1、第十二章 机械波 4 波的衍射和干涉 学习目标 1.理解什么是波的衍射现象，知道衍射是波特有的现象.2.知道波发生明显衍射的条件(重点)3.理解波的叠加原理，知道波的干涉是一种特殊的叠加现象.4.理解形成稳定干涉图样的条件(难点)自 主 探 新 知 预 习 一、波的衍射1定义波可以_继续传播，这种现象叫做波的衍射2发生明显衍射现象的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长_或者比波长_时，才能观察到明显的衍射现象3一切波都能发生_，_是波特有的现象绕过障碍物相差不多更小衍射衍射二、波的干涉1波的叠加原理(1)波的独立传播：几列波相遇时能够_各自的_，继续传播即各自的波长、频率等_(2)波的叠
2、加：在几列波重叠的区域里，质点_参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的_保持运动特征保持不变同时矢量和2波的干涉(1)定义：_相同的两列波叠加时，某些区域的振幅_，某些区域的振幅_，而且振幅_的区域和振幅_的区域相互间隔，这种现象叫波的干涉，所形成的图样叫做_(2)干涉条件：两列波的频率必须_；两个波源的相位差必须_(3)一切波都能发生干涉，干涉是波_的现象频率加大减小加大减小干涉图样相同保持不变特有1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)孔的尺寸比波长大得多时就不会发生衍射现象()(2)超声波比普通声波的波长小()(3)两列波相叠加就能形成稳定的干涉图样(
3、)(4)在操场上不同位置听到学校同一喇叭的声音大小不同，是声波的干涉现象()(5)两个人一起说话，不会发生干涉现象()2一列波在传播过程中通过一个障碍物，发生了一定程度的衍射，以下哪种情况可以使衍射现象更明显()A增大障碍物的尺寸B减小波的频率C缩小障碍物的尺寸D增大波的频率E缩小障碍物的尺寸，同时减小波的频率BCE 波在介质中传播时波速是由介质决定的，与波的频率无关，所以改变波的频率不会改变波速，但由 vf 可知，当波速一定时，减小频率则波长增大而发生明显衍射的条件是障碍物或孔、缝的尺寸比波长小或相差不多，要使衍射现象变得明显，可以通过缩小障碍物的尺寸，同时增大波长即减小波的频率来实现，BC
4、E 选项正确3当两列水波发生干涉时，如果两列波的波峰在 P 点相遇，下列说法正确的是()A质点 P 的振动有时是减弱的B质点 P 的振动始终是加强的C质点 P 的振幅最大D质点 P 的位移始终最大E某时刻质点 P 的位移可能为零BCE P 点是两列波的波峰的相遇点，故其振动始终是加强的，A 错误，B 正确；质点 P 处于振动加强区，振幅最大，C 正确；对于某一个振动的质点，位移是会随时间变化的，D 错误；质点振动到平衡位置时，位移为零，E 正确合 作 攻 重 难 探 究 波的衍射 1衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射凡能发生衍射现象的都是波2波的衍射总是存在的，只有“明显”与“不明显”的
5、差异，波长较长的波容易发生明显的衍射现象3波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)仿佛一个新波源，由它发出与原来同频率的波在孔(障碍物)后传播，就偏离了直线方向因此，波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况【例 1】图分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔(A、B、C 图)或障碍物(D、E 图)，其中能发生明显衍射现象的有()BCE 图 B、C 中小孔与波长相差不多，能发生明显衍射，图E 中障碍物与波长相差不多，能发生明显衍射衍射现象的两点提醒(1)障碍物的尺寸的大小不是发生衍射的条件，而是发生明显衍射的条件，波长越大越易发生明显衍射现象(2)当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但衍射波的
6、能量很弱，也很难观察到波的衍射1观察水面波衍射的实验装置如图所示，AC 和 BD 是两块挡板，AB 是一个孔，O 是波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹(图中曲线)之间距离表示一个波长，则波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是()A此时能明显观察到波的衍射现象B挡板前后波纹间距离相等C如果将孔 AB 扩大，一定观察不到明显的衍射现象D如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显地观察到衍射现象E如果孔的大小不变，使波源频率减小，能明显的观察到衍射现象ABE 从题图中可看出孔 AB 的尺寸小于一个波长，所以此时能明显地观察到波的衍射现象，选项 A 正确；因为穿过挡板小孔后的波
7、速不变，频率相同，所以波长也相同，选项 B 正确；若将孔 AB扩大，将可能不满足发生明显衍射现象的条件，就有可能观察不到明显的衍射现象，选项 C 错误；若将波源频率增大，由于波速不变，所以波长变小，将可能不满足发生明显衍射现象的条件，就有可能观察不到明显的衍射现象，选项 D 错误，E 正确波的干涉1波的独立传播特性两列波相遇后，每列波将保持各自原来的波形继续向前传播，互相不会发生干扰如图甲、乙所示，在同一直线上，向右传播的波 1 和向左传播的波 2，相遇以后，各自还是按照相遇前的波速、振幅、频率，继续沿着各自的方向传播，不会因为相遇而发生任何变化，也就是说相互不会因相遇而发生干扰2对波的干涉现
8、象的理解(1)波的叠加是无需条件的，任何频率的两列波在空间相遇都会叠加(2)稳定干涉图样的产生是有条件的，必须是两列波的频率相同、相位差恒定，如果两列波的频率不相等，在相遇的区域里不同时刻各质点叠加的结果都不相同，看不到稳定的干涉图样(3)明显的干涉图样和稳定的干涉图样意义是不同的，明显的干涉图样除了满足相干条件外，还必须满足两列波振幅差别不大振幅越是接近，干涉图样越明显(4)振动加强的点和振动减弱的点始终以振源的频率振动，其振幅不变(若是振动减弱点，振幅可为 0)，但其位移随时间发生变化(5)振动加强的点的振动总是加强，但并不是始终处于波峰或波谷，它们都在平衡位置附近振动，有的时刻位移为零(
9、6)振动减弱的点的振动始终减弱，位移的大小始终等于两列波分别引起位移的大小之差，振幅为两列波的振幅之差如果两列波的振幅相同，则振动减弱点总是处于静止状态，并不振动3干涉图样及其特征(1)干涉图样：如图所示(2)特征：加强区和减弱区的位置固定不变加强区始终加强，减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化)加强区与减弱区互相间隔【例 2】如图所示，波源 S1 在绳的左端发出频率为 f1，振幅为A1 的半个波形 a，同时另一个波源 S2 在绳的右端发出频率为 f2，振幅为 A2 的半个波形 b，且 f1f2，P 为两个波源连线的中点已知机械波在介质中传播的速度只由介质本身的性质决定下列说法正确的是(
10、)A两列波比较，a 波将先到达 P 点B两列波同时到达 P 点C两列波在 P 点叠加时，P 点的位移最大可达 A1A2Db 的波峰到达 P 点时，a 的波峰还没有到达 P 点E两列波相遇时，绳上位移可达 A1A2 的点只有一个，此点在 P 点的左侧BDE 因两波波速相等，故两列波能同时到达 P 点，A 错误，B 正确；因 f1f2，由 vf可知，12，故当两列波同时到达 P 点时，a 波的波峰离 P 点的距离比 b 波的波峰离 P 点的距离大，因此两波峰不能同时到达 P 点，两波峰应相遇在 P 点左侧，此位置对应的位移为 A1A2，位移最大，综上所述，C 错误，D、E 正确判断振动加强和减弱的
11、常用方法(1)条件判断法 振动频率相同、振动步调完全相同的两波源的波叠加时，设某点到两波源的距离差为 r.当 rk(k0,1,2)时为加强点 当 r(2k1)2时为减弱点(k0,1,2)若两波源振动步调相反，则上述结论相反(2)现象判断法 若某点总是波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇，该点为加强点；若某点总是波峰与波谷相遇，则为减弱点 若某点是平衡位置和平衡位置相遇，则让两列波再传播14T，看该点是波峰和波峰(波谷与波谷)相遇，还是波峰和波谷相遇，从而判断该点是加强点还是减弱点2.如图所示是水波干涉的示意图，S1、S2 是两波源，A、D、B三点在一条直线上，两波源的频率相同，振幅相等，则下列说法正
12、确的是()AA 点一会儿在波峰，一会儿在波谷BB 点一会儿在波峰，一会儿在波谷CC 点一会儿在波峰，一会儿在波谷DD 点一会儿在波峰，一会儿在波谷E质点 D 的位移始终是零ABD 在波的干涉中，振动加强区域里的质点总在自己的平衡位置两侧做简谐振动，只是质点的振幅较大，为 A1A2.本题中由于A1A2，故振动减弱区的质点并不振动，而此时 A 点是波峰与波峰相遇，B 点是波谷与波谷相遇，都是加强点，又因为 A、D、B 三点在一条振动加强线上，这条线上任一点的振动都是加强的，故此三点都为加强点，且都是一会儿在波峰，一会儿在波谷而 C 点是波峰与波谷相遇点，是减弱点，不振动课 堂 小 结知 识 脉 络 1.什么是衍射现象和发生明显衍射现象的条件 2波的叠加原理 3波的干涉现象和波的干涉图样，知道波发生干涉现象的必要条件 4知道衍射、干涉现象是波特有的现象.课 时 分 层 作 业 点击右图进入 Thank you for watching!