2018-2019學年高中物理 12.4 波的衍射和干涉課件 新人教版選修3-4.ppt

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4波的衍射和干涉,一、波的衍射,1.定義:波可以繞過_______繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。2.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_________，或者比波長_______，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。3.波的衍射的普遍性:一切波都能發(fā)生_____，_____是波特有的現(xiàn)象。,障礙物,相差不多,更小時,衍射,衍射,二、波的干涉,1.波的疊加原理:幾列波相遇時能夠保持各自的運動特征，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_______。,同時,矢量和,2.波的干涉:(1)定義:_________的兩列波疊加時，某些區(qū)域的振幅加大、某些區(qū)域的振幅減小的現(xiàn)象。(2)穩(wěn)定干涉條件。①兩列波的_____必須相同。②兩個波源的_______必須保持不變。,頻率相同,頻率,相位差,3.干涉的普遍性:一切波都能夠發(fā)生干涉，干涉是_________現(xiàn)象。,波特有的,【思考辨析】(1)“隔墻有耳”指的是聲波的衍射現(xiàn)象。()(2)敲擊音叉使其發(fā)聲，然后轉動音叉，聽到聲音忽強忽弱是聲波的干涉現(xiàn)象。()(3)只有頻率相同的兩列波才可以疊加。(),(4)兩列波相遇后，振幅小的一列波將減弱，振幅大的一列波將加強。(),提示:(1)√。“隔墻有耳”指的是墻這邊的聲音能夠傳到墻的另一邊，是聲波的衍射現(xiàn)象。(2)√。這是聲波的干涉現(xiàn)象。音叉產生的兩列聲波振動頻率相同，這樣的兩列聲波在空氣中傳播，有的區(qū)域振動加強，有的區(qū)域振動減弱，于是聽到聲音忽強忽弱。,(3)。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。(4)。兩列波相遇后，每一列波引起的振動情況都保持不變，而質點的振動則是兩列波共同作用的結果。,知識點一對波的衍射現(xiàn)象的理解探究導入:光是一種波，如圖為燈泡發(fā)光的情況。,(1)生活中見到的光的傳播有何特點。(2)滿足什么條件才能使光發(fā)生衍射？提示:(1)沿直線傳播。(2)障礙物或孔的尺寸與光的波長相差不多。,【歸納總結】1.波的衍射的條件:應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，或比波長小是產生明顯衍射的條件。,2.波的衍射的實質: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。,3.衍射現(xiàn)象與觀察的矛盾:當孔的尺寸遠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。,【典題通關】【典例】如圖所示，O是水面上一波源，實線和虛線分別表示某時刻的波峰和波谷，A是擋板，B是小孔。若不考慮波的反射因素，則經(jīng)過足夠長的時間后，水面上的波將分布于(),A.整個區(qū)域B.陰影Ⅰ以外區(qū)域C.陰影Ⅱ以外區(qū)域D.陰影Ⅱ和Ⅲ以外的區(qū)域,【正確解答】選B。從圖中可以看出A擋板比波長大，所以不能發(fā)生明顯的衍射，而B小孔與波長相差不多，能發(fā)生明顯的衍射，所以經(jīng)過足夠長的時間后，水面上的波將分布于陰影Ⅰ以外區(qū)域，故B正確，故選B。,【過關訓練】1.(2018宜春高二檢測)一列波在傳播過程中遇到一個障礙物，發(fā)生了一定程度的衍射，一定能使衍射現(xiàn)象更明顯的措施是(),A.增大障礙物尺寸，同時增大波的頻率B.縮小障礙物尺寸，同時增大波的頻率C.增大障礙物尺寸，同時減小波的頻率D.縮小障礙物尺寸，同時減小波的頻率,【解析】選D。波在介質中傳播時波速是由介質決定的，與波的頻率無關，所以改變波的頻率不會改變波速，但由v=λf可知，當波速一定時，減小頻率則波長增大，而發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物或孔、縫的尺寸比波長小或相差不多，所以縮小障礙物的尺寸，同時減小波的頻率會使衍射現(xiàn)象更明顯，D選項正確。故選D。,2.(2018大興區(qū)高二檢測)某同學觀察到波長相同的水波通過兩個寬度不同的狹縫時的現(xiàn)象，如圖所示，下列說法正確的是(),A.水波通過狹縫后波長變短B.這是水波的衍射現(xiàn)象，有些波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象C.此現(xiàn)象可以說明，波長一定，縫越窄衍射現(xiàn)象越明顯D.此現(xiàn)象可以說明，縫寬一定，波長越長衍射現(xiàn)象越明顯,【解析】選C。波衍射后不影響波的特性，即波長和頻率不變，A錯誤；波的衍射是波特有的性質，故所有波都會發(fā)生衍射現(xiàn)象，B錯誤；從圖中可知第1幅圖衍射現(xiàn)象比較明顯，所以波長一定，縫越窄衍射現(xiàn)象越明顯，由于題中給出的是波長一定的情況，無法得出縫寬一定時的衍射情況，故C正確D錯誤。,【補償訓練】如圖所示，水面上有A、B兩個振動情況完全相同的振源，在A、B連線的中垂線上有a、b、c三個質點，已知某時刻，a點是兩列波的波峰相遇點，c點是與a點相鄰的兩列波的波谷相遇點，b為ac的中點，則以下說法正確的是(),A.a點是振動加強點，c點是振動減弱點B.a點與c點都是振動加強點，b點是振動減弱點C.a點與c點此時刻是振動加強點，經(jīng)過一段時間后變成振動減弱點，而b點可能變成振動加強點D.a、b、c點都是振動加強點,【解析】選D。在A、B的垂直平分線上的所有的點到A、B的路程差都等于0，因此都是振動加強點，故D選項正確。,知識點二波的疊加與波的干涉探究導入:如圖所示，操場中兩根豎直桿上各有一個揚聲器，接在同一擴音機上，一位同學沿著AB方向走來。,(1)他聽到的聲音會有什么變化？(2)這屬于什么物理現(xiàn)象？提示:(1)聲音忽強忽弱。(2)聲波的干涉現(xiàn)象。,【歸納總結】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，質點振動的合振幅就等于零，并不振動，水面保持平靜。,3.干涉圖樣及其特征:(1)干涉圖樣:如圖所示。,(2)特征。①加強區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變。②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)。③加強區(qū)與減弱區(qū)互相間隔。,【典題通關】【典例】一條彈性繩子呈水平狀態(tài)，M為繩子中點，兩端P、Q同時開始上下振動，一小段時間t后產生的波形如圖所示，對于其后繩上各點的振動情況，以下判斷正確的是(),A.波源P和Q開始振動的方向均是向上的B.波源Q產生的波將先到達中點MC.中點M的振動雖始終是加強的，但其位移大小在某時刻可能為零D.這兩列波能形成穩(wěn)定的干涉圖樣,【正確解答】選A。由圖及波傳播方向與質點振動方向關系的判斷方法可得:t時刻波源P、Q所形成的兩列橫波在波剛到達的兩質點均向上振動，而傳播波的質點開始振動的方向與其波源開始振動方向相同，故A對；由于波速是由介質決定的，故兩列波的波速相同，故兩列波同時到達M點，故B錯；由圖可得:波源P產生的,波長大于波源Q產生的波長，由v=λf可得:波源P所形成波的頻率小于波源Q所形成波的頻率，不能形成穩(wěn)定的干涉圖樣，即M點的振動不是始終加強的，故C、D錯，正確選項為A。,【過關訓練】1.(2018廣州高二檢測)關于波的疊加和干涉，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，如果介質中的某點振動是加強的，某時刻該質點的位移可能是零D.兩列頻率相同的波相遇時，振動加強的質點的位移總是比振動減弱的質點的位移大,【解析】選C。根據(jù)波的疊加原理，只要兩列波相遇就會疊加，所以選項A錯誤。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選項錯。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，D錯誤。故選C。,2.(多選)某兩列波相疊加形成了穩(wěn)定的干涉圖樣，則()A.兩列波的頻率一定相同，但它們的相位差不恒定B.振動加強區(qū)域的各質點都在波峰上，振動減弱區(qū)域的各質點都在波谷上,C.振動加強的區(qū)域始終加強，振動減弱的區(qū)域始終減弱D.振動加強的區(qū)域和振動減弱的區(qū)域不隨時間的變化而改變,【解析】選C、D。兩列波發(fā)生穩(wěn)定的干涉的條件必須是兩列波的頻率相同且相位差恒定，故A錯；振動加強區(qū)始終加強，振動減弱區(qū)始終減弱，形成穩(wěn)定的干涉圖樣，C、D對；振動加強區(qū)域的各質點只是振幅最大，振動減弱區(qū)域的各質點只是振幅最小，它們均在自己的平衡位置附近振動，并不是只在波峰上或只在波谷上，B錯。,【補償訓練】1.(多選)關于波的衍射現(xiàn)象，下列說法正確的是()A.水波繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象即為波的衍射現(xiàn)象B.衍射現(xiàn)象是波特有的現(xiàn)象，一切波都能發(fā)生衍射，只不過明顯與否而已C.“聞其聲而不見其人”為聲波的衍射現(xiàn)象D.要發(fā)生衍射，必須滿足一定的條件，否則，波就不會發(fā)生衍射,【解析】選A、B、C。由波的衍射定義知，A、C正確。衍射是一切波特有的現(xiàn)象，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，故B對、D錯。,2.(多選)如圖所示為兩個相干波源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，虛線表示的是波谷，下列說法正確的是(),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,【解析】選A、D。由圖可知:a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(jīng)半個周期步調相反，D正確。故正確答案為A、D。,【拓展例題】考查內容:波的干涉的應用【典例】如圖所示，在直線PQ的垂線OM上有A、B兩個聲源，A、B分別距O點6m和1m，兩個聲源同時不斷向外發(fā)出波長都為2m的完全相同的聲波，在直線PQ上從-∞到+∞的范圍內聽不到聲音的區(qū)域共有多少個？,【正確解答】經(jīng)數(shù)學歸納，若某點到兩波源的路程差為波長的整數(shù)倍，即Δs=nλ(n=0，1，2，…)，則該點振動加強；若某點到兩波源的路程差為半波長的奇數(shù)倍，即Δs=(2n+1)(n=0，1，2，…)，則該點振動減弱。,直線PQ上的O點距兩波源A、B的路程差最大，即AO-BO=(6-1)m=5m=λ，故O點為減弱點。由O向-∞或由O向+∞，直線PQ上各點到兩波源A、B的路程差逐漸減小，其中Δs=λ的點有兩個，Δs=λ的點有兩個，所以在直線PQ上從-∞到+∞的范圍內聽不到聲音的區(qū)域共有5個。答案:5個,