高中物理 第十二章 第4節(jié) 波的衍射和干涉課件 新人教版選修34

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1、第第十十二二章章第第4節(jié)節(jié)新知預新知預習習巧設(shè)計巧設(shè)計名師課名師課堂堂一點通一點通創(chuàng)新演創(chuàng)新演練練大沖關(guān)大沖關(guān) 隨堂檢測隨堂檢測歸納小結(jié)歸納小結(jié) 課下作業(yè)課下作業(yè)綜合提升綜合提升 要點一要點一要點二要點二1知道什么是波的衍射現(xiàn)象，知道波發(fā)知道什么是波的衍射現(xiàn)象，知道波發(fā) 生明顯衍射現(xiàn)象的條件，知道衍射是生明顯衍射現(xiàn)象的條件，知道衍射是 波特有的現(xiàn)象。波特有的現(xiàn)象。2知道波的疊加原理，知道什么是波的知道波的疊加原理，知道什么是波的 干涉現(xiàn)象和干涉圖樣，知道干涉現(xiàn)象干涉現(xiàn)象和干涉圖樣，知道干涉現(xiàn)象 也是波所特有的現(xiàn)象。也是波所特有的現(xiàn)象。3了解波的衍射和干涉在生活中的應用，了解波的衍射和干涉在生活

2、中的應用， 感受物理與生活之間的聯(lián)系。感受物理與生活之間的聯(lián)系。 1波的衍射波的衍射 (1)定義：波可以繞過定義：波可以繞過 繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。 (2)實驗及現(xiàn)象：實驗及現(xiàn)象： 實驗：在水槽里放兩塊擋板，中間留一個實驗：在水槽里放兩塊擋板，中間留一個 。 現(xiàn)象：現(xiàn)象：障礙物障礙物狹縫狹縫 a狹縫寬度比波長大得多時：波的傳播如同光沿狹縫寬度比波長大得多時：波的傳播如同光沿 傳播一樣，擋板后面產(chǎn)生傳播一樣，擋板后面產(chǎn)生“ ”。 b狹縫寬度與波長相差不多或狹縫寬度比波長更小時：狹縫寬度與波長相差不多或狹縫寬度比波長更小時：水波水波 擋板后面繼續(xù)傳播。擋板后面繼續(xù)傳播。 (3)發(fā)生明顯衍

3、射現(xiàn)象的條件：只有縫、孔的寬度或障發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長礙物的尺寸跟波長 ，或者比波長，或者比波長 時，才能觀時，才能觀察到明顯的衍射象。察到明顯的衍射象。 關(guān)鍵一點關(guān)鍵一點波發(fā)生衍射是無條件的，而發(fā)生明顯的衍波發(fā)生衍射是無條件的，而發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象是有條件的。射現(xiàn)象是有條件的。直線直線陰影區(qū)陰影區(qū)繞到繞到相差不多相差不多更小更小 2波的疊加波的疊加 (1)波的獨立傳播：兩列波相遇后彼此穿過，仍然保波的獨立傳播：兩列波相遇后彼此穿過，仍然保持各自的持各自的 ，繼續(xù)傳播。，繼續(xù)傳播。 (2)波的疊加：幾列波相遇時能夠保持各自的運動狀波的疊加：幾列波相遇時能

4、夠保持各自的運動狀態(tài)繼續(xù)傳播，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點同時參與態(tài)繼續(xù)傳播，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點同時參與這幾列波引起的振動，質(zhì)點的位移等于這幾列波單獨傳播這幾列波引起的振動，質(zhì)點的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的位移的時引起的位移的 。運動特征運動特征矢量和矢量和 3波的干涉波的干涉 (1)實驗及現(xiàn)象：實驗及現(xiàn)象： 實驗：波源是固定在同一個振動片上的兩根細桿，當實驗：波源是固定在同一個振動片上的兩根細桿，當振動片振動時，兩根細桿振動片振動時，兩根細桿 地觸動水面，形成兩個波源，地觸動水面，形成兩個波源，這兩個波源發(fā)出的是頻率相同、相位相同、這兩個波源發(fā)出的是頻率相同、相位相同、

5、也相同也相同的兩列波。的兩列波。 現(xiàn)象：兩列波相遇后，水面上出現(xiàn)了一條條現(xiàn)象：兩列波相遇后，水面上出現(xiàn)了一條條 的區(qū)域和的區(qū)域和 的區(qū)域，這兩種區(qū)域在水面上的位置是穩(wěn)的區(qū)域，這兩種區(qū)域在水面上的位置是穩(wěn)定不變的。定不變的。 周期性周期性振動方向振動方向相對平靜相對平靜激烈振動激烈振動 (2)現(xiàn)象解釋：現(xiàn)象解釋： 加強點：在某些點兩列波引起的振動始終加強，質(zhì)加強點：在某些點兩列波引起的振動始終加強，質(zhì)點的振動最劇烈，振動的振幅等于兩列波的點的振動最劇烈，振動的振幅等于兩列波的 。 減弱點：在某些點兩列波引起的振動始終削弱，質(zhì)減弱點：在某些點兩列波引起的振動始終削弱，質(zhì)點振動的振幅等于兩列波的點振

6、動的振幅等于兩列波的 ，若兩列波振幅相同，若兩列波振幅相同，質(zhì)點振動的合振幅就等于質(zhì)點振動的合振幅就等于 ，水面保持平靜。，水面保持平靜。振幅之和振幅之和振幅之差振幅之差零零 (3)干涉定義：干涉定義： 相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振幅相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振幅 、某些區(qū)域的振幅某些區(qū)域的振幅 的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。 (4)干涉圖樣：波的干涉中所形成的圖樣。干涉圖樣：波的干涉中所形成的圖樣。 (5)干涉條件：兩波的干涉條件：兩波的 相同，兩波源的相位差必相同，兩波源的相位差必須須 。 (6)一切波都能發(fā)生干涉，干涉是波特有的現(xiàn)象。一切波都能發(fā)生干涉，干涉是波特有的現(xiàn)象。 關(guān)鍵一點關(guān)鍵一點在

7、波的干涉現(xiàn)象中，波的加強點的振幅在波的干涉現(xiàn)象中，波的加強點的振幅大，但位移并不一定大。大，但位移并不一定大。頻率頻率加大加大減小減小頻率頻率保持不變保持不變1下列現(xiàn)象屬于波的衍射現(xiàn)象的是下列現(xiàn)象屬于波的衍射現(xiàn)象的是 ()A在空曠的山谷里喊叫，可以聽到回聲在空曠的山谷里喊叫，可以聽到回聲B“空山不見人，但聞人語響空山不見人，但聞人語響”C“余音繞梁，三日而不絕余音繞梁，三日而不絕”D夏日的雷聲有時轟鳴不絕夏日的雷聲有時轟鳴不絕解析：解析：選項選項A、D所述的現(xiàn)象均為聲音的反射現(xiàn)象，所所述的現(xiàn)象均為聲音的反射現(xiàn)象，所以以A、D錯誤；選項錯誤；選項C所述的現(xiàn)象為波的反射，而不是所述的現(xiàn)象為波的反射

8、，而不是波的衍射。波的衍射。答案：答案：B答案：答案：D3利用發(fā)波水槽得到的水面波形如圖利用發(fā)波水槽得到的水面波形如圖1241所示，則所示，則()圖圖1241A圖圖a、b均顯示了波的干涉現(xiàn)象均顯示了波的干涉現(xiàn)象B圖圖a、b均顯示了波的衍射現(xiàn)象均顯示了波的衍射現(xiàn)象C圖圖a顯示了波的干涉現(xiàn)象，圖顯示了波的干涉現(xiàn)象，圖b顯示了波的衍射現(xiàn)象顯示了波的衍射現(xiàn)象D圖圖a顯示了波的衍射現(xiàn)象，圖顯示了波的衍射現(xiàn)象，圖b顯示了波的干涉現(xiàn)象顯示了波的干涉現(xiàn)象解析：解析：圖圖a中可以看出只有一條狹縫，穿過水波發(fā)生明顯的中可以看出只有一條狹縫，穿過水波發(fā)生明顯的衍射；圖衍射；圖b中有兩個振源，有些區(qū)域振動加強，有些區(qū)

9、域中有兩個振源，有些區(qū)域振動加強，有些區(qū)域振動減弱，是干涉現(xiàn)象，故振動減弱，是干涉現(xiàn)象，故D項正確。項正確。答案：答案：D4如圖如圖1242所示，波長相同的水波所示，波長相同的水波 通過寬度不同的孔，在圖甲中發(fā)生了通過寬度不同的孔，在圖甲中發(fā)生了 明顯的明顯的_現(xiàn)象，這是因為現(xiàn)象，這是因為_ _ 的緣故；在圖乙中，孔后面的水的緣故；在圖乙中，孔后面的水 波在連接波源和孔邊的兩條直線所限制波在連接波源和孔邊的兩條直線所限制 的區(qū)域里的區(qū)域里 傳播，這是因為傳播，這是因為_的緣故。的緣故。答案：答案：衍射孔的尺寸與波長差不多或比波長小衍射孔的尺寸與波長差不多或比波長小孔的尺寸比波長大得多孔的尺寸比

10、波長大得多圖圖1242 (1)衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都可以發(fā)生衍射。衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都可以發(fā)生衍射。凡能發(fā)生衍射現(xiàn)象的就是波。凡能發(fā)生衍射現(xiàn)象的就是波。 (2)波的衍射總是存在的，只有波的衍射總是存在的，只有“明顯明顯”與與“不明顯不明顯”的的差異。波長較長的波容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。差異。波長較長的波容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。 (3)波傳到小孔波傳到小孔(障礙物障礙物)時，小孔時，小孔(障礙物障礙物)仿佛一個新仿佛一個新波源，由它發(fā)出與原來同頻率的波在孔波源，由它發(fā)出與原來同頻率的波在孔(障礙物障礙物)后傳播，后傳播，就偏離了直線方向。因此，波的直線傳播只是在衍射不就偏離了直線方

11、向。因此，波的直線傳播只是在衍射不明顯時的近似情況。明顯時的近似情況。 1如圖如圖1243是觀察水面波衍射的實驗裝置，是觀察水面波衍射的實驗裝置，AC和和BD是兩塊擋板，是兩塊擋板，AB是一個孔，是一個孔，O是波源，圖中已是波源，圖中已畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況，每兩條相鄰波紋畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況，每兩條相鄰波紋(圖中圖中曲線曲線)之間距離表示一個波長。則波經(jīng)過孔之后的傳播情之間距離表示一個波長。則波經(jīng)過孔之后的傳播情況，下列的描述中正確的是況，下列的描述中正確的是 ()圖圖1243 A此時能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象此時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擋板前后波紋間距

12、離相等 C如果將孔如果將孔AB擴大，有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象擴大，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，能更明顯地如果孔的大小不變，使波源頻率增大，能更明顯地觀察到衍現(xiàn)象觀察到衍現(xiàn)象 審題指導審題指導解答本題時應注意以下兩個方面：解答本題時應注意以下兩個方面： (1)發(fā)生明顯衍射的條件；發(fā)生明顯衍射的條件； (2)由圖分析孔的大小和波長的關(guān)系。由圖分析孔的大小和波長的關(guān)系。 解析解析從題圖中看出，水波波長跟小孔尺寸相差不大，從題圖中看出，水波波長跟小孔尺寸相差不大，此時能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象，如果孔此時能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象，如果孔AB擴大到比波長擴大到比波

13、長大得多，就不能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象，所以大得多，就不能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象，所以A、C均正確。均正確。波繞過障礙物后發(fā)生衍射現(xiàn)象時，波的特征并未發(fā)生改變，波繞過障礙物后發(fā)生衍射現(xiàn)象時，波的特征并未發(fā)生改變，即波的波長、頻率和波速不改變，故即波的波長、頻率和波速不改變，故B選項正確。當波的頻選項正確。當波的頻率增大，波速不變時，波長率增大，波速不變時，波長v/f變小，衍射現(xiàn)象就越不明變小，衍射現(xiàn)象就越不明顯，故顯，故D選項錯誤。選項錯誤。 答案答案ABC (1)障礙物的尺寸的大小與波長大小的關(guān)系不是發(fā)生衍障礙物的尺寸的大小與波長大小的關(guān)系不是發(fā)生衍射的條件，而是發(fā)生明顯衍射的條件，波長越大越易發(fā)生

14、明射的條件，而是發(fā)生明顯衍射的條件，波長越大越易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象。顯衍射現(xiàn)象。 (2)當孔的尺寸遠小于波長時，盡管衍射十分突出，但當孔的尺寸遠小于波長時，盡管衍射十分突出，但衍射波的能量很弱，也很難觀察到波的衍射。衍射波的能量很弱，也很難觀察到波的衍射。 (1)波的疊加是無條件的，任何頻率的兩列波在空間相波的疊加是無條件的，任何頻率的兩列波在空間相遇都會疊加。遇都會疊加。 (2)穩(wěn)定干涉圖樣的產(chǎn)生是有條件的，必須是兩列同類穩(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、振動方向相同、相位差恒定。如的波，并且波的頻率相同、振動方向相同、相位差恒定。如果兩列波的頻率不相等，在同

15、一種介質(zhì)中傳播時其波長就不果兩列波的頻率不相等，在同一種介質(zhì)中傳播時其波長就不相等，這樣不能形成穩(wěn)定的振動加強點和減弱點。因此我們相等，這樣不能形成穩(wěn)定的振動加強點和減弱點。因此我們就看不到穩(wěn)定的干涉圖樣，只能是一般的振動疊加現(xiàn)象。就看不到穩(wěn)定的干涉圖樣，只能是一般的振動疊加現(xiàn)象。 (3)明顯的干涉圖樣和穩(wěn)定的干涉圖樣意義是不同的，明顯的干涉圖樣和穩(wěn)定的干涉圖樣意義是不同的，明顯的干涉圖樣除了滿足相干條件外，還必須滿足兩列波明顯的干涉圖樣除了滿足相干條件外，還必須滿足兩列波振幅差別不大。振幅越是接近，干涉圖樣越明顯。振幅差別不大。振幅越是接近，干涉圖樣越明顯。 (4)振動加強的點和振動減弱的點

16、始終在以振源的頻率振動加強的點和振動減弱的點始終在以振源的頻率振動，其振幅不變振動，其振幅不變(若是振動減弱點，振幅可為若是振動減弱點，振幅可為0)，但其位，但其位移隨時間發(fā)生變化。移隨時間發(fā)生變化。(5)干涉圖樣及其特征：干涉圖樣及其特征：干涉的示意圖如圖干涉的示意圖如圖1244所示。所示。圖圖1244 特征：特征： a加強區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變。加強區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變。 b 加強區(qū)始終加強，減弱區(qū)始終減弱加強區(qū)始終加強，減弱區(qū)始終減弱(加強區(qū)與減弱加強區(qū)與減弱區(qū)不隨時間變化區(qū)不隨時間變化)。 c加強區(qū)與減弱區(qū)互相間隔。加強區(qū)與減弱區(qū)互相間隔。 名師點睛名師點睛 (1)振動加強的點的

17、振動總是加強，但并不是始終處于波振動加強的點的振動總是加強，但并不是始終處于波峰或波谷，它們都在平衡位置附近振動，有的時刻位移也為峰或波谷，它們都在平衡位置附近振動，有的時刻位移也為零。只是振幅為兩列波振幅之和，顯得振動劇烈。零。只是振幅為兩列波振幅之和，顯得振動劇烈。 (2)振動減弱點的振動始終減弱，位移的大小始終等于兩振動減弱點的振動始終減弱，位移的大小始終等于兩列波分別引起位移的大小之差，振幅為兩列波振幅之差。如列波分別引起位移的大小之差，振幅為兩列波振幅之差。如果兩列波的振幅相同，則振動減弱點將會總是處于靜止。果兩列波的振幅相同，則振動減弱點將會總是處于靜止。 2如圖如圖1245表示兩

18、個相干波源表示兩個相干波源S1、S2產(chǎn)生的波產(chǎn)生的波在同一種均勻介質(zhì)中相遇。圖中實線表示某時刻的波峰，在同一種均勻介質(zhì)中相遇。圖中實線表示某時刻的波峰，虛線表示的是波谷，下列說法正確的是虛線表示的是波谷，下列說法正確的是()圖圖1245 Aa、c兩點的振動加強，兩點的振動加強，b、d兩點的振動減弱兩點的振動減弱 Be、f兩點的振動介于加強點和減弱點之間兩點的振動介于加強點和減弱點之間 C經(jīng)適當?shù)臅r間后，加強點和減弱點的位置互換經(jīng)適當?shù)臅r間后，加強點和減弱點的位置互換 D經(jīng)半個周期后，原來位于波峰的點將位于波谷，經(jīng)半個周期后，原來位于波峰的點將位于波谷，原來位于波谷的點將位于波峰原來位于波谷的點

19、將位于波峰 審題指導審題指導 (1)波的干涉中波峰與波峰相遇的點為加強點，波波的干涉中波峰與波峰相遇的點為加強點，波峰與波谷相遇的點為減弱點。峰與波谷相遇的點為減弱點。 (2)振動加強區(qū)上的點都是振動加強點，振動減弱振動加強區(qū)上的點都是振動加強點，振動減弱區(qū)上的點都是振動減弱點。區(qū)上的點都是振動減弱點。 (3)加強點始終加強，減弱點始終減弱。加強點始終加強，減弱點始終減弱。 (4)各質(zhì)點在平衡位置兩側(cè)做周期性振動。各質(zhì)點在平衡位置兩側(cè)做周期性振動。 解析解析波的干涉示意圖所示的僅是某一時刻兩列相干波疊波的干涉示意圖所示的僅是某一時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)點都在不停地振動

20、著，其加的情況，形成干涉圖樣的所有介質(zhì)質(zhì)點都在不停地振動著，其位移的大小和方向都在不停地變化著。但要注意，對穩(wěn)定的干涉，位移的大小和方向都在不停地變化著。但要注意，對穩(wěn)定的干涉，振動加強和減弱的區(qū)域的空間位置是不變的。振動加強和減弱的區(qū)域的空間位置是不變的。a點是波谷和波谷點是波谷和波谷相遇的點，相遇的點，c點是波峰和波峰相遇的點，都是振動加強的點；而點是波峰和波峰相遇的點，都是振動加強的點；而b、d兩點都是波峰和波谷相遇的點，是振動減弱的點，兩點都是波峰和波谷相遇的點，是振動減弱的點，A正確。正確。e點點位于加強點的連線上，仍為加強點。位于加強點的連線上，仍為加強點。f點位于減弱點的連線上，

21、點位于減弱點的連線上，仍為減弱點，仍為減弱點，B錯誤。相干波源疊加產(chǎn)生的干涉是穩(wěn)定的，不會錯誤。相干波源疊加產(chǎn)生的干涉是穩(wěn)定的，不會隨時間變化，隨時間變化，C錯誤。因形成干涉圖樣的介質(zhì)質(zhì)點也是不停地做錯誤。因形成干涉圖樣的介質(zhì)質(zhì)點也是不停地做周期性振動，經(jīng)半個周期步調(diào)相反，周期性振動，經(jīng)半個周期步調(diào)相反，D正確。正確。 答案答案AD 振動加強點與振動減弱點的判斷方法：振動加強點與振動減弱點的判斷方法： (1)振動加強點和振動減弱點的理解：不能認為振動振動加強點和振動減弱點的理解：不能認為振動加強點的位移始終最大，振動減弱點的位移始終最小，加強點的位移始終最大，振動減弱點的位移始終最小，而應該是振幅增大的點為振動加強點，其實這些點也在而應該是振幅增大的點為振動加強點，其實這些點也在振動著，位移可為零；振幅減小的點為振動減弱點。振動著，位移可為零；振幅減小的點為振動減弱點。