn)生的干涉圖樣。圖中實線表示某時刻的波峰,虛線表示波谷。下列說法正確的是( ) (導(dǎo)學號51150036) A.a、c兩點的振動加強,b、d兩點的振動減弱 B.e、f兩點的振動介于加強點和減弱點之間 C.經(jīng)適當?shù)臅r間后,加強點和減弱點的位置互換 D.經(jīng)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,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,思路分析解答本題的關(guān)鍵有以下三點: (1)波的干涉圖樣所表示的僅是某一時刻兩列相干波疊加的情況。 (2)形成干涉圖樣的所有質(zhì)點都在不停地振動著,其位移的大小和方向也在不停地變化著。 (3)對于穩(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。 解析:a點是波谷和波谷相遇的點,c點是波峰和波峰相遇的點,都是振動加強的點;而b、d兩點是波峰和波谷相遇的點,都是振動減弱的點,選項A正確。e點位于加強點的連線上,仍為加強點,f點位于減弱點的連線上,仍為減弱點,選項B錯誤。相干波疊加產(chǎn)生的干涉是穩(wěn)定的,不會隨時間變化,選項C錯誤。形成干涉圖樣的質(zhì)點都在不停地做周期性振動,經(jīng)半個周期后,振動步調(diào)相反,選項D正確。 答案:AD,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,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弱的質(zhì)點的位移大 答案:C,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,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選項錯誤。兩列頻率相同的波相遇時,振動加強的點不只是波峰與波峰、波谷與波谷相遇的點,所以B選項錯誤。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。故正確選項為C。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,二、波的衍射現(xiàn)象 1.關(guān)于衍射的條件 應(yīng)該說衍射是沒有條件的,衍射是波特有的現(xiàn)象,一切波都可以發(fā)生衍射。衍射只有“明顯”與“不明顯”之分,障礙物或小孔的尺寸跟波長差不多,或比波長小是產(chǎn)生明顯衍射的條件。 2.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。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,【例2】 (多選)如圖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,圖中已畫出波源附近區(qū)域波的傳播情況,每兩條相鄰波紋(圖中曲線)之間的距離表示一個波長,則關(guān)于波經(jīng)過孔之后的傳播情況,下列描述中正確的是( )(導(dǎo)學號51150037) A.此時能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象 B.擋板前后波紋間的距離相等 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,能更明顯地觀察到波的衍射現(xiàn)象 思路分析解答此題時要求對波產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件,以及波長、頻率、波速之間的關(guān)系有正確的認識。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,解析:波能產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是:障礙物或孔的尺寸比波長小或差不多。從題圖中可看出孔AB的尺寸小于一個波長,所以此時能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象,選項A正確;因為穿過擋板間的小孔后波速不變,頻率不變,所以波長也不變,選項B正確;若將孔AB擴大,有可能不滿足產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件,就有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象,選項C正確;若使波源的頻率增大,由于波速不變,所以波長變小,有可能不滿足產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件,則有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象,選項D錯誤。 答案:ABC,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,(多選)下列關(guān)于波的衍射的說法正確的是( ) A.衍射是機械波特有的現(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)生明顯衍射現(xiàn)象是由于聲波波長較大 答案:BD 解析:衍射是一切波特有的現(xiàn)象,所以選項A、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長,聲波容易發(fā)生衍射現(xiàn)象,所以選項D也是正確的。,