1、第4节 波的衍射和干涉学习目标素养提炼1.知道什么是波的衍射现象，知道波发生明显衍射现象的条件，知道衍射是波特有的现象2.知道波的叠加原理，知道什么是波的干涉现象和干涉图样，知道干涉现象也是波所特有的现象3.了解波的衍射和干涉在生活中的应用，感受物理与生活之间的联系.物理观念：波的衍射现象、波的干涉现象科学思维：波的叠加原理、干涉图样科学态度与责任：波的衍射和干涉在生活中的应用01 课前 自主梳理02 课堂 合作探究03随堂 演练达标04课后 达标检测一、波的衍射1定义：波可以绕过_继续传播的现象2实验及现象(1)实验：在水槽里放两块挡板，中间留一个_(2)现象：狭缝宽度比波长大得多时：波的传
2、播如同光沿_传播一样，挡板后面产生“阴影区”狭缝宽度与波长相差不多或狭缝宽度比波长更小时，水波_挡板后面继续传播障碍物 狭缝 直线 绕到 3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判断正误(1)一切波遇到障碍物都会发生衍射现象()(2)只有当障碍物的尺寸与波长差不多或比波长小时，才会发生衍射现象()(3)当小孔大小一定时，波的频率越大，衍射现象越明显()(4)当障碍物大小一定时，波的频率越小，衍射现象越明显()相差不多 更小二、波的叠加1几列波相遇时能够保持各自的运动特征，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
3、的_，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的_图a表示了分别向右、向左传播的两列波1和2在相遇区域内的叠加过程振动 矢量和 2波的叠加原理是波具有独立传播性质的必然结果，由于总位移是两个位移的矢量和，所以叠加区域的质点的位移可能增大，也可能减小波峰与波峰叠加，或波谷与波谷叠加，振动_，振幅_(如图a所示)波峰与波谷叠加，振动_，振幅_(如图b所示)加强 增大 减弱 减小判断正误(1)相遇后振幅小的一列波将减弱，振幅大的一列波将加强()(2)相遇后两列波各自的波形和传播方向与相遇前完全相同()(3)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()(4)几个人在同一房间说话，相
4、互都听得清楚说明波在相遇时互不干扰()三、波的干涉1实验及现象(1)实验：水槽中，波源是固定在同一个振动片上的两根细杆，当振动片振动时，两根细杆_地触动水面，形成两个波源，这两个波源发出的是频率相同、相位相同、_也相同的两列波(2)现象：两列波相遇后，水面上出现了一条条_的区域和_的区域，这两种区域在水面上的位置是稳定不变的周期性 振动方向 相对平静 激烈振动2现象解释(1)加强点：在某些点，两列波引起的振动始终加强，质点的振动最剧烈，振动的振幅等于两列波的_(2)减弱点：在某些点，两列波引起的振动始终削弱，质点振动的振幅等于两列波的_，若两列波振幅相同，质点振动的合振幅就等于_，水面保持平静
5、3干涉定义：_相同的两列波叠加时，某些区域的振幅_、某些区域的振幅_的现象振幅之和 振幅之差 零 频率 加大 减小4干涉图样：波的干涉中所形成的图样5干涉条件：两列波的_相同，两波源的相位差必须保持_6一切波都能发生干涉，干涉是波特有的现象频率 不变思考有人说在波的干涉现象中，加强点就是位移始终最大的点，减弱点就是位移始终为零的点，这种说法对吗？提示：这种说法不正确在干涉图样中的加强点是以两列波的振幅之和为振幅做振动的点，某一瞬时振动位移可能是零同理，减弱点是以两列波的振幅之差为振幅做振动的点，它的位移不一定始终为零.要点一 对衍射现象的理解探究导入 如图所示是一个可观察水波衍射的水波发生槽，
6、振源的频率是可以调节的，槽中放置两块可移动的挡板形成的宽度可调节的小孔，观察水波的传播；也可以在水槽中放置宽度不同的挡板，观察水波的传播水波遇到小孔时，会观察到什么现象？依次减小小孔尺寸，观察到的现象有什么变化？提示：水波遇到小孔时，水波能穿过小孔，并能到达挡板后面的“阴影区”，小孔的尺寸减小时，水波到达“阴影区”的现象更加明显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就是波2波的衍射总是存在的，只有“明显”与“不明显”的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，偏离了直线方向因
7、此，波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况易错提醒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，但衍射波的能量很弱，也很难观察到波的衍射.典例1 (多选)如图是观察水面波衍射的实验装置，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关于波经过孔之后的传播情况，下列描述中正确的是()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，有可能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
8、更明显地观察到衍射现象思路点拨(1)波发生明显衍射的条件是什么？(2)波通过小孔后其传播速度是否发生了改变？解析 发生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多从题图中可看出孔AB的尺寸与波长相差不多，所以此时能明显地观察到波的衍射现象，A正确；因为穿过小孔后的波速不变，频率相同，所以波长也相同，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，C正确；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，就可能观察不到明显的衍射现象，D错误答案 ABC方法技巧要掌握波的衍射现象应从以下三个方面入手：(1)
9、掌握衍射现象的定义(2)掌握发生明显衍射现象的条件(3)记住常见的衍射现象，增加感性认识1(多选)下列说法中正确的是()A孔的尺寸比波长大得多时不会发生衍射现象B孔的尺寸比波长小才发生衍射现象C只有孔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D只有波才有衍射现象解析：波绕过障碍物的现象称为波的衍射现象，发生明显衍射的条件是孔或障碍物尺寸跟波长相差不多或者比波长更小孔径大并不是不发生衍射，只是更突出原波的传播，波面只有边缘有变化，换句话说，波的衍射现象不明显，所以A、B项错误，C项正确衍射现象是波的特有的现象，所以D项正确答案：CD2(多选)下图分别表示一列水波在传播过程中遇
10、到了小孔(A、B、C图)或障碍物(D图)，其中能发生明显衍射现象的有()解析：图B、C中小孔与波长相差不多，能发生明显衍射，图A、D中障碍物与波长相差太多，不能发生明显衍射答案：BC要点二 对干涉现象的理解探究导入 如图所示，与振动发生器相连的两个小球，在振动发生器的带动下上下振动，形成两个振动频率和振动步调相同的波源，在水面上形成两列步调、频率相同的波，两列波在水面上相遇时，能观察到什么现象？如果改变其中一个小球振动的快慢，还会形成这种现象吗？提示：在水面上出现一条条从两个波源中间伸展开的相对平静的区域和剧烈振动的区域改变其中一个小球振动的快慢，这种现象将消失1波的叠加是无条件的，任何频率的
11、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，必须是两列同类的波，并且波的频率相同、振动方向在同一直线上、相位差恒定如果两列波的频率不相等，在同一种介质中传播时其波长就不相等，这样不能形成稳定的振动加强点和减弱点因此我们就看不到稳定的干涉图样，只能是一般的振动叠加现象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发生干涉现象时，振动加强的点和振动减弱的点始终在以振源的频率振动，其叠加后的振幅不变，但其位移随时间发生变化5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
12、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易错提醒1发生干涉现象时，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，有的时刻位移也为零.2发生干涉现象时，振动减弱点的振动始终减弱，位移的大小始终等于两列波分别引起位移的大小之差，振幅为两列波振幅之差.如果两列波的振幅相同，则振动减弱点总是处于平衡位置.典例2(多选)如图表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇图中实线表示某时刻的波峰，虚线表示的是波谷，下列说法正确的是()Aa、c两点的振动加强，b、d两点的振动减弱Be、f两点的振动介于加强点和减弱点之
13、间C经适当的时间后，加强点和减弱点的位置互换D经半个周期后，原来位于波峰的点将位于波谷，原来位于波谷的点将位于波峰思路点拨 在波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇处，振动加强，在波峰与波谷相遇处，振动减弱随着波峰(波谷)的移动，相遇在不断改变因而，振动加强(减弱)的位置不是几个点，而是几条线解析 波的干涉示意图表示的是某一时刻两列相干波叠加的情况，形成干涉图样的所有质点都在不停地振动着，其位移的大小和方向都在不停地变化着但要注意，对稳定的干涉，振动加强和减弱的区域的空间位置是不变的此时a点是波谷和波谷相遇的点，c是波峰和波峰相遇的点，都是振动加强的点；而b、d两点都是波峰和波谷相遇的点，是振动减弱的
14、点，A项正确e位于加强点的连线上，为加强点，f位于减弱点的连线上，为减弱点，B项错误相干波叠加产生的干涉是稳定的，不会随时间变化，C项错误因形成干涉图样的质点不停地做周期性振动，经半个周期步调相反，D项正确答案 AD规律总结理解干涉现象的两点注意(1)振动加强(减弱)的位置不只是某几个位置，而是一条条线(干涉图样)(2)振动加强的质点的振动位移随时间做周期性变化，而不是一直处于波峰(或波谷)处3两波源S1、S2在水槽中形成的波形如图所示，其中实线表示波峰，虚线表示波谷，则()A在两波相遇的区域中会产生稳定干涉B在两波相遇的区域中不会产生稳定干涉Ca点的振动始终加强Da点的振动始终减弱解析：由图
15、可知，两列波的波长不相等，由vf，知f不相等，不满足波产生稳定干涉的条件，故B正确答案：B4(多选)如图所示，实线和虚线分别表示振幅、频率均相同的两列波的波峰和波谷此刻，M是波峰与波峰相遇点，下列说法中正确的是()A该时刻质点O正处在平衡位置BP、N两点始终处于平衡位置CM点经过四分之一周期变为减弱点D从该时刻起，经过四分之一周期，质点M到达平衡位置解析：由题图可知，O、M为振动加强点，此时O点处于波谷，M点处于波峰，M点是峰、峰相遇，M点为加强点，则始终为加强点，A、C错误；N、P两点为减弱点，又因为两列波的振幅相同，因此N、P两点的振幅为零，即两点始终处于平衡位置，B正确；从该时刻经四分之
16、一周期，两列波分别引起的振动都使M点位于平衡位置，故M点位于平衡位置，D正确答案：BD1条件判断法振动频率相同、振动步调完全相同的两波源产生的波叠加时，设某点到两波源的距离差为r.(1)当rk(k0,1,2，)时为加强点(2)当r(2k1)2(k0,1,2，)时为减弱点若两波源振动步调相反，则上述结论相反科学思维判断振动加强和减弱的常用方法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波源S1和
17、S2振动方向相同，频率均为4 Hz，分别置于均匀介质中x轴上的O、A两点处，OA2 m，如图所示两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播，波速为4 m/s.已知两波源振动的初始相位相同求：(1)简谐横波的波长；(2)O、A间合振动振幅最小的点的位置解析：(1)设波长为，频率为f，则vf，代入已知数据，得1 m.(2)以O为坐标原点，设P为OA间的任意一点，其坐标为x，则两波源到P点的波程差为s|x(2x)|,0 x2.其中x、s以m为单位合振动振幅最小的点的位置满足sk12，k为整数解得：x0.25 m、0.75 m、1.25 m、1.75 m.答案：(1)1 m(2)O、A间离O点的距离为0.25
18、 m、0.75 m、1.25 m、1.75 m的点为合振动振幅最小的点1(多选)下列现象属于波的衍射现象的是()A“隔墙有耳”B“空山不见人，但闻人语响”C“余音绕梁，三日不绝”D夏日雷声轰鸣不绝解析：“余音绕梁，三日不绝”和夏日雷声轰鸣不绝主要是声音的反射现象引起的，而“隔墙有耳”和“空山不见人，但闻人语响”均属于波的衍射现象答案：AB2关于波的干涉和衍射，下列说法中正确的是()A只有横波才能产生干涉，纵波不能产生干涉B不管是横波还是纵波，只要叠加的两列波的频率相等，振动情况相同，相位差恒定就能产生稳定的干涉C波长很小的波可以产生衍射，不能产生干涉D两列波相叠加发生了稳定的干涉现象，那么这两
19、列波的频率不一定相同解析：干涉是波的特有现象，只要满足两列波的频率相等，振动情况相同，相位差恒定就能产生稳定的干涉，选项A错误，B正确干涉和衍射是波特有的现象，选项C错误两列波发生稳定的干涉现象，则两列波的频率相同且相位差恒定，选项D错误答案：B3利用发波水槽得到的水面波形如图a、b所示，则()A图a、b均显示了波的干涉现象B图a、b均显示了波的衍射现象C图a显示了波的干涉现象，图b显示了波的衍射现象D图a显示了波的衍射现象，图b显示了波的干涉现象解析：由波的干涉和衍射概念知，图a是一列波的传播，显示了波的衍射现象，图b是两列波的传播，显示了波的干涉现象答案：D4(多选)如图所示表示两列同频率
20、相干水波在t0时刻的叠加情况，图中实线表示波峰，虚线表示波谷，已知两列波的振幅均为2 cm，波速为2 m/s，波长为0.4 m，E点是B、D连线和A、C连线的交点，下列说法正确的是()AA、C两点是振动减弱点BE点是振动加强点CB、D两点在该时刻的竖直高度差为4 cmDt0.05 s，E点离开平衡位置2 cm解析：A点和C点为波峰和波谷相遇点，为减弱点，选项A正确E点为平衡位置与平衡位置相遇点且振动方向一致，所以为振动加强点，选项B正确D点为波峰与波峰相遇点，B点为波谷与波谷相遇点，为振动加强点，振幅为4 cm，所以此时刻竖直高度差为8 cm，选项C错误两列波的周期Tv0.2 s，所以t0.0
21、5 s时，即经过了四分之一周期，E点离平衡位置的位移大小为4 cm，选项D错误答案：AB5(多选)如图所示，S1、S2是振动情况完全相同的两个机械波波源，a、b、c三点位于S1、S2连线的中垂线上，且abbc.某时刻a是两列波波峰的相遇点，c是两列波波谷的相遇点，则()Aa处质点始终处于波峰Bc处质点始终处于波谷Cb处质点为振动加强点Dc处质点为振动加强点解析：由于a是两列波波峰的相遇点，c是两列波波谷的相遇点，所以a点和c点均为振动加强点但是，只要a、c点有振动，位移就有变化，不能说a、c点始终在波峰或波谷，A、B错误；S1、S2传到b点的振动同步，所以b点也是振动加强点，实际上在S1、S2连线的中垂线上的任何点都是振动加强点，C、D正确答案：CD04课后 达标检测