高中物理 第12章 機(jī)械波 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,填一填,練一練,1.波的衍射(見(jiàn)課本第32頁(yè)) (1)定義:波可以繞過(guò)障礙物繼續(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(zhǎng)相差不多,或者比波長(zhǎng)更小時(shí),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)生衍射,衍射是波特有的現(xiàn)象。,,,,,填一填,練一練,2.波的干涉(見(jiàn)課本第34頁(yè)) (1)波的疊加原理:幾列波相遇時(shí)能夠保持各自的運(yùn)動(dòng)特征,繼續(xù)傳播,在它們重疊的區(qū)域里,介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與這幾列波引起的振動(dòng),質(zhì)點(diǎn)的位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的矢量和。 (2)波的干涉: ①定義:頻率相同的兩列波疊加時(shí),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。 ⅰ.兩列波的頻率必須相同。 ⅱ.兩個(gè)波源的相位差必須保持不變。 (3)干涉的普遍性:一切波都能夠發(fā)生干涉,干涉是波特有 的現(xiàn)象。,,,,,,,,填一填,練一練,利用發(fā)波水槽得到的水面波形如圖甲、乙所示,則( ) A.圖甲、乙均顯示了波的干涉現(xiàn)象 B.圖甲、乙均顯示了波的衍射現(xiàn)象 C.圖甲顯示了波的干涉現(xiàn)象,圖乙顯示了波的衍射現(xiàn)象 D.圖甲顯示了波的衍射現(xiàn)象,圖乙顯示了波的干涉現(xiàn)象 解析:由波的干涉和衍射概念知圖甲是一列波的傳播,顯示了波的衍射現(xiàn)象,圖乙是兩列波的傳播,顯示了波的干涉現(xiàn)象,選項(xiàng)D正確。 答案:D,,,探究一,探究二,探究一對(duì)波的衍射現(xiàn)象的理解 問(wèn)題導(dǎo)引 在浙江歌舞劇院建院50周年的紀(jì)念活動(dòng)中,評(píng)委隔著布?；蛳渥幼龀傻母魯鄡A聽(tīng)選手們的演奏。評(píng)委為什么可以隔著隔斷聽(tīng)到優(yōu)美的樂(lè)聲呢?,探究一,探究二,探究一,探究二,名師精講 1.衍射是波特有的現(xiàn)象 (1)一切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象,只是有的明顯,有的不明顯。 (2)波的直線傳播只是在衍射不明顯時(shí)的近似。 (3)波長(zhǎng)較長(zhǎng)的波容易產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象。 2.關(guān)于衍射的條件 應(yīng)該說(shuō)衍射是沒(méi)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(zhǎng)差不多,或比波長(zhǎng)小是產(chǎn)生明顯衍射的條件。,探究一,探究二,3.波的衍射實(shí)質(zhì)分析 波傳到小孔(障礙物)時(shí),小孔(障礙物)仿佛是一個(gè)新波源,由它發(fā)出的與原來(lái)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(shí)的近似情況。 4.衍射現(xiàn)象與觀察的矛盾 當(dāng)孔的尺寸遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)時(shí)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。,探究一,探究二,典例剖析 【例題1】 觀察水面波衍射的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,AC和BD是兩塊擋板,AB是一個(gè)孔,O是波源,圖中已畫(huà)出波源所在區(qū)域波的傳播情況,每?jī)蓷l相鄰波紋(圖中曲線)之間距離表示一個(gè)波長(zhǎng),則波經(jīng)過(guò)孔之后的傳播情況,下列描述中正確的是( ) A.此時(shí)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(kuò)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,探究一,探究二,解析:根據(jù)能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件:障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小或相差不多。從題圖中可看出孔AB的尺寸小于一個(gè)波長(zhǎng),所以此時(shí)能明顯地觀察到波的衍射現(xiàn)象,選項(xiàng)A正確;因?yàn)榇┻^(guò)擋板小孔后的波速不變,頻率相同,所以波長(zhǎng)也相同,選項(xiàng)B正確;若將孔AB擴(kuò)大,將可能不滿足發(fā)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(xiàng)C正確;若將波源頻率增大,由于波速不變,所以波長(zhǎng) 變小,將可能不滿足發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件,也有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案:ABC,,探究一,探究二,變式訓(xùn)練1 如圖所示,正中O是水面上一波源,實(shí)、虛線分別表示該時(shí)刻的波峰、波谷,A是擋板,B是小孔,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間,水面上的波形將分布于( ) A.整個(gè)區(qū)域 B.陰影Ⅰ以外區(qū)域 C.陰影Ⅱ以外區(qū)域 D.陰影Ⅲ以外區(qū)域,探究一,探究二,解析:由題圖中可直觀看出,半波長(zhǎng)為實(shí)虛兩圓半徑之差,且可看出擋板A的尺寸比波長(zhǎng)大得多,而小孔B與波長(zhǎng)長(zhǎng)度差不多。據(jù)波發(fā)生明顯衍射的條件知,該波在擋板A處的衍射現(xiàn)象很不明顯,即可認(rèn)為波沿直線傳播,故Ⅰ區(qū)內(nèi)水面無(wú)波形,故選項(xiàng)A、C、D不正確;該波的波長(zhǎng)與小孔B差不多,能夠發(fā)生明顯的衍射,故在陰影區(qū)Ⅱ、Ⅲ之內(nèi)明顯存在衍射波的波形,故選項(xiàng)B正確。 答案:B,,探究一,探究二,探究二對(duì)波的疊加、波的干涉現(xiàn)象的理解 問(wèn)題導(dǎo)引 如圖所示,操場(chǎng)中兩根豎直桿上各有一個(gè)揚(yáng)聲器,接在同一擴(kuò)音機(jī)上,一位同學(xué)沿著AB方向走來(lái),他聽(tīng)到的聲音會(huì)有什么變化?為什么?,探究一,探究二,名師精講 1.波的獨(dú)立傳播:幾列波相遇時(shí)能夠保持各自的運(yùn)動(dòng)特征,繼續(xù)傳播,即各自的波長(zhǎng)、頻率等保持不變。 2.關(guān)于干涉的條件:波的疊加是無(wú)條件的,任何頻率的兩列波在空間相遇都會(huì)疊加。但穩(wěn)定干涉圖樣的產(chǎn)生是有條件的,必須是兩列波的頻率相同、相位差恒定。如果兩列波的頻率不相等,在相遇的區(qū)域里不同時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)疊加的結(jié)果都不相同,看不到穩(wěn)定干涉圖樣。,探究一,探究二,3.關(guān)于加強(qiáng)點(diǎn)(區(qū))和減弱點(diǎn)(區(qū)): (1)加強(qiáng)點(diǎn):在某些點(diǎn)兩列波引起的振動(dòng)始終加強(qiáng),質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)最劇烈,振動(dòng)的振幅等于兩列波的振幅之和,A=A1+A2。 (2)減弱點(diǎn):在某些點(diǎn)兩列波引起的振動(dòng)始終相互削弱,質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)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(diǎn)振動(dòng)的合振幅就等于零,并不振動(dòng),水面保持平靜。,探究一,探究二,4.干涉圖樣及其特征: (1)干涉圖樣:如圖所示。 (2)特征:①加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變; ②加強(qiáng)區(qū)始終加強(qiáng),減弱區(qū)始終減弱(加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)不隨時(shí)間變化); ③加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)互相間隔。,探究一,探究二,探究一,探究二,典例剖析 【例題2】 波源S1和S2的振動(dòng)方向相同,頻率均為4 Hz,分別置于均勻介質(zhì)中x軸上的O、A兩點(diǎn)處,OA=2 m,如圖所示。兩波源產(chǎn)生的簡(jiǎn)諧橫波沿x軸相向傳播,波速為4 m/s。已知兩波源振動(dòng)的初始相位相同。求: (1)簡(jiǎn)諧橫波的波長(zhǎng)。 (2)O、A間合振動(dòng)振幅最小的點(diǎn)的位置。,探究一,探究二,解析:(1)設(shè)簡(jiǎn)諧橫波波長(zhǎng)為λ,頻率為f,則v=λf,代入已知數(shù)據(jù),得λ=1 m。(2)以O(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn),設(shè)P為OA間的任意一點(diǎn),其坐標(biāo)為x,則兩波源到P點(diǎn)的波程差Δl=x-(2-x),0≤x≤2。其中x、Δl以m為單位。 答案:(1)1 m (2)x=0.25 m,0.75 m,1.25 m,1.75 m,,探究一,探究二,變式訓(xùn)練2 導(dǎo)學(xué)號(hào)38190051如圖所示表示兩個(gè)相干波源S1、S2產(chǎn)生的波在同一種均勻介質(zhì)中相遇。圖中實(shí)線表示某時(shí)刻的波峰,虛線表示的是波谷,下列說(shuō)法正確的是 ( ) A.a、c兩點(diǎn)的振動(dòng)加強(qiáng),b、d兩點(diǎn)的振動(dòng)減弱 B.e、f兩點(diǎn)的振動(dòng)介于加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)之間 C.經(jīng)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后,加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的位置互換 D.經(jīng)半個(gè)周期后,原來(lái)位于波峰的點(diǎn)將位于波谷,原來(lái)位于波谷的點(diǎn)將位于波峰,探究一,探究二,解析:波的干涉示意圖所示的僅是某一時(shí)刻兩列相干波疊加的情況。形成干涉圖樣的所有介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)都在不停地振動(dòng)著,其位移的大小和方向都在不停地變化著。但要注意,對(duì)于穩(wěn)定的干涉圖樣,振動(dòng)加強(qiáng)和減弱的區(qū)域的空間位置是不變的。a點(diǎn)是波谷和波谷相遇的點(diǎn),c點(diǎn)是波峰和波峰相遇的點(diǎn),都是振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn);而b、d兩點(diǎn)都是波峰和波谷相遇的點(diǎn),是振動(dòng)減弱的點(diǎn),選項(xiàng)A正確;e點(diǎn)位于加強(qiáng)點(diǎn)的連線上,為加強(qiáng)點(diǎn),f點(diǎn)位于減弱點(diǎn)的連線上,為減弱點(diǎn),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;相干波源疊加產(chǎn)生的干涉是穩(wěn)定的,不會(huì)隨時(shí)間變化,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;因形成干涉圖樣的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)也是不停地做周期性振動(dòng),經(jīng)半個(gè)周期步調(diào)相反,選項(xiàng)D正確。 答案:AD,,探究一,探究二,變式訓(xùn)練3 在學(xué)校運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上50 m直跑道的兩端,分別安裝了由同一信號(hào)發(fā)生器帶動(dòng)的兩個(gè)相同的揚(yáng)聲器。兩個(gè)揚(yáng)聲器連續(xù)發(fā)出波長(zhǎng)為5 m的聲波。一同學(xué)從該跑道的中點(diǎn)出發(fā),向某一端點(diǎn)緩慢行進(jìn)10 m。在此過(guò)程中,他聽(tīng)到揚(yáng)聲器聲音由強(qiáng)變?nèi)醯拇螖?shù)為( ) A.2 B.4 C.6 D.8 解析:根據(jù)波的干涉的加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的條件,可知當(dāng)某點(diǎn)與兩個(gè)波源距離差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí),該點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn),即聲音加強(qiáng)點(diǎn),設(shè)距中點(diǎn)x處為加強(qiáng)點(diǎn),則Δx=(25+x)-(25-x)=2x=5n,即x=2.5n(n=0,1,2,…),所以這位同學(xué)每向前運(yùn)動(dòng)2.5 m,就為一個(gè)聲音加強(qiáng)點(diǎn),10 m內(nèi)共有4個(gè)加強(qiáng)點(diǎn),故選B。 答案:B,,,探究一,探究二,,探究一,探究二,,1 2 3 4 5,,,,,,1.關(guān)于波的衍射現(xiàn)象,下列說(shuō)法正確的是( ) A.某些波在一定條件下才有衍射現(xiàn)象 B.某些波在任何情況下都有衍射現(xiàn)象 C.一切波在一定條件下才有衍射現(xiàn)象 D.一切波在任何情況下都有衍射現(xiàn)象 解析:一切波只要遇到障礙就會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象,但要發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是障礙物的大小和波的波長(zhǎng)差不多。 答案:D,,,1 2 3 4 5,,,,,,2.下列關(guān)于兩列波相遇時(shí)疊加的說(shuō)法正確的是( ) A.相遇后,振幅小的一列波將減弱,振幅大的一列波將加強(qiáng) B.相遇后,兩列波的振動(dòng)情況與相遇前完全相同 C.在相遇區(qū)域,任一點(diǎn)的總位移等于兩列波分別引起的位移的矢量和 D.幾個(gè)人在同一房間說(shuō)話,相互間聽(tīng)得清楚,這說(shuō)明聲波在相遇時(shí)互不干擾 解析:兩列波相遇時(shí),每一列波引起的振動(dòng)情況都保持不變,而質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)則是兩列波共同作用的結(jié)果,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B、C正確。幾個(gè)人在同一房間說(shuō)話,聲帶振動(dòng)發(fā)出的聲波在空間中相互疊加后,不改變每列波的振幅、頻率,所以聲波傳到人的耳朵后,仍能分辨出不同的人所說(shuō)的話,故選項(xiàng)D正確。 答案:BCD,,,1 2 3 4 5,,,,,,3.已知空氣中的聲速為340 m/s?，F(xiàn)有幾種聲波:①周期為 s,②頻率為104 Hz,③波長(zhǎng)為10 m,它們傳播時(shí)若遇到寬約為13 m的障礙物,能產(chǎn)生顯著的衍射現(xiàn)象的是( ) A.①和② B.②和③ C.①和③ D.都可以 解析:①②③三種聲波的波長(zhǎng)分別為 m=0.034 m,λ3=10 m,根據(jù)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件可知,①③兩聲波的波長(zhǎng)與障礙物的尺寸差不 多,能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象,故選項(xiàng)C正確。 答案:C,,,1 2 3 4 5,,,,,,4. 如圖所示,實(shí)線和虛線分別表示振幅、頻率均相同的兩列波的波峰和波谷。此刻,M是波峰與波峰相遇點(diǎn),下列說(shuō)法中正確的是( ) A.該時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)O正處在平衡位置 B.P、N兩點(diǎn)始終處于平衡位置 C.M點(diǎn)到兩波源的距離之差一定是波長(zhǎng)的整數(shù)倍 D.從該時(shí)刻起,經(jīng)過(guò) 周期,質(zhì)點(diǎn)M到達(dá)平衡位置,1 2 3 4 5,,,,,,解析:由題圖可知,O、M為振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn),此時(shí)O點(diǎn)處于波谷,M點(diǎn)處于波峰,M點(diǎn)是波峰與波峰相遇,只有當(dāng)兩波源振動(dòng)相位相同時(shí),M點(diǎn)到兩波源的距離差才是波長(zhǎng)的整數(shù)倍,若兩波源振動(dòng)相位相反,則M點(diǎn)到兩波源的距離差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍,故A、C均錯(cuò);N、P兩點(diǎn)為減弱點(diǎn),又因?yàn)閮闪胁ǖ恼穹嗤?因此N、P兩點(diǎn)的振幅為零,即兩點(diǎn)始終處于平衡位置,B正確;從該時(shí)刻經(jīng) 周期,兩列波分別引起的振動(dòng)都使M點(diǎn)位于平衡位置,故M點(diǎn)位于平衡位置,D正確。 答案:BD,,1 2 3 4 5,,,,,,,,