高中物理 第2章 機(jī)械波 第3節(jié) 波的干涉和衍射教案 魯科版選修34

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1、 第3節(jié) 波的干涉和衍射 課堂互動(dòng) 三點(diǎn)剖析 一、波的疊加原理和干涉現(xiàn)象 波的疊加：幾列波在相遇時(shí)能夠保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)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)引起位移的矢量和. 兩列波要產(chǎn)生干涉，頻率相同是首要條件.振動(dòng)加強(qiáng)或振動(dòng)減弱的判斷有以下兩種判斷法： 1.條件判斷法 振動(dòng)情況完全相同的兩波源產(chǎn)生的波疊加時(shí)，加強(qiáng)、減弱條件如下：設(shè)點(diǎn)到兩波源的距離差為Δr，那么當(dāng)Δr=2k·λ/2時(shí)為加強(qiáng)點(diǎn)；當(dāng)Δr=（2k+1）·λ/2時(shí)為減弱點(diǎn)（k=0，1，2，…）.若兩波源振動(dòng)步調(diào)

2、相反，則上述結(jié)論相反. 2.現(xiàn)象判斷法 若某點(diǎn)總是波峰與波峰（或波谷與波谷）相遇，該點(diǎn)為加強(qiáng)點(diǎn).若總是波峰與波谷相遇，則為減弱點(diǎn). 【例1】如圖2-3-1所示，沿一條直線相向傳播的兩列波的振幅和波長均相等，當(dāng)它們相遇時(shí)可能出現(xiàn)的波形是圖2-3-2所示的（ ） 圖2-3-2 解析：當(dāng)兩列波的前半個(gè)波形（或后半個(gè)波形）相遇時(shí)，根據(jù)波的疊加原理，在前半個(gè)波形（或后半個(gè)波形）重疊的區(qū)域內(nèi)所有的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的合位移為零，而兩列波的后半個(gè)波形（或前半個(gè)波形）保持不變，B正確.當(dāng)兩列波完全相遇時(shí)（即重疊在一起），由波的疊加原理可知，所有質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移均等于每列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位

3、移的矢量和，使得所有的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移加倍.C正確. 答案：BC 二、波的衍射 1.衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都會(huì)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，當(dāng)波碰到障礙物時(shí)，衍射現(xiàn)象總是存在的，只是有的明顯有的不明顯而已.平常見到的某些波，用肉眼直接觀察，幾乎看不到衍射現(xiàn)象，并不是沒發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是不太明顯，這是由于障礙物太大的緣故.實(shí)驗(yàn)事實(shí)表明，對同一列波而言，障礙物或孔的尺寸越小衍射越明顯. 2.發(fā)生明顯衍射的條件 障礙物或孔的尺寸比波長小，或跟波長差不多. （1）障礙物或孔的尺寸大小，并不是決定衍射能否發(fā)生的條件，僅是衍射現(xiàn)象是否明顯的條件.一般情況下，波長較大的波容易產(chǎn)生顯著的衍射現(xiàn)象. （

4、2）波傳到小孔（或障礙物）時(shí)，小孔（或障礙物）仿佛一個(gè)新的波源，由它發(fā)出與原來同頻率的波（稱為子波）在孔后傳播，于是，就出現(xiàn)了偏離直線傳播的衍射現(xiàn)象. （3）當(dāng)孔的尺寸遠(yuǎn)小于波長時(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. 【例2】下列關(guān)于波的衍射的說法正確的是（ ） A.衍射是一切波特有的現(xiàn)象 B.對同一列波，縫、孔或障礙物越小衍射現(xiàn)象越明顯 C.只有橫波才能發(fā)生衍射現(xiàn)象，縱波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象 D.聲波容易發(fā)生衍射現(xiàn)象是由于聲波波長較大 解析：衍射是一切波特有的現(xiàn)象，所以選項(xiàng)A對C錯(cuò).發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象是有條件的，只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長

5、差不多或比波長更小時(shí)，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象，所以選項(xiàng)B是正確的.聲波的波長在1.7 cm到17 m之間，一般常見的障礙物或孔的大小可與之相比，正是由于聲波波長較大，聲波容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，所以選項(xiàng)D也是正確的. 答案：ABD 各個(gè)擊破 類題演練1 關(guān)于波的疊加和干涉，下列說法中正確的是（ ） A.兩列頻率不相同的波相遇時(shí)，因?yàn)闆]有穩(wěn)定的干涉圖樣，所以波沒有疊加 B.兩列頻率相同的波相遇時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)只是波峰與波峰相遇的點(diǎn) C.兩列頻率相同的波相遇時(shí)，如果介質(zhì)中的某點(diǎn)振動(dòng)是加強(qiáng)的，某時(shí)刻該質(zhì)點(diǎn)的位移s可能是零 D.兩列頻率相同的波相遇時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)的位移總是比振動(dòng)減

6、弱的質(zhì)點(diǎn)的位移大 解析：根據(jù)波的疊加原理，只要兩列波相遇就會(huì)疊加，所以A錯(cuò).兩列頻率相同的波相遇時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)是波峰與波峰、波谷與波谷相遇，所以B錯(cuò).振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)僅是振幅加大，但仍在平衡位置附近振動(dòng)，也一定有位移為零的時(shí)刻，所以選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 答案：C 變式提升1 在同一介質(zhì)中兩列頻率相同、振動(dòng)步調(diào)一致的橫波互相疊加，則（ ） A.波峰與波谷疊加的點(diǎn)振動(dòng)一定是減弱的 B.振動(dòng)最強(qiáng)的點(diǎn)經(jīng)過T后恰好回到平衡位置，因而該點(diǎn)的振動(dòng)是先加強(qiáng)，后減弱 C.振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)相間隔分布，且加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)不隨時(shí)間變化 D.加強(qiáng)區(qū)的質(zhì)點(diǎn)某時(shí)刻位移可能是零 解析：振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)僅

7、是振幅加大，但仍在平衡位置附近振動(dòng)，位移是變化的，所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤. 答案：ACD 類題演練2 如圖2-3-3是觀察水面波衍射的實(shí)驗(yàn)裝置，AC和BD是兩塊擋板，AB是一個(gè)孔，O是波源，圖中已畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況，每兩條相鄰波紋（圖中曲線）之間距離表示一個(gè)波長，則波經(jīng)過孔之后的傳播情況，下列描述中正確的是（ ） 圖2-3-3 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 解析：根據(jù)能有明顯衍射現(xiàn)象的條件：障礙物或孔的尺寸比波長小或差

8、不多.從圖中可看出孔AB的尺寸小于一個(gè)波長，所以此時(shí)能明顯地觀察到波的衍射現(xiàn)象，A正確. 因?yàn)榇┻^擋板小孔后的波速不變，頻率相同，所以波長也相同，B正確. 若將孔AB擴(kuò)大，將可能不滿足明顯衍射現(xiàn)象的條件，就有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象，C正確. 若將波源頻率增大，由于波速不變，所以波長變小，將可能不滿足明顯衍射現(xiàn)象的條件，也有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象，D錯(cuò)誤. 答案：ABC 變式提升2 在做水波通過小孔衍射的演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，激發(fā)水波的振動(dòng)頻率為5 Hz，水波在水槽中傳播速度為0.05 m/s，為使實(shí)驗(yàn)效果明顯，使用小孔直徑d不能超過_______________m. 解析：水波波長λ==0.01 m.由發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件可知，小孔直徑d不能超過λ. 答案：0.01h 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375