2018-2019學(xué)年高中物理 第十二章 機(jī)械波 第4節(jié) 波的衍射和干涉課件 新人教版選修3-4.ppt

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4波的衍射和干涉,讀一讀,辨一辨,一、波的衍射閱讀教材第33頁(yè),知道波的衍射的定義及發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件。1.什么是波的衍射?答案：波可以繞過(guò)障礙物繼續(xù)傳播,這種現(xiàn)象叫作波的衍射。2.能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是什么?答案：只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長(zhǎng)相差不多,或者比波長(zhǎng)更小時(shí),才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。,讀一讀,辨一辨,二、波的疊加與波的干涉閱讀教材第33~35頁(yè),了解波的疊加原理、波的干涉現(xiàn)象、產(chǎn)生干涉的條件。1.什么是波的疊加原理?答案：幾列波相遇時(shí)能夠保持各自的運(yùn)動(dòng)特征,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)引起的位移的矢量和。2.什么是波的干涉?答案：頻率相同的兩列波疊加時(shí),某些區(qū)域的振幅加大、某些區(qū)域的振幅減小,這種現(xiàn)象叫作波的干涉。3.能發(fā)生明顯干涉現(xiàn)象的條件是什么?答案：(1)兩列波的頻率必須相同。(2)兩個(gè)波源的相位差必須保持不變。,讀一讀,辨一辨,1.思考辨析。(1)“聞其聲而不見其人”說(shuō)明聲波能發(fā)生衍射,而光卻不能發(fā)生衍射。()解析：光是一種電磁波,與聲波一樣都能發(fā)生衍射現(xiàn)象,只是光的波長(zhǎng)太小,衍射現(xiàn)象很不明顯。答案：(2)將一個(gè)音叉敲響,人圍繞它走一周,將聽到忽強(qiáng)忽弱的聲音。()解析：這是聲波的干涉現(xiàn)象。干涉現(xiàn)象是振動(dòng)加強(qiáng)與振動(dòng)減弱的區(qū)域互相間隔且分布穩(wěn)定的現(xiàn)象。答案：√,讀一讀,辨一辨,(3)兩列波疊加時(shí),質(zhì)點(diǎn)的總位移一定變大。()解析：總位移是兩個(gè)位移的矢量和,所以疊加區(qū)域的質(zhì)點(diǎn)的位移可能增大,也可能減小。答案：2.探究討論。(1)教材波的衍射的演示中圖12.4-1中甲、乙哪個(gè)圖象衍射現(xiàn)象更明顯?答案：乙圖象衍射現(xiàn)象更明顯。(2)醫(yī)院中探測(cè)儀器“B超”為什么用超聲波而不用普通聲波?答案：超聲波的波長(zhǎng)短,不易發(fā)生衍射,故波能反射回來(lái)并被接收。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,對(duì)波的衍射現(xiàn)象的理解在浙江歌舞劇院建院50周年的紀(jì)念活動(dòng)中,評(píng)委隔著布?；蛳渥幼龀傻母魯鄡A聽選手們的演奏。評(píng)委為什么可以隔著隔斷聽到優(yōu)美的樂(lè)聲呢?要點(diǎn)提示：這是聲波的衍射現(xiàn)象。聲波在傳播過(guò)程中遇到障礙物時(shí),可以繞過(guò)障礙物繼續(xù)傳播。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,1.衍射是波特有的現(xiàn)象(1)一切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象,只是有的明顯,有的不明顯。(2)波的直線傳播只是在衍射不明顯時(shí)的近似。(3)波長(zhǎng)較長(zhǎng)的波容易產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象。2.關(guān)于衍射的條件應(yīng)該說(shuō)衍射是沒(méi)有條件的,衍射是波特有的現(xiàn)象,一切波都可以發(fā)生衍射。衍射只有“明顯”與“不明顯”之分,障礙物或小孔的尺寸跟波長(zhǎng)差不多,或比波長(zhǎng)小是產(chǎn)生明顯衍射的條件。3.波的衍射實(shí)質(zhì)分析波傳到小孔(障礙物)時(shí),小孔(障礙物)仿佛是一個(gè)新波源,由它發(fā)出的與原來(lái)同頻率的波在小孔(障礙物)后傳播,就偏離了直線方向。波的直線傳播只是在衍射不明顯時(shí)的近似情況。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,4.衍射現(xiàn)象與觀察的矛盾當(dāng)孔的尺寸遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)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。衍射現(xiàn)象總是存在的,只是有明顯和不明顯的差異。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,【例題1】觀察水面波衍射的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,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?jī)蓷l相鄰波紋(圖中曲線)之間距離表示一個(gè)波長(zhǎng),則波經(jīng)過(guò)孔之后的傳播情況,下列描述正確的是()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,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,解析：從題圖中可看出孔AB的尺寸小于一個(gè)波長(zhǎng),所以此時(shí)能明顯地觀察到波的衍射現(xiàn)象,選項(xiàng)A正確;因?yàn)榇┻^(guò)擋板小孔后的波速不變,頻率相同,所以波長(zhǎng)也相同,選項(xiàng)B正確;若將孔AB擴(kuò)大,將可能不滿足發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件,就有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象,選項(xiàng)C正確;若將波源頻率增大,由于波速不變,所以波長(zhǎng)變小,將可能不滿足發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件,就有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案：ABC歸納總結(jié)對(duì)波的衍射條件的理解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)象能否明顯表現(xiàn)的條件。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,變式訓(xùn)練1如圖所示,正中O是水面上一波源,實(shí)、虛線分別表示該時(shí)刻相鄰的波峰、波谷,A是擋板,B是小孔,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間,水面上的波形將分布于()A.整個(gè)區(qū)域B.陰影Ⅰ以外區(qū)域C.陰影Ⅱ以外區(qū)域D.陰影Ⅲ以外區(qū)域,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,解析：由題圖中可直觀看出,半波長(zhǎng)為實(shí)虛兩圓半徑之差,且可看出擋板A的尺寸比波長(zhǎng)大得多,而小孔B與波長(zhǎng)長(zhǎng)度差不多。據(jù)波發(fā)生明顯衍射的條件知,該波在擋板A處的衍射現(xiàn)象很不明顯,即可認(rèn)為波沿直線傳播,故Ⅰ區(qū)內(nèi)水面無(wú)波形,故選項(xiàng)A、C、D不正確;該波的波長(zhǎng)與小孔B差不多,能夠發(fā)生明顯的衍射,故在陰影區(qū)Ⅱ、Ⅲ之內(nèi)明顯存在衍射波的波形,故選項(xiàng)B正確。答案：B,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,對(duì)波的疊加、波的干涉現(xiàn)象的理解如圖所示,操場(chǎng)中兩根豎直桿上各有一個(gè)揚(yáng)聲器,接在同一擴(kuò)音機(jī)上,一位同學(xué)沿著AB方向走來(lái),他聽到的聲音會(huì)有什么變化?為什么?要點(diǎn)提示：聲音忽強(qiáng)忽弱,因?yàn)槁暡òl(fā)生了干涉現(xiàn)象。,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,1.波的獨(dú)立傳播:幾列波相遇時(shí)能夠保持各自的運(yùn)動(dòng)特征,繼續(xù)傳播,即各自的波長(zhǎng)、頻率等保持不變。2.關(guān)于干涉的條件:波的疊加是無(wú)條件的,任何頻率的兩列波在空間相遇都會(huì)疊加。但穩(wěn)定干涉圖樣的產(chǎn)生是有條件的,必須是兩列波的頻率相同、相位差恒定。如果兩列波的頻率不相等,在相遇的區(qū)域里不同時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)疊加的結(jié)果都不相同,看不到穩(wěn)定干涉圖樣。3.關(guān)于加強(qiáng)點(diǎn)(區(qū))和減弱點(diǎn)(區(qū)):(1)加強(qiáng)點(diǎn):在某些點(diǎn)兩列波引起的振動(dòng)始終加強(qiáng),質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)最劇烈,振動(dòng)的振幅等于兩列波的振幅之和,即A=A1+A2。(2)減弱點(diǎn):在某些點(diǎn)兩列波引起的振動(dòng)始終相互削弱,質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅等于兩列波的振幅之差,即A=|A1-A2|。若兩列波振幅相同,質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的合振幅就等于零,并不振動(dòng),水面保持平靜。,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,4.干涉圖樣及其特征:(1)干涉圖樣:如圖所示。,(2)特征:①加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變;②加強(qiáng)區(qū)始終加強(qiáng),減弱區(qū)始終減弱(加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)不隨時(shí)間變化);③加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)互相間隔。若兩波源振動(dòng)步調(diào)相同,某點(diǎn)到兩波源的距離差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)振動(dòng)減弱,為半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍時(shí)振動(dòng)加強(qiáng)。,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,【例題2】導(dǎo)學(xué)號(hào)73884067波源S1和S2的振動(dòng)方向相同,頻率均為4Hz,分別置于均勻介質(zhì)中x軸上的O、A兩點(diǎn)處,OA=2m,如圖所示。兩波源產(chǎn)生的簡(jiǎn)諧橫波沿x軸相向傳播,波速為4m/s。已知兩波源振動(dòng)的初始相位相同。求:(1)簡(jiǎn)諧橫波的波長(zhǎng)。(2)O、A間合振動(dòng)振幅最小的點(diǎn)的位置?！舅伎紗?wèn)題】到波源距離是多少的點(diǎn)振動(dòng)是減弱的?提示：到S1和S2路程差是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍的點(diǎn),振動(dòng)是減弱的。,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,解析：(1)設(shè)簡(jiǎn)諧橫波波長(zhǎng)為λ,頻率為f,則v=λf,代入已知數(shù)據(jù),得λ=1m。(2)以O(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn),設(shè)P為OA間的任意一點(diǎn),其坐標(biāo)為x,則兩波源到P點(diǎn)的波程差Δl=x-(2-x),0≤x≤2,其中x、Δl以m為單位。,答案：(1)1m(2)x=0.25m,0.75m,1.25m,1.75m,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,變式訓(xùn)練2下圖表示兩個(gè)相干波源S1、S2產(chǎn)生的波在同一種均勻介質(zhì)中相遇。圖中實(shí)線表示某時(shí)刻的波峰,虛線表示的是波谷,下列說(shuō)法正確的是()A.a、c兩點(diǎn)的振動(dòng)加強(qiáng),b、d兩點(diǎn)的振動(dòng)減弱B.e、f兩點(diǎn)的振動(dòng)介于加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)之間C.經(jīng)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后,加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的位置互換D.經(jīng)半個(gè)周期后,原來(lái)位于波峰的點(diǎn)將位于波谷,原來(lái)位于波谷的點(diǎn)將位于波峰,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,解析：波的干涉示意圖所示的僅是某一時(shí)刻兩列相干波疊加的情況。形成干涉圖樣的所有介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)都在不停地振動(dòng)著,其位移的大小和方向都在不停地變化著。但要注意,對(duì)于穩(wěn)定的干涉圖樣,振動(dòng)加強(qiáng)和減弱的區(qū)域的空間位置是不變的。a點(diǎn)是波谷和波谷相遇的點(diǎn),c點(diǎn)是波峰和波峰相遇的點(diǎn),都是振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn);而b、d兩點(diǎn)都是波峰和波谷相遇的點(diǎn),是振動(dòng)減弱的點(diǎn),故選項(xiàng)A正確;e點(diǎn)位于加強(qiáng)點(diǎn)的連線上,為加強(qiáng)點(diǎn),f點(diǎn)位于減弱點(diǎn)的連線上,為減弱點(diǎn),故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;相干波源疊加產(chǎn)生的干涉是穩(wěn)定的,不會(huì)隨時(shí)間變化,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;因形成干涉圖樣的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)也是不停地做周期性振動(dòng),經(jīng)半個(gè)周期步調(diào)相反,故選項(xiàng)D正確。答案：AD,1234,,,,,1.(考查產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件)以下關(guān)于波的衍射的說(shuō)法正確的是()A.波遇到障礙物時(shí),一定會(huì)發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象B.當(dāng)障礙物的尺寸比波長(zhǎng)大得多時(shí),衍射現(xiàn)象很明顯C.當(dāng)孔的大小比波長(zhǎng)小時(shí),衍射現(xiàn)象很明顯D.只有當(dāng)障礙物的尺寸與波長(zhǎng)相差不多時(shí),才會(huì)發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象解析：凡是波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象,不過(guò)有時(shí)衍射現(xiàn)象明顯,有時(shí)衍射現(xiàn)象不明顯。只有當(dāng)縫、孔或障礙物的尺寸跟波長(zhǎng)相差不多或比波長(zhǎng)更小時(shí),才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。答案：C,1234,,,,,2.(考查波的干涉現(xiàn)象)下列現(xiàn)象屬于波的干涉現(xiàn)象的是()A.面對(duì)障礙物大喊一聲,過(guò)一會(huì)聽見自己的聲音B.將一個(gè)音叉敲響,人圍繞它走一周,將聽到忽強(qiáng)忽弱的聲音C.在障礙物的后面可以聽到前面的人說(shuō)話的聲音D.一人敲一下長(zhǎng)鋼管的一端,另一人緊貼長(zhǎng)鋼管的另一端,先后聽到兩次聲音答案：B,1234,,,,,3.導(dǎo)學(xué)號(hào)73884068(考查波的干涉特征)兩列波相疊加產(chǎn)生了穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象,得到了干涉圖樣,以下關(guān)于干涉的說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.兩列波的頻率一定相等B.振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)與振動(dòng)減弱區(qū)總是相互間隔的C.振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)與振動(dòng)減弱區(qū)交替變化D.振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)在空間的位置一直不變解析：發(fā)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象時(shí),振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域是穩(wěn)定的,加強(qiáng)的區(qū)域總是加強(qiáng),減弱的區(qū)域總是減弱,故選項(xiàng)C說(shuō)法錯(cuò)誤。答案：C,1234,,,,,4.(考查干涉圖樣)兩個(gè)相干波源發(fā)出的兩列波分別用不同的同心圓表示,其波峰用實(shí)線表示,波谷用虛線表示。某一時(shí)刻兩列波在空間傳播的情況如圖所示,在兩列波相遇的空間中有M、N、Q、K四點(diǎn),則振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)是,振動(dòng)減弱的點(diǎn)是。解析：當(dāng)波峰和波峰疊加或波谷和波谷疊加時(shí),振動(dòng)加強(qiáng)。當(dāng)波峰和波谷疊加時(shí),振動(dòng)減弱。在圖中M點(diǎn)為波峰和波峰疊加,振動(dòng)加強(qiáng);N、Q點(diǎn)為波谷和波谷疊加,振動(dòng)加強(qiáng);K點(diǎn)是波峰和波谷疊加,振動(dòng)減弱。答案：M、N、QK,