1、五、波 的 衍 射思考与猜想在机械运动中，当运动的小球碰到障碍物时，将会发生什么现象？若运动的小球碰到小孔呢？若两小球相碰呢？波动是一种非常特殊的运动形式，如果是正在传递的机械波，碰到了上述的三种情况，又会看到什么现象呢？生活现象生活现象海面上有大小不一的礁石，海面上有大小不一的礁石，水波在传递过程中遇上它们时水波在传递过程中遇上它们时会有什么不同呢？会有什么不同呢？1、定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射。波的衍射波的衍射(diffractiondiffraction)演 示在水槽里放两块挡板，中间留有一个狭缝，观察水波通过狭缝后的传播情况。保持水波的波长不变，改变狭缝的宽度，观
2、察水波的传播情况有什么变化。实验研究实验研究11、当水波的波长逐渐变大时，现象如下：、当水波的波长逐渐变大时，现象如下：22、当挡板的小孔逐渐变小时，现象如下：、当挡板的小孔逐渐变小时，现象如下：实验结论实验结论1、窄缝或障碍物的宽度与波长相比非常大时，水波将直线传播，观察不到衍射现象。2、窄缝或障碍物的宽度比波长大得越多，衍射现象越不明显；3、窄缝或障碍物的宽度与波长相差不多时，有明显的衍射现象。实验模拟实验模拟水波传递中遇到与波长差不多尺寸的小孔时：水波传递中遇到与波长差不多尺寸的小孔时：水波传递中通过小孔时，相当于在小孔处衍生水波传递中通过小孔时，相当于在小孔处衍生出一个新的与波源出一个
3、新的与波源PP类似的波源类似的波源QQ，称为子波源。，称为子波源。波源P衍生波源Q11、明显衍射：指传播、明显衍射：指传播能量的强弱能量的强弱及在障碍物阴及在障碍物阴影区中所影区中所形成的波的区域大小形成的波的区域大小。22、有孔衍射：相当于在、有孔衍射：相当于在小孔处小孔处形成一个新的波源形成一个新的波源子波源子波源，其频率和波长与原波源相同。，其频率和波长与原波源相同。明显衍射和有孔衍射明显衍射和有孔衍射1、只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象。2、衍射的实质：振动的形式和能量传到障碍物后方的阴影区域中。发生明显衍射现象的条件发生明显衍射
4、现象的条件思考：衍射中真的是孔或障碍物的尺寸越小越好吗？当孔或障碍物的尺寸过小时，由于衍射到后方的能量较弱，故衍射现象仍不明显。2、具体实例：1）声波的衍射 隔墙有耳2）电磁波的衍射 收看电视波的衍射实例波的衍射实例1、衍射是波特有的现象，一切波都能发生衍射。但要发生明显的衍射现象需要满足一定的条件，当不满足时，衍射现象虽然存在，但由于是不明显的衍射现象，不易被我们观察到。1、能试着解读“闻其声不见其人”中所包含的物理知识吗？2、在有些偏远的山区，收音机能收到清晰的声音信号，而电视机信号却不清晰，你能根据所学的物理知识给出一个合理的解释吗？思考与讨论人耳所听声音频率范围：20Hz-20000H
5、z人耳所听声音波长范围：17m-17mm人眼所能看到的可见光波长的范围：400nm-700nm3、医院中有一种“B超”仪器，常用来探测人体内脏的位置及发现可能的病变，这种仪器为什么要使用超声波而不用普通的声波？思考与讨论思考与讨论11）超声波的频率范围为大于）超声波的频率范围为大于20000Hz20000Hz，其相应波，其相应波长小于长小于17mm17mm；22）超声波频率高，故）超声波频率高，故超声超声波能量大，才容易穿透皮波能量大，才容易穿透皮肤和组织；肤和组织；33）超声波波长短，不易衍）超声波波长短，不易衍射，在一定距离内沿直线传射，在一定距离内沿直线传播，方向性好，故播，方向性好，故
6、所拍图像所拍图像清晰。清晰。实验研究实验研究两个在绳中相向传播的机械波相遇，会发生什么现象呢？结论：两列波相遇时，位移发生合成变化；相结论：两列波相遇时，位移发生合成变化；相遇后，波的形状和传播的情形都跟相遇前一样，都遇后，波的形状和传播的情形都跟相遇前一样，都保持各自的运动状态继续传播，彼此之间没有互相保持各自的运动状态继续传播，彼此之间没有互相影响。影响。11、相遇前、相遇前22、相遇时刻、相遇时刻33、相遇过程、相遇过程44、相遇后、相遇后实验研究实验研究几列波在同一介质中传播，在介质中某一点（或某一区域）相遇后，每一列波都能够保持各自的状态继续沿着原来的方向向前传播，彼此之间互不干扰，
7、好象没有遇到另一列波一样。波的独立传播原理波的独立传播原理在几列波重叠的区域里，介质的质点同时参与这在几列波重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波所产生的振动，每一质点仍然是在各自的平衡几列波所产生的振动，每一质点仍然是在各自的平衡位置附近做振动，质点振动的位移等于这几列波单独位置附近做振动，质点振动的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和。传播时引起的位移的矢量和。波相遇时位移的特点波相遇时位移的特点几列波相遇时能够保持各自的运动状态，继续传播，在它们重叠的区域里，介质的质点同时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矢量和。波的叠加原理波的叠加原理生活中
8、波的独立传播和叠加生活中波的独立传播和叠加开会时，大家讨论的面红耳赤，会议室内声音开会时，大家讨论的面红耳赤，会议室内声音特响，但还是能区分出每一个人的说话声音。特响，但还是能区分出每一个人的说话声音。两列频率相同的波相遇时，在它们重叠的区域会发生什么现象呢？我们先观察下面的现象。想一想1.频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强和减弱的区域互相间隔,这种现象叫做波的干涉.所形成的图样叫做干涉图样。三、波的干涉水波干涉图样水波干涉俯视图样11、定义：、定义：频率相同的两列波叠加，使某些区域的频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且
9、振动加强和振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强和振动减弱的区域相互隔开的现象叫做波的干涉。振动减弱的区域相互隔开的现象叫做波的干涉。22、干涉图样：由波的干涉所形成的图样、干涉图样：由波的干涉所形成的图样波的干涉波的干涉(interferenceinterference)特征振动加强的区域总是加强，振动减弱的区域总是减弱。把相应的振动最激烈的质点连起来，就是把相应的振动最激烈的质点连起来，就是振振动加强区动加强区；相应的振动最不激烈或静止的质点连；相应的振动最不激烈或静止的质点连起来，就是起来，就是振动减弱区振动减弱区，且振动加强区和振动减，且振动加强区和振动减弱区是相互间隔着出现的。弱
10、区是相互间隔着出现的。波的干涉波的干涉(interferenceinterference)为什么两列波相遇时能出现振动始终加强的区为什么两列波相遇时能出现振动始终加强的区域呢？域呢？如果在某一时刻，在水面上的某一点是两列波的波峰和波峰相遇，经过半个周期，就变成波谷和波谷相遇。波峰和波峰、波谷和波谷相遇时，质点的位移都是最大，等于这两列波的振幅之和，因此在这一点，始终是两列波干涉的加强点，质点的振动最激烈。思考与讨论思考与讨论为什么两列波相遇时能出现振动始终减弱的为什么两列波相遇时能出现振动始终减弱的区域呢？区域呢？如果在某一时刻，在水面上的某一点是两列波的波峰和波谷相遇，经过半个周期，就变成波
11、谷和波峰相遇，在这一点思考与讨论思考与讨论两列波引起的振动始终是减弱的，质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，如果两列波的振幅相同，质点振动的振幅就等于零，水面保持平静。形成稳定干涉图样的条件形成稳定干涉图样的条件两列波相遇叠加不一定能得到稳定的干涉图样，而要产生稳定的干涉现象，形成稳定的干涉图样，则需要满足一定的条件，产生稳定明显的干涉图样的条件是两列波的频率相同，相位差恒定，且振幅相差不多。注意：波的干涉是波的叠加的特殊情形，一切波都能发生干涉，干涉和衍射都是波的特有现象。振动加强的区域始终加强是不是指该处的质点的振动位移总是为最大值？振动减弱的区域始终减弱是不是指该处的质点的振动位移总是为
12、最小值？结论：振动加强（或减弱）的区域是指质点的振幅达最大值（或最小值），而不是指振动的位移，因为不管是加强区还是减弱区，质点都在作振动，它们的位移是时刻在变化的。思考与讨论思考与讨论试从水波的干涉图样中分析出各加强区处的任一试从水波的干涉图样中分析出各加强区处的任一质点到两波源之间的距离存在什么规律？减弱区呢？质点到两波源之间的距离存在什么规律？减弱区呢？思考与讨论思考与讨论11、若、若PP点为振动加强点：点为振动加强点：假设在两列波的叠加区域有一个假设在两列波的叠加区域有一个PP点，它到两点，它到两列波源的距离分别为列波源的距离分别为SS11、SS22，两列波的波长为，两列波的波长为，则有
13、则有（n=0,1,2,）则有则有PP点到两列波的波源的距离差等于波长点到两列波的波源的距离差等于波长的整数倍或半个波长的的整数倍或半个波长的偶数倍偶数倍。22、若、若PP点为振动减弱点：点为振动减弱点：则有则有PP点到两列波的波源的距离差等于半个点到两列波的波源的距离差等于半个波长的波长的奇数倍奇数倍。（n=0,1,2,）波的干涉波的干涉生活实例：声波的干涉操场上装有很多个相同的扬声器，当它们同时发声时，若绕操场一周，将会听到某些地方声音加强，某些地方声音减弱。生活中波的干涉实例生活中波的干涉实例ABD1、下列关于波的衍射说法正确的是（）A、衍射是一切波特有的现象B、对同一列波，缝、孔或障碍物
14、越小，衍射现象越明显C、只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象D、声波容易发生衍射现象，由于声波波长较大课堂练习课堂练习2、水波通过小孔，发生一定程度的衍射，为使衍射现象更不明显，可以（）A、增大小孔尺寸，同时增大水波的频率B、增大小孔尺寸，同时减小水波的频率C、缩小小孔尺寸，同时增大水波的频率D、缩小小孔尺寸，同时减小水波的频率A课堂练习课堂练习3、下列关于波的衍射图象正确的是（）BC注意:有孔衍射的子波源在小孔处课堂练习课堂练习4、如图所示，S为波源，MN为两块挡板，其中M固定，N板可上下移动，两板中间有一块缝，此时测得A点没有发生振动，为了使A点能振动起来，可采取的方法是（）A、
15、增大波源的频率B、减小波源的频率C、将N板上移一些D、将N板下移一些BC课堂练习课堂练习5、下列关于两列波相遇时叠加的说法中正确的是（）A、相遇后，振幅小的一列波将减弱，振幅大的一列波将加强B、相遇后，两列波的振动情况与相遇前完全相同C、在相遇区域，任一点的总位移等于两列波分别引起的位移的矢量和D、几个人在同一房间说话，相互听得清楚，这说明声波在相遇时互不干扰BCD课堂练习课堂练习6、两列波发生了干涉现象，得到了干涉图样，则（）A、振动加强的质点，始终处于最大位移处B、振动加强的质点的位移，有时会小于振动削弱的质点的位移C、波峰与波峰相遇处的质点，其振动始终加强D、波峰与波谷相遇处的质点，其振
16、动始终削弱BCD课堂练习课堂练习7、如图所示，A、B为两个完全相同的相干波源，它们产生的两列波在AB连线的中垂线上的P点相遇时，则（）A、P点振动始终加强B、P点振动有时加强，有时减弱C、P点位移始终等于振幅D、P点位移有时为零AD课堂练习课堂练习88、频率相同的两列波发生干涉现象时，有（、频率相同的两列波发生干涉现象时，有（）AA、某一点如果是两列波的波峰与波峰相遇，经过、某一点如果是两列波的波峰与波峰相遇，经过半个周期，在这一点则是第一列波的波峰与第二列半个周期，在这一点则是第一列波的波峰与第二列波的波谷相遇波的波谷相遇BB、某一点如果是两列波的波谷与波谷相遇，经过、某一点如果是两列波的波
17、谷与波谷相遇，经过半个周期，在这一点则是第一列波的波谷与第二列半个周期，在这一点则是第一列波的波谷与第二列波的波谷相遇波的波谷相遇CC、某一点如果是第一列波的波峰与第二列波的波、某一点如果是第一列波的波峰与第二列波的波谷相遇，经过半个周期，在这一点则是两列波的波谷相遇，经过半个周期，在这一点则是两列波的波谷相遇谷相遇DD、某一点如果是第一列波的波峰与第二列波的波、某一点如果是第一列波的波峰与第二列波的波谷相遇，经过半个周期，在这一点则是第一列波的谷相遇，经过半个周期，在这一点则是第一列波的波谷与第二列波的波峰相遇波谷与第二列波的波峰相遇D课堂练习课堂练习 9 9、如图所示，、如图所示，SS11
18、、SS22是两个相干波源，它们振动是两个相干波源，它们振动同步且振幅相同。实线和虚线分别表示在某一时刻同步且振幅相同。实线和虚线分别表示在某一时刻它们所发出的波的波峰和波谷。关于图中所标的它们所发出的波的波峰和波谷。关于图中所标的aa、bb、cc、dd四点，下列说法中正确的有（四点，下列说法中正确的有（）AA、该时刻、该时刻aa质点振动最弱，质点振动最弱，bb、cc质点振动最强，质点振动最强，dd质点质点振动既不是最强也不是最弱振动既不是最强也不是最弱BB、该时刻、该时刻aa质点振动最弱，质点振动最弱，bb、cc、dd质点振动都最强质点振动都最强CC、aa质点的振动始终是最弱的，质点的振动始终
19、是最弱的，bb、cc、dd质点的振动始终是最强的质点的振动始终是最强的DD、再过、再过T/4T/4后的时刻后的时刻aa、bb、cc三个质点都将处于各三个质点都将处于各自的平衡位置，因此振动最弱自的平衡位置，因此振动最弱BC课堂练习课堂练习1010、如图所示表示两列相干水波的叠加情况，图中、如图所示表示两列相干水波的叠加情况，图中的实线表示波峰，虚线表示波谷。设两列波的振幅的实线表示波峰，虚线表示波谷。设两列波的振幅均为均为5cm5cm，且图示的范围内振幅不变，波速和波长，且图示的范围内振幅不变，波速和波长分别为分别为1m/s1m/s和和0.5m0.5m，CC点是点是BEBE连线的中点，下列说连
20、线的中点，下列说法中正确的是法中正确的是（）AACC、EE两点都保持静止不动两点都保持静止不动BB图示时刻图示时刻AA、BB两点的竖两点的竖直高度差为直高度差为20cm20cmCC图示时刻图示时刻CC点正处于平衡点正处于平衡位置且向水面上运动位置且向水面上运动DD从图示的时刻起经从图示的时刻起经0.25s0.25s，BB点通过的路程为点通过的路程为20cm20cmBCD课堂练习课堂练习 11、在同一均匀介质中有S1、S2两个波源，这两个波源的频率相同。S1、S2相距两个波长，B点为S1S2直线的中点，今以B为圆心以R为半径画圆，问在该圆周上（S1、S2两点除外）共有几个振动加强点？答案：6个课堂练习课堂练习