寧夏銀川市高中物理 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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在空氣中波長(zhǎng)為3 4m的聲波 進(jìn)入水中 其頻率為Hz 波長(zhǎng)為m 已知聲波在空氣中的傳播速度為340m s 在水中的傳播速度為1450m s 由 12 4波的衍射和干涉 一 波的衍射 1 定義 波可以繞過(guò)障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象2 水波的衍射現(xiàn)象及在波長(zhǎng)一定的情況下狹縫寬對(duì)衍射實(shí)驗(yàn)的影響 現(xiàn)象 水波繞過(guò)小孔或障礙物繼續(xù)傳播 實(shí)驗(yàn)一 波長(zhǎng)一定的水波通過(guò)寬度不同的狹縫 實(shí)驗(yàn)二 波長(zhǎng)不同的水波通過(guò)寬度一定的狹縫 現(xiàn)象 波長(zhǎng)與狹縫寬度相差不多時(shí) 有明顯的衍射現(xiàn)象 隨波長(zhǎng)的增加 衍射現(xiàn)象越來(lái)越明顯 結(jié)論 1 障礙物比較小時(shí)能發(fā)生明顯衍射 2 狹縫寬度跟波長(zhǎng)相差不多時(shí) 有明顯的衍射現(xiàn)象 3 狹縫寬度比波長(zhǎng)大得越多 衍射現(xiàn)象越不明顯 4 狹縫寬度跟波長(zhǎng)相比非常大時(shí) 水波將直線傳播 觀察不到衍射現(xiàn)象 6 下列關(guān)于波的衍射的說(shuō)法正確的是 A 衍射是一切機(jī)械波特有的現(xiàn)象B 對(duì)同一列波 縫或孔 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)生衍射是由于聲波波長(zhǎng)較大 BD 7 在水波槽的衍射實(shí)驗(yàn)中 若打擊水面的振子的頻率是5HZ 水波在槽中的傳播速度為0 05m s 為觀察到顯著的衍射現(xiàn)象 小孔直徑d應(yīng)為 10cm5cmd 1cmd 1cm D 3 發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件 4 說(shuō)明 障礙物或縫 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(zhǎng)較大的波容易產(chǎn)生顯著的衍射現(xiàn)象 一切波都能發(fā)生衍射 衍射是波特有的現(xiàn)象 障礙物或縫 孔的尺寸比波長(zhǎng)小 或跟波長(zhǎng)相差不多 兩列波相遇時(shí) 會(huì)不會(huì)像兩個(gè)小球相碰時(shí)那樣 改變各自的運(yùn)動(dòng)特征呢 1 波的獨(dú)立性原理兩列波相遇后 仍保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 繼續(xù)傳播 它們都彼此沒(méi)有受到影響 二 波的疊加 2 波的疊加原理 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)振動(dòng)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 例1 下列關(guān)于兩列波相遇時(shí)疊加的說(shuō)法正確的是 A 相遇后 振幅小的一列波振幅將小減小 振幅大的一列波振幅將增大B 相遇以后 兩列波的振動(dòng)情況與相遇前完全相同C 在相遇區(qū)域 任一點(diǎn)的總位移等于兩列波分別引起的位移的矢量和D 幾個(gè)人在同一房間說(shuō)話 相互間聽得清楚 這說(shuō)明波在相遇時(shí)互不干擾 三 波的干涉 頻率相同的兩列波相遇時(shí) 在它們重疊的區(qū)域里會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象 由此可知 頻率相同的兩列波相遇后 在振動(dòng)著的水面上 出現(xiàn)了一條條從兩個(gè)波源中間伸展出來(lái)的相對(duì)平靜的區(qū)域和激烈振動(dòng)的區(qū)域 這兩種區(qū)域在水面上的位置固定 且相互隔開 1 波的干涉 頻率相同的兩列波疊加 使某些區(qū)域的振動(dòng)總是加強(qiáng) 某些區(qū)域的振動(dòng)總是減弱 而且振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域相互隔開的現(xiàn)象叫做波的干涉 干涉圖樣 由波的干涉所形成的圖樣叫做干涉圖樣 如上頁(yè)圖 2 干涉的解釋 如果在某一時(shí)刻 在水面上的某一點(diǎn)是兩列波的波峰和波峰相遇 經(jīng)過(guò)半個(gè)周期 就變成波谷和波谷相遇 波峰和波峰或波谷和波谷相遇時(shí) 質(zhì)點(diǎn)向上的位移最大 等于兩列波的振幅之和 因此在這一點(diǎn) 始終是兩列波干涉的加強(qiáng)點(diǎn) 質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)最激烈 如果在某一時(shí)刻 在水面上的某一點(diǎn)是兩列波的波峰和波谷相遇 經(jīng)過(guò)半個(gè)周期 就變成波谷和波峰相遇 在這一點(diǎn) 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅等于兩列波的振幅之差 兩列波引起的振動(dòng)始終是減弱的 如果兩列波的振幅相同 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅就等于零 水面保持平靜 把相應(yīng)的振動(dòng)最激烈的質(zhì)點(diǎn)連起來(lái) 為振動(dòng)加強(qiáng)區(qū) 相應(yīng)的振動(dòng)最不激烈或靜止的質(zhì)點(diǎn)連起來(lái) 為振動(dòng)減弱區(qū) 振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)和振動(dòng)減弱區(qū)是相互隔開的 注意 1 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 2 振動(dòng)加強(qiáng) 減弱 的區(qū)域是指質(zhì)點(diǎn)的振幅大 小 而不是指振動(dòng)的位移大 小 因?yàn)槲灰剖请S時(shí)間變化的 3 產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件 兩列波相遇疊加不一定能得到穩(wěn)定的干涉圖樣 而要產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象形成穩(wěn)定的干涉圖樣 則需要滿足一定的條件 產(chǎn)生干涉的條件 兩列波的頻率必須相同 稱為相干波 4 一切波 只要滿足條件 都能發(fā)生干涉現(xiàn)象 干涉和衍射一樣都是波的特有現(xiàn)象 5 振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和振動(dòng)減弱點(diǎn)的判斷方法 振動(dòng)加強(qiáng)的條件 振動(dòng)減弱的條件 例2 兩列波疊加發(fā)生了穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象 得到了干涉圖樣 關(guān)于干涉的下列說(shuō)法中正確的是 A 兩列波的頻率一定相等 振幅不一定相等B 振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域始終加強(qiáng) 振動(dòng)減弱區(qū)域始終減弱C 振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域與振動(dòng)減弱區(qū)域互相間隔D 振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域的位移大 振動(dòng)減弱區(qū)域的位移小 例3 S1和S2是兩個(gè)相同的波源 這兩個(gè)波發(fā)生干涉時(shí) 在干涉區(qū)域有a b c三點(diǎn) 某時(shí)刻a點(diǎn)波峰和波谷相遇 b點(diǎn)波谷和波谷相遇 c點(diǎn)波峰和波峰相遇 問(wèn)再經(jīng)過(guò)T 2 振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)是 A 只有a點(diǎn)B 只有c點(diǎn)C b點(diǎn)和c點(diǎn)D a點(diǎn)和b點(diǎn) 例4 如圖所示 S1和S2是兩個(gè)完全相同的振源 發(fā)出的兩列波疊加 實(shí)線表示波峰 虛線表示波谷 則下列說(shuō)法中正確的是 A A點(diǎn)是加強(qiáng)點(diǎn) C點(diǎn)是減弱點(diǎn)B 半個(gè)周期以后A點(diǎn)變?yōu)闇p弱點(diǎn)C B點(diǎn)的振幅比C點(diǎn)的振幅大D B點(diǎn)與S1 S2的距離差等于波長(zhǎng)整數(shù)倍 例5 兩個(gè)振動(dòng)情況完全相同的波源S1和S2產(chǎn)生的波疊加 某時(shí)刻形成的干涉圖樣如圖所示 實(shí)線表示波峰 虛線表示波谷 在a b c三點(diǎn)里 振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)是 振動(dòng)減弱的點(diǎn)是 從該時(shí)刻起 經(jīng)過(guò)1 4周期 它們中位移為零的點(diǎn)是 8 如圖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為波源 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 下述描述正確的是 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 能更明顯地觀察衍射現(xiàn)象 ABC 9 如圖甲所示 實(shí)線和虛線表示兩個(gè)波長(zhǎng)和振幅都相同的簡(jiǎn)諧橫波 只有半個(gè)波長(zhǎng) 在同一根彈性繩上分別向左 向右傳播 某一時(shí)刻兩列波的位置如圖乙所示 P Q S表示彈性繩上的三個(gè)質(zhì)點(diǎn)的平衡位置 下列說(shuō)法正確的是 A該時(shí)刻P Q S都處于各自的平衡位置 速度變?yōu)榱鉈該時(shí)刻P Q S都處于各自的平衡位置 但Q的速度最大C該時(shí)刻P的速度向上 Q的速度為零 S的速度向下D該時(shí)刻P的速度向下 Q的速度為零 S的速度向上 10 如同所示 S是水面波的波源 x y是擋板 S1 S2兩個(gè)狹縫 SS1 SS2 狹縫的尺寸比波長(zhǎng)小得多 是回答以下問(wèn)題 1 若閉上S1 只打開S2會(huì)看到什么現(xiàn)象 2 若S1 s2都打開 會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象 3 若實(shí)線和虛線分別表示波峰和波谷 那么在A B C D各點(diǎn)中 哪些點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng) 哪些點(diǎn)振動(dòng)減弱 11 如圖所示 在同一均勻介質(zhì)中有S1 S2兩個(gè)波源 這兩個(gè)波源的頻率 振動(dòng)方向均相同 且振動(dòng)步調(diào)完全一致 S1與S2之間的距離為4m 若S1 S2振動(dòng)頻率均為5Hz 波速均為10m s B點(diǎn)為S1 S2連線的中點(diǎn) 今以B點(diǎn)為圓心 以R BS1為半徑畫圓 1 該波的波長(zhǎng)為多少 2 在S1 S2連線上振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn) S1 S2除外 有幾個(gè) 3 在該圓周上共有幾個(gè)振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn) S1 S2除外