第4节-波的衍射和干涉课件.ppt

1、一、波的衍射一、波的衍射 点击下图观看动画点击下图观看动画波的衍射波的衍射 波的衍射波的衍射：波可以绕过障碍物继续传：波可以绕过障碍物继续传 播的现象播的现象实验一实验一:水波的衍射现象及在波长一水波的衍射现象及在波长一定的情况狭缝宽对衍射实验的影响定的情况狭缝宽对衍射实验的影响.现象：现象：水波绕过小孔继续传播水波绕过小孔继续传播 说明说明:衍射是波特有的衍射是波特有的 现象现象;一切波都能一切波都能发生衍射发生衍射 衍射现象总是存衍射现象总是存在的在的,只有明显和只有明显和不明显的差异不明显的差异.实验二实验二:在狭缝宽度一定的情况在狭缝宽度一定的情况下，波长对衍射实验的影响下，波长对衍射

2、实验的影响结论：结论：窄缝宽度跟波长相差不多时，有明显窄缝宽度跟波长相差不多时，有明显的衍射现象；的衍射现象；窄缝宽度比波长大得越多，衍射现象窄缝宽度比波长大得越多，衍射现象越不明显；越不明显；窄缝宽度跟波长相比非常大时，水波窄缝宽度跟波长相比非常大时，水波将直线传播，观察不到衍射现象将直线传播，观察不到衍射现象二、发生明显衍射现象的条件：二、发生明显衍射现象的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，波长相差不多，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象才能观察到明显的衍射现象注意：注意：一切波都能发生衍射，而要发一切波都能发生衍

3、射，而要发生明显的衍射现象须满足上述条件，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，不易在，只不过是衍射现象不明显，不易被我们观察到被我们观察到(1)声波的波长在声波的波长在1.7 cm17 m之间之间,与一般障碍物的尺寸相比差不多，与一般障碍物的尺寸相比差不多，或比其大，故声波的衍射现象极为或比其大，故声波的衍射现象极为明显明显(2)闻其声不见其人，说明声波能绕闻其声不见其人，说明声波能绕过障碍物发生明显的衍射而光波不过障碍物发生明显的衍射而光波不易发生明显的衍射现象，使声音能易发生明显的衍射现象，使声音能绕过

4、障碍物传入人耳，而光不能绕绕过障碍物传入人耳，而光不能绕过障碍物传入人眼过障碍物传入人眼声波的衍射现象声波的衍射现象特别提醒：特别提醒：衍射现象总是存在的，只是明显和不衍射现象总是存在的，只是明显和不明显的差异明显的差异障碍物或孔的尺寸大小，并不是决定障碍物或孔的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是衍射现象是衍射能否发生的条件，仅是衍射现象是否明显的条件，一般情况下，波长较大否明显的条件，一般情况下，波长较大的波容易产生显著的衍射现象的波容易产生显著的衍射现象当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但由于衍射波的能量很弱，十分突出，但由于衍射波的能量很

5、弱，衍射现象不容易观察到衍射现象不容易观察到【例例1 1】下列现象属于显著的衍射现象的是下列现象属于显著的衍射现象的是()A A水波前进方向上遇到一棵芦苇，芦苇对波水波前进方向上遇到一棵芦苇，芦苇对波的传播没有影响的传播没有影响B B水波前进方向上遇到一个障碍物，障碍物水波前进方向上遇到一个障碍物，障碍物后面的水并没有发生振动后面的水并没有发生振动C C水波前进方向上有一静止的船，船后的区水波前进方向上有一静止的船，船后的区域没有明显的波浪域没有明显的波浪D D水波前进方向中上有一个带缺口的屏水波前进方向中上有一个带缺口的屏,水水波沿缺口直线传播波沿缺口直线传播,屏后屏后“阴影区”的水【例例2

6、 2】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是两块挡板，是两块挡板，ABAB是一个孔，是一个孔，O O为波源，为波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，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）之间距离表每两条相邻波纹（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，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

7、明显的衍射现到明显的衍射现象象 D D如果孔的大小不变，使波源频率增大，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能更明显地观察衍射现象解析：解析：由图可看出孔由图可看出孔ABAB与波长相差不多，则与波长相差不多，则A A对对.介质及波源不变则波长不变，介质及波源不变则波长不变，B B对对 将孔变大，若孔的大小比较大则不能看到将孔变大，若孔的大小比较大则不能看到明显衍射现象，明显衍射现象，C C对对 增大频率，更不容易看到衍射现象，增大频率，更不容易看到衍射现象，D D错错.所以，正确选项为所以，正确选项为A AB B、C.C.三、波的叠加三、波的叠加1 1、波传播的独立性、波传

8、播的独立性 几列波相遇之后，几列波相遇之后，仍然保持它仍然保持它们各自原有的特征（频们各自原有的特征（频、波长、波长、振幅、振动方向等）不变，并按照振幅、振动方向等）不变，并按照原来的方向继续前进，好象没有遇原来的方向继续前进，好象没有遇到过其他波一样到过其他波一样.2 2、叠加原理、叠加原理 在相遇区域内任一质点在相遇区域内任一质点同时参与同时参与这几列波引起的振动，质点的这几列波引起的振动，质点的总位总位移等于移等于这几列波单独存在时在该点这几列波单独存在时在该点所引起的振动位移的所引起的振动位移的矢量和矢量和.当波峰与波峰、波谷与波谷相当波峰与波峰、波谷与波谷相遇时振动加强。遇时振动加强

9、。当波峰与波谷相遇时振动减弱。当波峰与波谷相遇时振动减弱。振动加强点振动加强点:两列波引起的振动两列波引起的振动 方向方向始终相同始终相同。振动减弱点振动减弱点:两列波引起的振动两列波引起的振动 方向方向始终相反始终相反。四四 、波的干涉、波的干涉 （一）（一）波的干涉波的干涉 频率相同的两列波叠加，使某些频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动始终加强，某些区域的振区域的振动始终加强，某些区域的振动始终减弱，并且振动加强和振动减动始终减弱，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弱的区域互相间隔这种现象叫做波的干涉，形成的图样叫做干涉，形成的图样叫做干涉图样干涉图样。（二）干涉图样

10、的特点（二）干涉图样的特点2.2.振动加强点和减弱点是间隔出现的振动加强点和减弱点是间隔出现的.3.3.振动加强点是指振幅较大的点振动加强点是指振幅较大的点,不是位不是位 移始终最大。移始终最大。4.4.干涉图样中，不只有振动加强的质点干涉图样中，不只有振动加强的质点 和振动减弱的质点。和振动减弱的质点。1.1.两列频率相同的波叠加两列频率相同的波叠加,振动加强振动加强点始终加强点始终加强,振动减弱点始终减弱。振动减弱点始终减弱。（三）（三）产生干涉的必要条件产生干涉的必要条件两波源的两波源的频率相同频率相同。ns 2)12(ns加强加强减弱减弱到两波源的路程差（波程差）到两波源的路程差（波程

11、差）s s满足满足:l若两波源振动情况完全相同若两波源振动情况完全相同（四）加强点和减弱点的分布规律（四）加强点和减弱点的分布规律ns 2)12(ns减弱减弱加强加强到两波源的路程差（波程差）到两波源的路程差（波程差）s s满足满足:l若两波源振动情况完全相反若两波源振动情况完全相反例例3 3 水槽中步调相反的波源水槽中步调相反的波源S S1 1、S S2 2发出两列波长相等的水波发出两列波长相等的水波,设某一时设某一时刻刻P P点恰好是两波谷相遇点恰好是两波谷相遇,则则()()A A这两列波能干涉这两列波能干涉 B BP P点始终就在波谷点始终就在波谷C CP P是振动加强点是振动加强点 D

12、 DP P的位移有时可为零的位移有时可为零ACD【例例4 4】如图所示，两列简谐横波分别沿如图所示，两列简谐横波分别沿x x轴轴正方向和负方向传播，两波源分别位于正方向和负方向传播，两波源分别位于x x2 210101 1 m m和和x x121210101 1 m m处，两列波的波处，两列波的波速均为速均为v v0.4m/s0.4m/s，两波源的振幅均为，两波源的振幅均为A A2cm.2cm.图示为图示为t t0 0时刻两列波的图象时刻两列波的图象(传播方向传播方向如图如图)，此刻平衡位置处于，此刻平衡位置处于x x0.2m0.2m和和0.8m0.8m的的P P、Q Q两质点刚开始振动质点两

13、质点刚开始振动质点M M的平衡位置处的平衡位置处于于x x0.5m0.5m处，关于各质点运动情况的判断正处，关于各质点运动情况的判断正确的是确的是 ()A A质点质点P P、Q Q都首先沿都首先沿y y轴正方向运动轴正方向运动B Bt t0.75s0.75s时刻，两波相遇时刻，两波相遇C Ct t1s1s时刻，质点时刻，质点M M的位移为的位移为4cm4cmD Dt t1s1s时刻，质点时刻，质点M M的位移为的位移为4cm4cm例例.如图所示两列波相向传播，当它们相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，可能遇时在图所示的甲、乙、丙、丁中，可能的是的是()A A图乙、

14、丙图乙、丙 B B图甲、乙、丁图甲、乙、丁C C图乙、丙、丁图乙、丙、丁 D D图甲、乙图甲、乙A甲乙丙丁 例如图所示，两列简谐波均沿例如图所示，两列简谐波均沿x x轴传播，轴传播，传播速度的大小相传播速度的大小相 等，其中一列沿等，其中一列沿x x方向传播方向传播(图中实线所示图中实线所示)，一列沿负，一列沿负x x方向传播方向传播(图中虚图中虚线所示线所示)，这两列波的频率相同，振动方向均，这两列波的频率相同，振动方向均沿沿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各各点中振幅最大的是点中振幅最大的是x=x=的点，振幅最小的的点，振幅最小

15、的是是x=x=的点。的点。4、82、6 例如图所示，在例如图所示，在x x轴上的轴上的P P、Q Q两点位置上有两点位置上有两个频率相同、振动方向也相同的相干波源，两个频率相同、振动方向也相同的相干波源，它们激起的机械波长是它们激起的机械波长是2m2m，P P、Q Q两点的横坐标两点的横坐标分别是分别是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域有多少个的位置上会出现振动减弱的区域有多少个?5个个 例如右图所示，在同一均匀介质中，有例如右图所示，在同一均匀介质中，有S S1 1、S S2 2两个完全相同的波源两个完全相同的

16、波源S S1 1、S S2 2之间相距之间相距两个波长。点两个波长。点B B为为S S1 1、S S2 2连线的中点，今以连线的中点，今以点点B B为圆心，为圆心，R=BSR=BS1 1为半径画圆，问在该圆为半径画圆，问在该圆周上，除周上，除S S1 1、S S2 2两波源外，共有几个振动加两波源外，共有几个振动加强的点强的点?()?()S1S2B例例关于波的干涉，下列说法正确的是（关于波的干涉，下列说法正确的是（）A A两列波相遇时，可以相互穿过继续传播，只在重叠两列波相遇时，可以相互穿过继续传播，只在重叠区域发生叠加区域发生叠加B B两列波叠加区域的任何介质质点的实际位移是两列两列波叠加区

17、域的任何介质质点的实际位移是两列波单独引起位移的矢量和波单独引起位移的矢量和C C两列波相遇时，一列波对另一列的影响叫干涉两列波相遇时，一列波对另一列的影响叫干涉D D干涉是特殊条件下叠加现象，两个频率相同的源振干涉是特殊条件下叠加现象，两个频率相同的源振动产生的波可能发生干涉象动产生的波可能发生干涉象E E两列波发生稳定的干涉现象时，某一位置某时刻是两列波发生稳定的干涉现象时，某一位置某时刻是振动加强区，一个周期后变为振动减弱区振动加强区，一个周期后变为振动减弱区F F干涉是波所特的的现象，不是波就不会发生干涉干涉是波所特的的现象，不是波就不会发生干涉ABDF例例两列波长相同的水波发生干涉，

18、若在某两列波长相同的水波发生干涉，若在某一时刻，一时刻，P P点处恰好两列波的波峰相遇，点处恰好两列波的波峰相遇，Q Q点点处两列波的波谷相遇，则（处两列波的波谷相遇，则（）A AP P点的振幅最大，点的振幅最大，Q Q点的振幅最小点的振幅最小B BP P、Q Q两点的振幅都是原两列波的振幅之和两点的振幅都是原两列波的振幅之和C CP P、Q Q两点的振动周期相同两点的振动周期相同D DP P、Q Q两点始终处在最大位移处和最小位移两点始终处在最大位移处和最小位移处处BC 例例如如图图所示，所示，S S1 1、S S2 2是两个频率相等的波是两个频率相等的波源，它们在同一种介质中传播，以源，它们在同一种介质中传播，以S S1 1、S S2 2为为圆心的两组同心圆弧分别表示同一时刻两列圆心的两组同心圆弧分别表示同一时刻两列波的波峰（实线）和波谷（虚线）则以下说波的波峰（实线）和波谷（虚线）则以下说法正确的是：（法正确的是：（）A A质点质点A A是振动加强点是振动加强点B B质点质点D D是振动减弱点是振动减弱点C C再过半周期，质点再过半周期，质点B B、C C是振动加强是振动加强D D质点质点A A始终处于最大位移始终处于最大位移 A