高中物理 2.4 波的干涉與衍射課件 粵教版選修3-4.ppt

目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,一、波的干涉 1.波的疊加原理 (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)狀態(tài)繼續(xù)傳播下去。 (2)波的疊加:在幾列波重疊的區(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.波的干涉 (1)在兩列頻率相同的波相遇的區(qū)域,某些區(qū)域的振動(dòng)始終加強(qiáng)、某些區(qū)域的振動(dòng)始終減弱的現(xiàn)象。形成的圖樣常常叫做干涉圖樣。 (2)產(chǎn)生干涉的兩個(gè)必要條件:兩列波的頻率必須相同和兩個(gè)波源的相位差保持不變。 (3)一切波都能發(fā)生干涉,干涉是波特有的現(xiàn)象。,,,,,,,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,旋轉(zhuǎn)一只敲響的音叉,會(huì)聽到聲音時(shí)大時(shí)小,說明產(chǎn)生了干涉,但兩個(gè)人一起說話,旁邊走動(dòng)的人為什么聽不到聲音忽大忽小? 提示 音叉的兩個(gè)臂完全相同,產(chǎn)生同頻率的聲波,能相互干涉,而兩個(gè)人講話的頻率不可能相同且不斷變化,所以不能干涉。,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,二、波的衍射 1.定義 波繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。 2.發(fā)生明顯衍射的條件 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。 3.一切波都能發(fā)生衍射,衍射是波特有的現(xiàn)象?！奥勂渎暥灰娖淙恕笔锹暡ǖ难苌洮F(xiàn)象。 在日常生活中我們常遇到“不見其人,先聞其聲”的現(xiàn)象,為什么看不到人卻能聽到他發(fā)出的聲音呢? 提示 聲波的波長(zhǎng)比較長(zhǎng),容易衍射,而光波波長(zhǎng)短,不容易衍射,所以會(huì)有“不見其人,先聞其聲”的現(xiàn)象。,,,,,,,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一、波的疊加與波的干涉現(xiàn)象 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,必須是兩列同類的波,并且波的頻率相同、振動(dòng)方向在同一直線上、相位差恒定。如果兩列波的頻率不相等,在同一種介質(zhì)中傳播時(shí)其波長(zhǎng)就不相等,這樣不能形成穩(wěn)定的振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)。因此我們就看不到穩(wěn)定的干涉圖樣,只能是一般的振動(dòng)疊加現(xiàn)象。,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,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,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,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,水面保持平靜。,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,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。,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,【例1】 (多選)如圖所示為兩個(gè)相干波源S1、S2產(chǎn)生的波在同一種均勻介質(zhì)中相遇時(shí)產(chǎn)生的干涉圖樣。圖中實(shí)線表示某時(shí)刻的波峰,虛線表示波谷。下列說法正確的是( ) (導(dǎo)學(xué)號(hào)51150036) 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,原來位于波峰的點(diǎn)將位于波谷,原來位于波谷的點(diǎn)將位于波峰,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,思路分析解答本題的關(guān)鍵有以下三點(diǎn): (1)波的干涉圖樣所表示的僅是某一時(shí)刻兩列相干波疊加的情況。 (2)形成干涉圖樣的所有質(zhì)點(diǎn)都在不停地振動(dòng)著,其位移的大小和方向也在不停地變化著。 (3)對(duì)于穩(wěn)定的干涉,振動(dòng)加強(qiáng)和減弱的區(qū)域的空間位置是不變的。 解析: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)是波峰和波谷相遇的點(diǎn),都是振動(dòng)減弱的點(diǎn),選項(xiàng)A正確。e點(diǎn)位于加強(qiáng)點(diǎn)的連線上,仍為加強(qiáng)點(diǎn),f點(diǎn)位于減弱點(diǎn)的連線上,仍為減弱點(diǎn),選項(xiàng)B錯(cuò)誤。相干波疊加產(chǎn)生的干涉是穩(wěn)定的,不會(huì)隨時(shí)間變化,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。形成干涉圖樣的質(zhì)點(diǎn)都在不停地做周期性振動(dòng),經(jīng)半個(gè)周期后,振動(dòng)步調(diào)相反,選項(xiàng)D正確。 答案:AD,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,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)減弱的質(zhì)點(diǎn)的位移大 答案:C,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,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選項(xiàng)錯(cuò)誤。兩列頻率相同的波相遇時(shí),振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)不只是波峰與波峰、波谷與波谷相遇的點(diǎn),所以B選項(xiàng)錯(cuò)誤。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。故正確選項(xiàng)為C。,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,二、波的衍射現(xiàn)象 1.關(guān)于衍射的條件 應(yīng)該說衍射是沒有條件的,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。 2.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。,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,【例2】 (多選)如圖所示是觀察水面波衍射現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置,AC和BD是兩塊擋板,AB是一個(gè)孔,O是波源,圖中已畫出波源附近區(qū)域波的傳播情況,每?jī)蓷l相鄰波紋(圖中曲線)之間的距離表示一個(gè)波長(zhǎng),則關(guān)于波經(jīng)過孔之后的傳播情況,下列描述中正確的是( )(導(dǎo)學(xué)號(hào)51150037) A.此時(shí)能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象 B.擋板前后波紋間的距離相等 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,能更明顯地觀察到波的衍射現(xiàn)象 思路分析解答此題時(shí)要求對(duì)波產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件,以及波長(zhǎng)、頻率、波速之間的關(guān)系有正確的認(rèn)識(shí)。,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,解析:波能產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是:障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小或差不多。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)能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象,選項(xiàng)A正確;因?yàn)榇┻^擋板間的小孔后波速不變,頻率不變,所以波長(zhǎng)也不變,選項(xiàng)B正確;若將孔AB擴(kuò)大,有可能不滿足產(chǎn)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;若使波源的頻率增大,由于波速不變,所以波長(zhǎng)變小,有可能不滿足產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件,則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,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,(多選)下列關(guān)于波的衍射的說法正確的是( ) A.衍射是機(jī)械波特有的現(xiàn)象 B.對(duì)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)生明顯衍射現(xiàn)象是由于聲波波長(zhǎng)較大 答案:BD 解析:衍射是一切波特有的現(xiàn)象,所以選項(xiàng)A、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(zhǎng)差不多或比波長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)較長(zhǎng),聲波容易發(fā)生衍射現(xiàn)象,所以選項(xiàng)D也是正確的。,