1、波的干涉、衍射学习目标定位1.知道波的叠加原理，知道波的干涉现象实质上是波的一种特殊的叠加现象.2.知道波的干涉图样的特点，理解形成稳定干涉图样的条件，掌握振动加强点、减弱点的振动情况.3.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.4.了解多普勒效应，能运用多普勒效应解释一些物理现象1振幅：各质点离开平衡位置的最大距离2波峰和波谷：在横波中，凸起的最高处叫做波峰，凹下的最低处叫做波谷一、波的叠加原理在几列波传播的重叠区域内，质点要同时参与由几列波引起的振动，质点的总位移等于各列波单独存在时在该处引起的振动位移的矢量和二、波的干涉现象1定义：频率相同的两列波叠加，使介质中某些区域的质
2、点振动始终加强，另一些区域的质点振动始终减弱，并且这两种区域互相间隔、位置保持不变，这种稳定的叠加现象(图样)叫做波的干涉2条件：两列波的频率相同三、波的衍射现象1定义：波能够绕到障碍物的后面传播的现象，叫做波的衍射2波发生明显衍射现象的条件：当缝的宽度或障碍物的尺寸大小与波长相差不多或比波长小时，就能看到明显的衍射现象四、多普勒效应当观测者与波源之间有相对运动时，观测者测得的频率与波源频率不同一、波的叠加原理问题设计你知道“风声、雨声、读书声、声声入耳”反映了波的什么性质吗？答案声波在相互交错、叠加之后互不影响仍能保持原来的性质向前传播，这种现象体现了波传播具有独立性要点提炼1波的独立传播特
3、性介质中几列波相遇后，仍将保持着它们各自原有的特征(频率、振幅、振动方向、传播方向等)继续传播，并不因为有其他波的存在而发生变化2波的叠加原理在几列波传播的重叠区域内，质点要同时参与由几列波引起的振动，质点的总位移等于各列波单独存在时在该处引起的振动位移的矢量和二、波的干涉现象问题设计如图1所示，操场中两根竖直杆上各有一个扬声器，接在同一扩音机上，一位同学沿着MN方向走来，他听到的声音会有什么变化？为什么？图1答案声音忽强忽弱，因为声波发生了干涉现象要点提炼1干涉的条件：两列波的频率相同，振动方向在同一直线上，相位差恒定2加强点(区)和减弱点(区)(1)加强点：质点振动的振幅等于两列波的振幅之
4、和，AA1A2.(2)减弱点：质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，A|A1A2|，若两列波振幅相同，质点振动的合振幅就等于零(3)判断加强点和减弱点的方法条件判断法振动频率相同、振动情况相同的两列波叠加时某点到两列波的路程差为s|s2s1|k时为振动加强点；当s(2k1)(k0,1,2，)时为振动减弱点若两波源振动步调相反，则上述结论相反现象判断法若某点总是波峰与波峰或波谷与波谷叠加，该点为加强点；若总是波峰与波谷叠加，则为减弱点3干涉图样及其特征(1)干涉图样：如图2所示图2(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
5、隔三、波的衍射现象问题设计大家都熟悉“闻其声不见其人”的物理现象，你能说出是什么原因吗？答案声波在传播过程中遇到障碍物时，可以绕过障碍物，不沿直线传播；光沿直线传播，不能绕过障碍物，这样就发生了“闻其声不见其人”的现象要点提炼1产生明显衍射现象的条件：缝的宽度或障碍物的尺寸大小与波长相差不多或比波长小2理解(1)衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射(2)波的衍射总是存在的，只有“明显”与“不明显”的差异，不会出现“不发生衍射现象”的说法(3)波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)仿佛是一个新波源，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
6、显时的近似情况一、波的叠加例1如图3所示，沿一条直线相向传播的两列波的振幅和波长均相等，当它们相遇时可能出现的波形是下列选项中的()图3解析该题考查波的叠加原理两列波的半个波形相遇时，B正确当两列波完全相遇时(即重叠在一起)，由波的叠加原理可知，所有质点振动的位移均等于每列波单独传播时引起的位移的矢量和，使得所有质点的振动的位移加倍，C正确答案BC二、波的干涉例2如图4所示，S是水面波的波源，x、y是挡板，S1、S2是两个狭缝(SS1SS2，狭缝的尺寸比波长小得多)，试回答以下问题：图4(1)若闭上S1，只打开S2，会看到什么现象？(2)若S1、S2都打开，会发生什么现象？(3)若实线和虚线分
7、别表示波峰和波谷，那么在A、B、C、D四点中，哪些点是振动加强点，哪些点是振动减弱点？(4)若两列波单独传播时的振幅相等，都为A，现两列波同时传播关于加强点的理解，小明认为：由于加强点始终加强，故加强点的位移始终是2A.他的说法对吗？为什么？解析(1)只打开S2时，波源S产生的波传播到狭缝S2时，由于狭缝的尺寸比波长小，于是水面波在狭缝S2处发生衍射现象，水面波以狭缝S2处为波源向挡板另一侧传播开来(2)由于SS1SS2，所以从波源发出的水波传播到S1、S2处时它们的振动情况完全相同，当S1、S2都打开时产生相干波，它们在空间相遇时产生干涉现象，一些地方振动加强，一些地方振动减弱，加强区与减弱
8、区相互隔开，发生明显的干涉现象(3)质点D是波峰与波峰相遇处，是振动加强点；质点B是波谷与波谷相遇处，也是振动加强点，质点A、C是波峰与波谷相遇的地方，这两点是振动减弱点(4)不对加强点的最大位移，即振幅是2A，但加强点也是做简谐运动的若某时刻加强点处于波峰，经过，位移为0(处于平衡位置)，经过，处于波谷答案(1)水面波以狭缝S2处为波源向挡板另一侧传播开来(2)发生明显的干涉现象(3)B、DA、C(4)见解析三、波的衍射例3如图5所示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)之间的距离表示一个波长，则关
9、于波经过孔之后的传播情况，下列描述中正确的是()图5A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，能更明显地观察到衍射现象解析本题主要考查发生明显衍射现象的条件观察图可知道孔的尺寸与波长差不多，能明显观察到波的衍射现象，故选项A对；因波的传播速度不变，频率不变，故波长不变，即挡板前后波纹间距应相等，故选项B对；若f增大，由，知变小，衍射现象变得不明显了，故选项D错；若将孔AB扩大，且孔的尺寸远大于波长，则可能观察不到明显的衍射现象，故选项C对答案ABC四、多普勒效应例4如图6所示产生机械波的波源O做匀速
10、运动的情况，图中的圆表示波峰(1)该图表示的是()图6A干涉现象B衍射现象C反射现象D多普勒效应(2)波源正在向哪处移动()AA BBCC DD(3)观察到波的频率最低的位置是()AA BBCC DD解析题图表示的是多普勒效应，波源的左边波长较小，说明波源正向左运动，因此A处的观察者接受到的频率偏高，B处的观察者接受到的频率最低答案(1)D(2)A(3)B1(波的衍射)下列关于波的衍射的说法正确的是()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是由于声波波长较长答案ABD解析衍射是一切波特有的现
11、象，所以选项A正确，C错误；发生明显的衍射现象是有条件的，只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长小时，才能观察到明显的衍射现象，所以选项B正确；声波的波长在1.7 cm到17 m之间，一般常见的障碍物或孔的大小可与之相比，正是由于声波波长较长，因此声波容易发生衍射现象，所以选项D正确2(波的干涉)图7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，虚线表示的是该时刻的波谷，下列说法正确的是()图7Aa、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
12、的点将位于波谷，原来位于波谷的点将位于波峰答案AD解析波的干涉示意图所示的仅是某一时刻两列相干波叠加的情况，形成干涉图样的所有介质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，对于稳定的干涉，振动加强和减弱的区域的空间位置是不变的a点是波谷和波谷相遇的点，c点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，是振动减弱的点，A正确e位于加强点的连线上，仍为加强点，f位于减弱点的连线上，仍为减弱点，B错误相干波源叠加产生的干涉是稳定的，不会随时间变化，C错误因形成干涉图样的介质质点不停地做周期性振动，经半个周期步调相反，D正确3(波的干涉和衍射)利用
13、发波水槽得到的水面波形如图8a、b所示，则()图8A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答案D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4(多普勒效应)关于多普勒效应，以下说法中正确的是()A发生多普勒效应时，波源的频率发生了变化B发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化C多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的D只有声波才能产生多普勒效应答案BC解析由于波源的频率只与波源本身在单位时间内完成的全振动的次数有关，而与波源是否运动或观察者是否运动均无关系，故A选项不正确；当发生多普勒效应时，由于观察者与波源的相对位置发生了变化，当距离增大时，观察者在单位时间内接收到完全波的个数减少，反之，接收到完全波的个数就增加，可见观察者接收到的频率与波源发出的频率并不一定是相等的，只有当波源与观察者相对静止时二者才是相等的，故B、C选项都是正确的；一切波都能发生多普勒效应，故D选项不正确
