2018-2019學(xué)年高中物理 12.4 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,一、波的衍射,1.定義:波可以繞過(guò)_______繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。2.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(zhǎng)_________，或者比波長(zhǎng)_______，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。3.波的衍射的普遍性:一切波都能發(fā)生_____，_____是波特有的現(xiàn)象。,障礙物,相差不多,更小時(shí),衍射,衍射,二、波的干涉,1.波的疊加原理: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)_____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_______。,同時(shí),矢量和,2.波的干涉:(1)定義:_________的兩列波疊加時(shí)，某些區(qū)域的振幅加大、某些區(qū)域的振幅減小的現(xiàn)象。(2)穩(wěn)定干涉條件。①兩列波的_____必須相同。②兩個(gè)波源的_______必須保持不變。,頻率相同,頻率,相位差,3.干涉的普遍性:一切波都能夠發(fā)生干涉，干涉是_________現(xiàn)象。,波特有的,【思考辨析】(1)“隔墻有耳”指的是聲波的衍射現(xiàn)象。()(2)敲擊音叉使其發(fā)聲，然后轉(zhuǎn)動(dòng)音叉，聽(tīng)到聲音忽強(qiáng)忽弱是聲波的干涉現(xiàn)象。()(3)只有頻率相同的兩列波才可以疊加。(),(4)兩列波相遇后，振幅小的一列波將減弱，振幅大的一列波將加強(qiáng)。(),提示:(1)√。“隔墻有耳”指的是墻這邊的聲音能夠傳到墻的另一邊，是聲波的衍射現(xiàn)象。(2)√。這是聲波的干涉現(xiàn)象。音叉產(chǎn)生的兩列聲波振動(dòng)頻率相同，這樣的兩列聲波在空氣中傳播，有的區(qū)域振動(dòng)加強(qiáng)，有的區(qū)域振動(dòng)減弱，于是聽(tīng)到聲音忽強(qiáng)忽弱。,(3)。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。(4)。兩列波相遇后，每一列波引起的振動(dòng)情況都保持不變，而質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)則是兩列波共同作用的結(jié)果。,知識(shí)點(diǎn)一對(duì)波的衍射現(xiàn)象的理解探究導(dǎo)入:光是一種波，如圖為燈泡發(fā)光的情況。,(1)生活中見(jiàn)到的光的傳播有何特點(diǎn)。(2)滿足什么條件才能使光發(fā)生衍射？提示:(1)沿直線傳播。(2)障礙物或孔的尺寸與光的波長(zhǎng)相差不多。,【歸納總結(jié)】1.波的衍射的條件: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。,2.波的衍射的實(shí)質(zhì):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。,3.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。,【典題通關(guān)】【典例】如圖所示，O是水面上一波源，實(shí)線和虛線分別表示某時(shí)刻的波峰和波谷，A是擋板，B是小孔。若不考慮波的反射因素，則經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，水面上的波將分布于(),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Ⅱ和Ⅲ以外的區(qū)域,【正確解答】選B。從圖中可以看出A擋板比波長(zhǎng)大，所以不能發(fā)生明顯的衍射，而B小孔與波長(zhǎng)相差不多，能發(fā)生明顯的衍射，所以經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，水面上的波將分布于陰影Ⅰ以外區(qū)域，故B正確，故選B。,【過(guò)關(guān)訓(xùn)練】1.(2018宜春高二檢測(cè))一列波在傳播過(guò)程中遇到一個(gè)障礙物，發(fā)生了一定程度的衍射，一定能使衍射現(xiàn)象更明顯的措施是(),A.增大障礙物尺寸，同時(shí)增大波的頻率B.縮小障礙物尺寸，同時(shí)增大波的頻率C.增大障礙物尺寸，同時(shí)減小波的頻率D.縮小障礙物尺寸，同時(shí)減小波的頻率,【解析】選D。波在介質(zhì)中傳播時(shí)波速是由介質(zhì)決定的，與波的頻率無(wú)關(guān)，所以改變波的頻率不會(huì)改變波速，但由v=λf可知，當(dāng)波速一定時(shí)，減小頻率則波長(zhǎng)增大，而發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物或孔、縫的尺寸比波長(zhǎng)小或相差不多，所以縮小障礙物的尺寸，同時(shí)減小波的頻率會(huì)使衍射現(xiàn)象更明顯，D選項(xiàng)正確。故選D。,2.(2018大興區(qū)高二檢測(cè))某同學(xué)觀察到波長(zhǎng)相同的水波通過(guò)兩個(gè)寬度不同的狹縫時(shí)的現(xiàn)象，如圖所示，下列說(shuō)法正確的是(),A.水波通過(guò)狹縫后波長(zhǎng)變短B.這是水波的衍射現(xiàn)象，有些波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象C.此現(xiàn)象可以說(shuō)明，波長(zhǎng)一定，縫越窄衍射現(xiàn)象越明顯D.此現(xiàn)象可以說(shuō)明，縫寬一定，波長(zhǎng)越長(zhǎng)衍射現(xiàn)象越明顯,【解析】選C。波衍射后不影響波的特性，即波長(zhǎng)和頻率不變，A錯(cuò)誤；波的衍射是波特有的性質(zhì)，故所有波都會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，B錯(cuò)誤；從圖中可知第1幅圖衍射現(xiàn)象比較明顯，所以波長(zhǎng)一定，縫越窄衍射現(xiàn)象越明顯，由于題中給出的是波長(zhǎng)一定的情況，無(wú)法得出縫寬一定時(shí)的衍射情況，故C正確D錯(cuò)誤。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】如圖所示，水面上有A、B兩個(gè)振動(dòng)情況完全相同的振源，在A、B連線的中垂線上有a、b、c三個(gè)質(zhì)點(diǎn)，已知某時(shí)刻，a點(diǎn)是兩列波的波峰相遇點(diǎn)，c點(diǎn)是與a點(diǎn)相鄰的兩列波的波谷相遇點(diǎn)，b為ac的中點(diǎn)，則以下說(shuō)法正確的是(),A.a點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，c點(diǎn)是振動(dòng)減弱點(diǎn)B.a點(diǎn)與c點(diǎn)都是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，b點(diǎn)是振動(dòng)減弱點(diǎn)C.a點(diǎn)與c點(diǎn)此時(shí)刻是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后變成振動(dòng)減弱點(diǎn)，而b點(diǎn)可能變成振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)D.a、b、c點(diǎn)都是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn),【解析】選D。在A、B的垂直平分線上的所有的點(diǎn)到A、B的路程差都等于0，因此都是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，故D選項(xiàng)正確。,知識(shí)點(diǎn)二波的疊加與波的干涉探究導(dǎo)入: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)。,(1)他聽(tīng)到的聲音會(huì)有什么變化？(2)這屬于什么物理現(xiàn)象？提示:(1)聲音忽強(qiáng)忽弱。(2)聲波的干涉現(xiàn)象。,【歸納總結(jié)】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，并不振動(dòng)，水面保持平靜。,3.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。,【典題通關(guān)】【典例】一條彈性繩子呈水平狀態(tài)，M為繩子中點(diǎn)，兩端P、Q同時(shí)開(kāi)始上下振動(dòng)，一小段時(shí)間t后產(chǎn)生的波形如圖所示，對(duì)于其后繩上各點(diǎn)的振動(dòng)情況，以下判斷正確的是(),A.波源P和Q開(kāi)始振動(dòng)的方向均是向上的B.波源Q產(chǎn)生的波將先到達(dá)中點(diǎn)MC.中點(diǎn)M的振動(dòng)雖始終是加強(qiáng)的，但其位移大小在某時(shí)刻可能為零D.這兩列波能形成穩(wěn)定的干涉圖樣,【正確解答】選A。由圖及波傳播方向與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向關(guān)系的判斷方法可得:t時(shí)刻波源P、Q所形成的兩列橫波在波剛到達(dá)的兩質(zhì)點(diǎn)均向上振動(dòng)，而傳播波的質(zhì)點(diǎn)開(kāi)始振動(dòng)的方向與其波源開(kāi)始振動(dòng)方向相同，故A對(duì)；由于波速是由介質(zhì)決定的，故兩列波的波速相同，故兩列波同時(shí)到達(dá)M點(diǎn)，故B錯(cuò)；由圖可得:波源P產(chǎn)生的,波長(zhǎng)大于波源Q產(chǎn)生的波長(zhǎng)，由v=λf可得:波源P所形成波的頻率小于波源Q所形成波的頻率，不能形成穩(wěn)定的干涉圖樣，即M點(diǎn)的振動(dòng)不是始終加強(qiáng)的，故C、D錯(cuò)，正確選項(xiàng)為A。,【過(guò)關(guān)訓(xùn)練】1.(2018廣州高二檢測(cè))關(guān)于波的疊加和干涉，下列說(shuō)法中正確的是()A.兩列頻率不相同的波相遇時(shí)，因?yàn)闆](méi)有穩(wěn)定的干涉圖樣，所以波沒(méi)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,【解析】選C。根據(jù)波的疊加原理，只要兩列波相遇就會(huì)疊加，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤。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選項(xiàng)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，D錯(cuò)誤。故選C。,2.(多選)某兩列波相疊加形成了穩(wěn)定的干涉圖樣，則()A.兩列波的頻率一定相同，但它們的相位差不恒定B.振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域的各質(zhì)點(diǎn)都在波峰上，振動(dòng)減弱區(qū)域的各質(zhì)點(diǎn)都在波谷上,C.振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域始終加強(qiáng)，振動(dòng)減弱的區(qū)域始終減弱D.振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域和振動(dòng)減弱的區(qū)域不隨時(shí)間的變化而改變,【解析】選C、D。兩列波發(fā)生穩(wěn)定的干涉的條件必須是兩列波的頻率相同且相位差恒定，故A錯(cuò)；振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)始終加強(qiáng)，振動(dòng)減弱區(qū)始終減弱，形成穩(wěn)定的干涉圖樣，C、D對(duì)；振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域的各質(zhì)點(diǎn)只是振幅最大，振動(dòng)減弱區(qū)域的各質(zhì)點(diǎn)只是振幅最小，它們均在自己的平衡位置附近振動(dòng)，并不是只在波峰上或只在波谷上，B錯(cuò)。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.(多選)關(guān)于波的衍射現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是()A.水波繞過(guò)障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象即為波的衍射現(xiàn)象B.衍射現(xiàn)象是波特有的現(xiàn)象，一切波都能發(fā)生衍射，只不過(guò)明顯與否而已C.“聞其聲而不見(jiàn)其人”為聲波的衍射現(xiàn)象D.要發(fā)生衍射，必須滿足一定的條件，否則，波就不會(huì)發(fā)生衍射,【解析】選A、B、C。由波的衍射定義知，A、C正確。衍射是一切波特有的現(xiàn)象，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，故B對(duì)、D錯(cuò)。,2.(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。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,【解析】選A、D。由圖可知:a是波谷和波谷相遇的點(diǎn)，c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)，A正確。e位于加強(qiáng)點(diǎn)的連線上，仍為加強(qiáng)點(diǎn)；f位于減弱點(diǎn)的連線上，仍為減弱點(diǎn)，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，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，D正確。故正確答案為A、D。,【拓展例題】考查內(nèi)容:波的干涉的應(yīng)用【典例】如圖所示，在直線PQ的垂線OM上有A、B兩個(gè)聲源，A、B分別距O點(diǎn)6m和1m，兩個(gè)聲源同時(shí)不斷向外發(fā)出波長(zhǎng)都為2m的完全相同的聲波，在直線PQ上從-∞到+∞的范圍內(nèi)聽(tīng)不到聲音的區(qū)域共有多少個(gè)？,【正確解答】經(jīng)數(shù)學(xué)歸納，若某點(diǎn)到兩波源的路程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍，即Δs=nλ(n=0，1，2，…)，則該點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)；若某點(diǎn)到兩波源的路程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，即Δs=(2n+1)(n=0，1，2，…)，則該點(diǎn)振動(dòng)減弱。,直線PQ上的O點(diǎn)距兩波源A、B的路程差最大，即AO-BO=(6-1)m=5m=λ，故O點(diǎn)為減弱點(diǎn)。由O向-∞或由O向+∞，直線PQ上各點(diǎn)到兩波源A、B的路程差逐漸減小，其中Δs=λ的點(diǎn)有兩個(gè)，Δs=λ的點(diǎn)有兩個(gè)，所以在直線PQ上從-∞到+∞的范圍內(nèi)聽(tīng)不到聲音的區(qū)域共有5個(gè)。答案:5個(gè),