高中物理选修3-4第十二章 机械波4 波的衍射和干涉学案

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第十二章 机械波12.4波的衍射和干涉（一）【教学目标】1．知道什么是波的衍射 。2．知道波发生明显衍射的条件。3．知道衍射是波所特有的现象。重点： 1.波的衍射现象。2.波能够产生明显衍射的条件。难点：产生明显衍射现象的条件的理解【自主预习】1.波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做波的________。2．实验表明：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长________，或者比波长________时，才能观察到明显的衍射现象。3．一切波________发生衍射。衍射是波________的现象。4.衍射现象的理解    ①衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射。    ②凡能发生衍射现象的就是波。    ③波的衍射总是存在的，只有“明显”与“不明显”的差异。    ④波长较长的波容易产生明显的衍射现象。    ⑤波传到孔或障碍物时，孔或障碍物仿佛一个新波源，由它发出与原来同频率的渡在孔或障碍物后传播，就偏离了直线方向。因此，波的直线传播只是在衍射不明显时的近似。 【典型例题】【例1】下列关于波的衍射的说法正确的是    (    ) A．衍射是一切波特有的现象B，对同一列波，缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长小时，衍射现象明显 C．只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象 D．声波容易发生衍射现象是由于声波波长较大 【例2】关于波的衍射．下列说法正确的是    (    )  A．衍射是一切波的特性  B．波长跟孔的宽度差不多时，能发生明显的衍射现象  C．波长比孔的宽度小得越多，衍射现象越不明显  D波长比孔的宽度大得越多，衍射现象越不明显  【例3】甲、乙两人分乘两只船在湖中钓鱼，两船相距24 m，有一列水波在湖面上传播，使每只船每分钟上下浮动 10次。当甲船位于波峰时，乙船位于波谷，这时两船之间还有一个波峰，则此水波的波长为多少?波速为多少?若此波在传播过程中遇到一根竖立的电线杆，是否会发生明显的衍射现象?     【例4】如图12－4－2所示是观察水面波衍射现象的实验装置，AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O是波源，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)之间的距离表示一个波长，则波经过孔之后的传播情况，下列描述中正确的是(　　)A．此时能明显观察到波的衍射现象B．挡板前后波纹间距离相等C．如果孔AB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，能更明显的观察到衍射现象 【例5】．把M、N两块挡板中的空隙当做一个“小孔”做水波的衍射实验，出现了如图12－4－3所示的图样，位置P处的水没有振动起来，现要使挡板左边的振动传到P处，在不改变挡板M的左右位置和P点位置的情况下，可以采用哪些办法？          【课堂反馈】1．以下关于波的衍射的说法中正确的是（   ）A．波遇到障碍物时，一定会发生明显的衍射现象B．当障碍物的尺寸比波长大得多时，衍射现象很明显C．当孔的大小比波长小时，衍射现象很明显D．只有当障碍物的尺寸与波长相差不多时，才会发生明显的衍射现象 2． 如图10.4－4所示，S是振源，MN是带孔的挡板，其中M固定，N可以上下移动，为了使原来不振动的A点振动起来，可采用的办法是（   ）A．增大S的振动频率   B．减小S的振动频率C．N上移     D．N下移 【课后练习】1．以下关于波的衍射说法正确的是  (        )                                         A．波遇到障碍物时，一定会发生明显的衍射现象B．当障碍物的尺寸比波长大得多时，衍射现象很明显C．当孔的大小比波长小时，衍射现象很明显D．只有当障碍物的尺寸与波长差不多时，才会发生明显的衍射现象 2．关于波的衍射现象，下列说法正确的是   (        )                                  A．某些波在一定条件下才有衍射现象B．某些波在任何情况下都有衍射现象C．一切波在一定条件下都有衍射现象D．一切波在任何情况下都有衍射现象 3．对于波长为100m的声波，下列说法正确的是(      )                               A．在同一均匀介质中，此波比波长为20的声波传播得更快B．不能被听见C．当孔的大小比波长小时，衍射现象很明显D．只有当障碍物的尺寸与波长差不多时，才会发生明显的衍射现象 4．在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子振动的频率为5Hz，水波在水波槽中的传播速度为0.05m/s，为观察到显著的衍射现象，小孔直径应为                      (      )A．10cm             B．5mC．大于1cm         D．小于1cm 5．“闻其声而不见其人”是因为一般障碍物的尺寸(　　)A．可以跟声波波长相比较，使声波发生明显衍射B．比声波波长大得多，声波不能发生衍射C．可以跟光波波长相比较，使光波也发生衍射D．比光波波长大得多，光波不能发生明显衍射 6．关于波的衍射现象，下列说法中正确的是(　　)A．水波绕过障碍物而继续传播的现象，即为波的衍射现象B．衍射现象是波特有的现象C．一切波都能发生衍射，只不过明显与否而已D．要发生明显的衍射，必须满足一定的条件 7．在下列四种情况中，能够使声波发生明显衍射的情况是(　　)A．声源频率为330 Hz，声速为340 m/s，障碍物尺寸为60 m×60 mB．声源频率为330 Hz，声速为1 500 m/s，障碍物尺寸为60 m×60 mC．声源频率为300 Hz，在空气中传播，障碍物尺寸为1 m×1 mD．声源频率为300 Hz，声速为1 500 m/s，障碍物尺寸为1 dm×1 dm 8．关于波的衍射现象，下列说法正确的是(　　)A．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，或者比波长还小时才会观察到明显的衍射现象C．只有波才有衍射现象D．以上说法均不正确 9．下列属于明显衍射现象的是(　　)A．隔墙有耳B．池中假山前有水波，假山后无水波C．河中芦苇后面没有留下无波的区域D．在大山前喊话，多次听到自己的声音 10．关于衍射，下列说法正确的是(　　)A．发生衍射就是波传到障碍物或孔的后面B．发生衍射的同时把波源的能量传播到“衍射”区域C．衍射只有波才能发生D．只有孔才能发生衍射，一块挡板不可能发生波的衍射 11．水波通过小孔，发生了一定程度的衍射，为使衍射现象更明显，下列做法可取的是(　　)A．增大小孔尺寸      B. 减小小孔尺寸C．增大水波频率      D．减小水波频率 12．在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子振动的频率是5 Hz，水波在水波槽中的传播速度是0.05 m/s，为观察到显著的衍射现象，小孔直径d应为(　　)A．10 cm       B．5 mC．d>1 cm       D．d<1 cm 13．波长为60 m和17 m的两列声波在空气中传播时，下列叙述中正确的是(　　)A．波长60 m的声波比波长17 m的声波传播速度慢B．波长60 m的声波比波长17 m的声波频率小C．波长60 m的声波比波长17 m的声波易发生衍射D．波长60 m的声波不能被反射 14．如下图所示是水波遇到小孔或障碍物后的图象，图中每两条实线间的距离约为一个波长，则其中可能出现的图象是(　　)     15．如图10．4－5所示是不同频率的水波通过相同的小孔所能到达区域的示意图，         情况中水波的频率最大；            情况中水波的频率最小．      例题答案：1. 答案 ：A、B、D 解析： 衍射是一切波特有的现象，所以选项A对c错；发生明显的衍射现象是有务件的，只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象，所以选项B是正确的；声波的波长在1．7 cm到17 m之问，一般常见的障碍物或孔的大小可与之相比，正是由于声波波长较大，声波容易发生衍射现象，所以选项D也是正确的。2.  ABC3.  16m.   8/3m/s   会发生4．【答案】A、B、C【解析】根据能有明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小或差不多。从图中可看出孔AB的尺寸小于一个波长，所以此时能明显地观察到波的衍射现象，A正确；因为穿过挡板小孔后的波速不变，频率相同，所以波长也相同，B正确；若将孔AB扩大，将可能不满足明显衍射现象的条件，就有可能观察不到明显的衍射现象，C正确；若将波源频率增大，由于波速不变，所以波长变小，将可能不满足明显衍射现象的条件，也有可能观察不到明显的衍射现象，D错误。5. 解析：波发生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸与波长相差不多，或者比波长更小，所以要使P点振动起来，有两种方法：一是减小孔的尺寸；二是增大波的波长。N板向上移，可以减小孔的尺寸，由v＝λf可知，水波的波速一定，减小波源的频率可以增大水波的波长。答案：N板上移，或减小波源振动的频率 课后练习： 5.解析：发生明显衍射现象的条件为障碍物或孔的尺寸比波长小，或与波长相差不多。由于声波波长大，能发生明显衍射现象，而光波波长太小，遇到常见物体或人，不能发生明显衍射现象，故答案为A、D。答案：A、D6. 解析：根据衍射的定义和产生明显衍射现象的条件可知，A、B、C、D都正确。答案：A、B、C、D7. 解析：由λ＝得：λA＝λC＝1.03 m，λB＝λD＝4.55 m，根据明显衍射的条件：障碍物的尺寸与波长相差不多，或比波长更小，可知，C、D正确。答案：C、D 8．BC　[当孔的尺寸比波长大时，会发生衍射现象，只不过不明显．只有当孔、缝或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才会发生明显衍射现象，切不可把此条件用来判断波是否发生了衍射现象．]9．AC10．ABC　[波在发生衍射时，其衍射区域的质点振动，因此具有能量．小孔或障碍物只要满足条件都能发生明显的衍射现象，D不正确．]11．BD　[根据发生明显衍射的条件，可知本题中要使现象更明显，可采取：减小小孔直径或增大水波波长，或同时减小小孔直径、增大水波波长，所以选项B正确，A错误；改变频率表面看对现象好像没影响，但情景中是水波，介质已确定，由v＝λf知：若f改变了，λ也会改变，就会影响衍射发生的明显程度，因此欲增大波长，必减小水波频率，故C错，D正确．]12．D　[本题考查波发生明显衍射的条件，一般直接比较孔的直径d与水波波长λ的关系即可，当d<λ时肯定发生明显的衍射，由题知水波的波长λ＝＝ m＝0.01 m＝1 cm.即孔径d应与1 cm相当或比它还小．]13．BC　[两列声波在同种介质中波速相同，选项A错误；由v＝λf得f＝，波长越大，频率越小，选项B正确；波长越大越容易发生衍射，选项C正确；一切波都能发生反射，选项D错误． 14．AB15.