波的衍射和干涉课件.ppt

1、选修选修3-4第二章机械波第二章机械波学习目标：学习目标：1、知道两列频率相同的波才能发生干涉现象；知、知道两列频率相同的波才能发生干涉现象；知道干涉现象的特点道干涉现象的特点 2、知道波的干涉现象是特殊条件下的叠加现象，、知道波的干涉现象是特殊条件下的叠加现象，知道干涉现象是波特有的现象知道干涉现象是波特有的现象 3、通过观察波的独立前进，波的叠加和水波的干、通过观察波的独立前进，波的叠加和水波的干涉现象，认识波的干涉条件及干涉现象的特征涉现象，认识波的干涉条件及干涉现象的特征 4、知道什么是波的衍射、知道什么是波的衍射。5、知道波发生明显衍射的条件。、知道波发生明显衍射的条件。6、知道衍射

2、是波所特有的现象。、知道衍射是波所特有的现象。重点：重点：1、波的衍射现象。、波的衍射现象。2、波能够产生明显衍射的条件。、波能够产生明显衍射的条件。3、波的叠加及发生波的干涉的条件、波的叠加及发生波的干涉的条件难点：难点：1、产生明显衍射现象的条件的理解。、产生明显衍射现象的条件的理解。2、对稳定的波的干涉图样的理解、对稳定的波的干涉图样的理解 1 1、波的独立作用原理、波的独立作用原理几列波在传播时，无论是几列波在传播时，无论是否相遇，都将保持各自原有特性（频率、波长、振幅、否相遇，都将保持各自原有特性（频率、波长、振幅、振动方向）不变，互不干扰地各自独立传播。振动方向）不变，互不干扰地各

3、自独立传播。2 2、波的叠加原理、波的叠加原理在相遇区域内任一点的振动在相遇区域内任一点的振动,为为各列波单独存在时在该点所引起的振动位移的矢量和。各列波单独存在时在该点所引起的振动位移的矢量和。一、波的叠加原理一、波的叠加原理注：注：两列两列同相同相波叠加时，振动波叠加时，振动加强加强，振幅，振幅增大增大两列两列反相反相波叠加时，振动波叠加时，振动减弱减弱，振幅，振幅减小减小动画演示1：波的叠加动画演示2：二、波的干涉现象二、波的干涉现象现象：现象：振动的水面上出现一条振动的水面上出现一条条从两个波源中间伸展出来的条从两个波源中间伸展出来的相对平静的区域和激烈振动的相对平静的区域和激烈振动的

4、区域区域结论：结论：峰峰相遇、谷谷相遇，质点振动加强，且最强峰峰相遇、谷谷相遇，质点振动加强，且最强 峰谷相遇时，质点振动减弱，且最弱峰谷相遇时，质点振动减弱，且最弱 1 1、波的干涉：、波的干涉：频率相同的两列波叠加，使某些区域频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，并且振动加强和的振动加强，某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔，这种现象叫做波的干涉振动减弱的区域互相间隔，这种现象叫做波的干涉动画演示动画演示:3：波的干涉：波的干涉2 2、干涉图样：、干涉图样：由波的干涉所形成的图样由波的干涉所形成的图样解释：解释：此图是某时刻两列波传播情况此图是

5、某时刻两列波传播情况 两列波的频率相等、波长相对两列波的频率相等、波长相对动画演示动画演示4：水波的干涉：水波的干涉 （1 1）频率相同；频率相同；（2 2）振动方向相同；）振动方向相同；（3 3）同相或相位差恒定。）同相或相位差恒定。满足上述三条件的波称为相干波，其波源称为满足上述三条件的波称为相干波，其波源称为相相干波源干波源。3 3、产生稳定干涉的条件：、产生稳定干涉的条件：解释：如果在某一时刻，在水面上的某一点是两列波的波峰和波峰相遇，经过半个周期，就变成波谷和波谷相遇波峰和波峰、波谷和波谷相遇时，质点的位移最大，等于两列波的振幅之和；因此在这一点，始终是两列波干涉的加强点，质点的振动

6、最激烈。如果在某一时刻，在水面上的某一点是两列波的波峰和波谷相遇，经过半个周期，就变成波谷和波峰相遇，在这一点，两列波引起的振动始终是减弱的，质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，如果两列波的振幅相同，质点振动的振幅就等于零，水面保持平静。把相应的振动最激烈的质点连起来，为振动加强区；把相应的振动最激烈的质点连起来，为振动加强区；相应的振动最不激烈或静止的质点连起来，为振动减相应的振动最不激烈或静止的质点连起来，为振动减弱区振动加强区和振动减弱区是相互隔开的弱区振动加强区和振动减弱区是相互隔开的3 3、振动加强点：、振动加强点：波程差波程差xx为整数倍波长，即为整数倍波长，即x=nx=n 振动减

7、弱点：振动减弱点：波程差波程差xx为半波长的奇数倍，即：为半波长的奇数倍，即：x=x=（2n+12n+1）2 2 注意：注意：（1 1）振动加强的区域振动始终加强，振动减弱的区域）振动加强的区域振动始终加强，振动减弱的区域振动始终减弱振动始终减弱（2 2）振动加强（减弱）的区域是指质点的振幅大）振动加强（减弱）的区域是指质点的振幅大（小），而不是指振动的位移大（小），因为位移是（小），而不是指振动的位移大（小），因为位移是在时刻变化的在时刻变化的4、说明：、说明：（1）干涉是波特有的现象，一切波都能发生干涉）干涉是波特有的现象，一切波都能发生干涉（2）不论增强区还是减弱区，各质点都做与波源相）

8、不论增强区还是减弱区，各质点都做与波源相同的振动，各质点的位移是周期性变化的同的振动，各质点的位移是周期性变化的（3）干涉是频率相同的波的叠加，是稳定的叠加，）干涉是频率相同的波的叠加，是稳定的叠加，是叠加的特殊情况是叠加的特殊情况例例1 1：在同一均匀介质中有在同一均匀介质中有S S1 1、S S2 2两个波源，这两个波两个波源，这两个波源的频率相同。源的频率相同。S S1 1、S S2 2相距两个波长，相距两个波长，B B点为点为S S1 1、S S2 2直直线的中点，今以线的中点，今以B B为圆心以为圆心以R R为半径画圆，问在该为半径画圆，问在该圆周上（圆周上（S S1 1、S S2

9、2两点除外）共有几个振动加强点。两点除外）共有几个振动加强点。答案答案 6个个S2S1BS2S1BA解析：解析：设设A点为振动加点为振动加强点，则有强点，则有|S1AS2A|n由图中可知：由图中可知：n0或或n1例例2 2.如图所示两列波相向传播，当它们相遇时如图所示两列波相向传播，当它们相遇时在图所示的甲、乙、丙、丁中，可能的是在图所示的甲、乙、丙、丁中，可能的是()A A图乙、丙图乙、丙 B B图甲、乙图甲、乙C C图乙、丙、丁图乙、丙、丁 D D图甲、乙图甲、乙A甲乙丙丁例例2 2如图所示，两列简谐波均沿如图所示，两列简谐波均沿x x轴传播，传播速轴传播，传播速度的大小相度的大小相 等，

10、其中一列沿等，其中一列沿x x方向传播方向传播(图中实线所图中实线所示示)，一列沿负，一列沿负x x方向传播方向传播(图中虚线所示图中虚线所示)，这两列，这两列波波的频率相同，振动方向均沿的频率相同，振动方向均沿y y轴，则图中轴，则图中x=1x=1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8各点中振幅最大的是各点中振幅最大的是x=x=的的点，振幅最小的是点，振幅最小的是x=x=的点。的点。4、82、6答案：答案：5个个例例3 3如图所示，在如图所示，在x x轴上的轴上的P P、Q Q两点位置上有两个频两点位置上有两个频率相同、振动方向也相同的相干波源，它们激起的机率相同、振动方向

11、也相同的相干波源，它们激起的机械波长是械波长是2m2m，P P、Q Q两点的横坐标分别是两点的横坐标分别是x xp p=1m=1m，x xQ Q=6m=6m，那么在那么在y y轴上从轴上从-+的位置上会出现振动减弱的区的位置上会出现振动减弱的区域有多少个域有多少个?随堂练习随堂练习1 1、下列两列波相遇时叠加的说法正确的是（、下列两列波相遇时叠加的说法正确的是（）A A、相遇后，振幅小的一列波将减弱，振幅大的一列、相遇后，振幅小的一列波将减弱，振幅大的一列波将加强。波将加强。B B、相遇后，两列波的振动情况与相遇前完全相同。、相遇后，两列波的振动情况与相遇前完全相同。C C、在相遇区域，任一点

12、的总位移等于两列波分、在相遇区域，任一点的总位移等于两列波分别引起是位移的矢量和。别引起是位移的矢量和。D D、几个人在同一房间说话，相互间听得很清楚，这、几个人在同一房间说话，相互间听得很清楚，这说明声波在相遇时互不干扰。说明声波在相遇时互不干扰。B C D 2 2、关于波的干涉，下列说法正确的是（、关于波的干涉，下列说法正确的是（）A A、只有横波才能产生干涉，纵波不能产生干涉。、只有横波才能产生干涉，纵波不能产生干涉。B B、只要是波就能产生稳定的干涉。、只要是波就能产生稳定的干涉。C C、不管是横波还是纵波，只要叠加的两列波的频、不管是横波还是纵波，只要叠加的两列波的频率相等，振动情况

13、相同就能产生稳定干涉。率相等，振动情况相同就能产生稳定干涉。D D、波的干涉是波叠加的特例、波的干涉是波叠加的特例C DC D3、当两列水波发生干涉时，如果两列波的波峰在、当两列水波发生干涉时，如果两列波的波峰在P点点相遇，下列说法正确的有：相遇，下列说法正确的有：A、质点、质点P的振动始终是加强的的振动始终是加强的 B、质点、质点P的振幅最大的振幅最大 C、质点、质点P的位移始终最大的位移始终最大 D、质点、质点P的位移有时候为零。的位移有时候为零。答案：答案：A、B、D4、如图所示两个频率与相位、振幅均相同的波的干、如图所示两个频率与相位、振幅均相同的波的干涉图样中，实线表示波峰，虚线表示

14、波谷，对叠加的涉图样中，实线表示波峰，虚线表示波谷，对叠加的结果正确的描述是结果正确的描述是 ()A在在A点出现波峰后，经过半个周期该点还是波峰点出现波峰后，经过半个周期该点还是波峰BB点在干涉过程中振幅始终为零点在干涉过程中振幅始终为零C两波在两波在B点路程差是波长的整数倍点路程差是波长的整数倍D当当C点为波谷时，经过一个周期此点出现波峰点为波谷时，经过一个周期此点出现波峰BS1S2ABDC 5 5、水面上有、水面上有A A、B B两个振动情况完全相同的振动源，两个振动情况完全相同的振动源，在在A A、B B连线的中垂线上有三个点连线的中垂线上有三个点a a、b b、c c，已知某时，已知某

15、时a a点是两列波波峰和波峰相遇点，点是两列波波峰和波峰相遇点，c c点是与点是与a a点最近的点最近的波谷和波谷相遇点，波谷和波谷相遇点，b b处在处在a a、c c之间，如下图，以下之间，如下图，以下说法正确的是：（说法正确的是：（）A A：a a振动加强，振动加强，c c点振动减弱点振动减弱B B：a a、c c点振动加强，点振动加强，b b点振动减弱点振动减弱C:aC:a、b b、c c点振动都加强点振动都加强D D：a a、c c点振动加强，点振动加强，b b点振动不确定点振动不确定ABabcC C三、波的衍射三、波的衍射1、波的衍射：、波的衍射：波可以绕过障碍物继续传播的现象波可以

16、绕过障碍物继续传播的现象动画演示动画演示5：波的衍射：波的衍射结论：结论：窄缝宽度跟波长相差不多时，有明显的衍射现象窄缝宽度跟波长相差不多时，有明显的衍射现象窄缝宽度比波长大得越多，衍射现象越不明显窄缝宽度比波长大得越多，衍射现象越不明显窄缝宽度跟波长相比非常大时，水波将直线传播，窄缝宽度跟波长相比非常大时，水波将直线传播，观察不到衍射现象观察不到衍射现象动画演示动画演示6：明显衍射的条件：明显衍射的条件2、发生明显衍射现象的条件、发生明显衍射现象的条件：障碍物或孔（包括缝）的尺寸跟波长相差不多，障碍物或孔（包括缝）的尺寸跟波长相差不多，或者比波长小或者比波长小注意：注意：一切波都能发生衍射，

17、而要发生明显的衍射现象须一切波都能发生衍射，而要发生明显的衍射现象须满足上述条件，当不满足上述条件时，衍射现象仍存满足上述条件，当不满足上述条件时，衍射现象仍存在，只不过是衍射现象不明显，不易被我们观察到在，只不过是衍射现象不明显，不易被我们观察到思考：思考：如何使衍射更明显？如何使衍射更明显？（减小尺寸或增大波长）减小尺寸或增大波长）3、说明：、说明：（1）衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射。）衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射。（2）波的衍射总是存在的，只有）波的衍射总是存在的，只有“明显明显”与与“不明不明显显”之分。之分。（3）波通过衍射把能量传播到障碍物的后面。）波通过衍

18、射把能量传播到障碍物的后面。1.1.衍射是波特有的现象衍射是波特有的现象,一切波都会产生衍射现象一切波都会产生衍射现象 2.2.衍射现象总是存在的衍射现象总是存在的,只有明显与不明显的差异只有明显与不明显的差异 3.3.障碍物或孔的尺寸大小障碍物或孔的尺寸大小,并不是决定衍射能否发生并不是决定衍射能否发生的条件的条件,仅是发生明显衍射的条件仅是发生明显衍射的条件 4.4.一般情况下波长较大的波容易产生显著的衍射现象一般情况下波长较大的波容易产生显著的衍射现象 5.5.波传到小孔（或障碍物）时波传到小孔（或障碍物）时,小孔或障碍物仿佛是小孔或障碍物仿佛是一个新的波源一个新的波源,由它发出与原来同

19、频率的波在孔或障碍物由它发出与原来同频率的波在孔或障碍物后传播后传播,于是就出现了偏离直线传播方向的衍射现象于是就出现了偏离直线传播方向的衍射现象 6.6.当孔的尺寸远小于波长时当孔的尺寸远小于波长时,尽管衍射十分突出尽管衍射十分突出,但由但由于能量的减弱于能量的减弱,衍射现象不容易观察到衍射现象不容易观察到课课 堂堂 小小 结结要点一：对波的干涉现象的理解要点一：对波的干涉现象的理解典例典例1：如图表示两个相干波源如图表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀产生的波在同一种均匀介质中相遇图中实线表示某时刻的波峰，虚线表示的是波谷，介质中相遇图中实线表示某时刻的波峰，虚线表示的是波谷，下

20、列说法正确的下列说法正确的()Aa、c两点的振动加强，两点的振动加强，b、d两点的振动减弱两点的振动减弱Be、f两点的振动介于加强点和减弱点之间两点的振动介于加强点和减弱点之间C经适当的时间后，加强点和减弱点的位置互换经适当的时间后，加强点和减弱点的位置互换D经半个周期后，原来位于波峰的点将位于波谷，原来位于经半个周期后，原来位于波峰的点将位于波谷，原来位于波谷的点将位于波峰波谷的点将位于波峰AD针对训练针对训练1-1：下列关于两列波相遇时叠加的说法正下列关于两列波相遇时叠加的说法正确的是（确的是（）A相遇后，振幅小的一列波将减弱，振幅大的一相遇后，振幅小的一列波将减弱，振幅大的一列波将加强列

21、波将加强B相遇后，两列波的振动情况与相遇前完全相同相遇后，两列波的振动情况与相遇前完全相同 C在相遇区域，任一点的总位移等于两列波分别在相遇区域，任一点的总位移等于两列波分别引起的位移的矢量和引起的位移的矢量和D几个人在同一房间说话，相互间听得清楚，这几个人在同一房间说话，相互间听得清楚，这说明声波在相遇时互不干扰说明声波在相遇时互不干扰BCD要点二：波的衍射的理解要点二：波的衍射的理解典例典例2：如图所示是观察水面波衍射的实验装置，如图所示是观察水面波衍射的实验装置，AC和和BD是是两块挡板，两块挡板，AB是一个孔，是一个孔，O是波源，图中已画出波源所在区是波源，图中已画出波源所在区域波的传

22、播情况，每两条相邻波纹（图中曲线）之间距离表示域波的传播情况，每两条相邻波纹（图中曲线）之间距离表示一个波长，则波经过孔后的传播情况，下列描述中正确的是一个波长，则波经过孔后的传播情况，下列描述中正确的是()A此时能明显观察到波的衍射现象此时能明显观察到波的衍射现象B挡板前后波纹间距离相等挡板前后波纹间距离相等 C如果将孔如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象扩大，有可能观察不到明显的衍射现象 D如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显观察到衍如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显观察到衍射现象射现象ABC针对训练针对训练2-1：关于波的衍射现象下列说法正确的关于波的衍射现象下列

23、说法正确的是是()A当孔的尺寸比波长大时，一定不会发生衍射现象当孔的尺寸比波长大时，一定不会发生衍射现象B只有孔的尺寸与波长相差不多时，或者比波长还只有孔的尺寸与波长相差不多时，或者比波长还小时会观察到明显的衍射现象小时会观察到明显的衍射现象C只有波才有衍射现象只有波才有衍射现象D以上说法均不正确以上说法均不正确BC例例1.1.下列现象或事实属于衍射现象的是下列现象或事实属于衍射现象的是()A.A.风从窗户吹进来风从窗户吹进来B.B.雪堆积在背风的屋后雪堆积在背风的屋后C.C.水波前进方向上遇到凸出水面的小石子水波前进方向上遇到凸出水面的小石子,小石子对波小石子对波的传播没有影响的传播没有影响

24、.D.D.晚上看到水中月亮的倒影晚上看到水中月亮的倒影C例例2.2.下列关于波的衍射的说法正确的是下列关于波的衍射的说法正确的是()A.A.衍射是一切机械波特有的现象衍射是一切机械波特有的现象B.B.对同一列波对同一列波,缝或孔缝或孔(障碍物障碍物)越小越小,衍射现象越明显衍射现象越明显C.C.只有横波才能发生衍射现象只有横波才能发生衍射现象,纵波不能发生衍射现象纵波不能发生衍射现象D.D.声波容易发生衍射是由于声波波长较大声波容易发生衍射是由于声波波长较大BD例例3.3.在水波槽的衍射实验中在水波槽的衍射实验中,若打击水面的振子的频率若打击水面的振子的频率是是5HZ,5HZ,水波在槽中的传播

25、速度为水波在槽中的传播速度为0.05m/s,0.05m/s,为观察到显为观察到显著的衍射现象著的衍射现象,小孔直径小孔直径d d应为应为()()A.10cm B.5cm C.d1cm D.d1cm D.d1cm D例例4 4：如图是观察水面波衍射的实验装置，如图是观察水面波衍射的实验装置，ACAC和和BDBD是两是两块挡板，块挡板，ABAB是一个孔，是一个孔，O O为波源，图中已画出波源所在为波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹（图中曲线）之区域波的传播情况，每两条相邻波纹（图中曲线）之间距离表示一个波长，则波经过孔之后的传播情况，间距离表示一个波长，则波经过孔之后的传播情况，下述描述正确的是（下述描述正确的是（）A A此时能明显观察到波的衍射现象此时能明显观察到波的衍射现象B B挡板前波纹间距离相等挡板前波纹间距离相等C C如果将孔如果将孔ABAB扩大，有可能观察不扩大，有可能观察不到明显的衍射现象到明显的衍射现象 D D如果孔的大小不变，使波源频率如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显地观察衍射现象增大，能更明显地观察衍射现象ABC.