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高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册4 波的干涉课文内容ppt课件
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这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册4 波的干涉课文内容ppt课件，共44页。PPT课件主要包含了课前·基础认知，课堂·重难突破，素养·目标定位，随堂训练，知识概览，一波的叠加，二波的干涉等内容，欢迎下载使用。
目 标 素 养1.知道波的叠加和波的干涉现象,形成正确的物理观念。2.理解形成稳定干涉图样的条件,知道波的干涉图样的特点,培养科学思维能力,培养分析解答实际问题的能力。3.知道干涉是波特有的现象,了解波的干涉在生活中的应用,感受物理与生活的密切联系。
一、波的叠加1.波的独立传播:几列波相遇时能够保持各自的运动特征,继续传播。即各自的波长、频率等保持不变。2.波的叠加:在几列波重叠的区域里,介质的质点同时参与这几列波引起的振动,质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和。
微训练1 下列关于两列波相遇时叠加的说法不正确的是( )A.相遇之后,振幅小的一列波将减弱,振幅大的一列波将加强B.相遇之后,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,这说明声波在相遇时互不干扰答案:A
解析:两列波相遇时,每一列波引起的振动情况都保持不变,而质点的振动则是两列波共同作用的结果,故选项A错误,B、C正确;几个人在同一房间说话,发出的声波在空间中相互叠加后,并不改变每列波的振幅、频率,所以声波传到人的耳朵后,仍能分辨出不同的人所说的话,故选项D正确。
二、波的干涉1.干涉现象。频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列波叠加时,某些区域的振动总是加强,某些区域的振动总是减弱,这种现象叫作波的干涉,形成的这种稳定图样叫作干涉图样。2.两列波产生稳定干涉的条件。(1)两列波的频率必须相同。(2)两个波源的相位差必须保持不变。(3)两列波在相遇区域各质点引起的振动方向总是相同。
3.波的干涉和衍射都是波所特有的现象。一切波只要满足上述条件都能发生干涉。跟衍射一样,干涉也是波特有的现象。
微判断1.任意两列波都能产生稳定干涉现象。( )2.发生稳定干涉现象的两列波,它们的频率一定相同。( )3.在振动减弱的区域,各质点都处于波谷。( )4.在振动加强的区域,有时质点的位移等于零。( )5.两列波叠加时产生干涉现象,其振动加强的位置和减弱的位置是不变的。( )
微训练21.(多选)当两列同频率的水波发生干涉现象时,若两列波的波峰在P点相遇,则( )A.质点P的振动始终加强B.质点P的频率最大C.质点P的位移始终最大D.质点P的位移有时可能为零答案:AD
解析:由于两列波的波峰在P点相遇,P点是振动加强点,且振动始终加强,选项A正确;两列波发生干涉,它们的周期和频率不会发生改变,各个点的频率仍是相同的,选项B错误;振动加强并不意味着其位移始终最大,振动加强点的振幅最大,但位移总在变化,有时可能为零,选项C错误,D正确。
2.(多选)图中S1、S2是两个相干波源,由它们发出的波相互叠加,实线表示波峰,虚线表示波谷。则对a、b、c三点振动情况的判断正确的是( )A.b处的振动永远互相减弱B.a处永远是波峰与波峰相遇C.b处在该时刻是波谷与波谷相遇D.c处的振动永远互相减弱答案:CD
解析:b处此刻是波谷和波谷相遇,位移为负的最大值,振动是加强的,选项A错误,C正确;a处此刻是波峰与波峰相遇,过半个周期后变成波谷与波谷相遇,始终是振动加强的点,并非永远是波峰与波峰相遇的点,选项B错误;c处此刻是波峰、波谷相遇,过半个周期后仍是波峰、波谷相遇,它的振动永远互相减弱,选项D正确。
重难归纳1.波的独立传播。几列波相遇时能够保持各自的运动特征,继续传播。相遇后各列波的状态保持原状,不受彼此的影响。2.波的叠加。波的叠加原理是波具有独立传播性的必然结果,由于总位移是两个位移的矢量和,所以叠加区域的质点的位移可能增大,也可能减小。
两列同相波的叠加,振动加强,振幅增大(如图甲所示)。两列反相波的叠加,振动减弱,振幅减小(如图乙所示)。
当教室内乐队合奏时,我们听到的某种乐器的声音与这种乐器独奏时发出的声音是否相同?这种声音是否受到了其他乐器的影响?提示:相同,没有受到其他乐器的影响。
典例剖析(多选)如图所示,两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播,两波源分别位于x=-2 cm和x=12 cm处,两列波的波速均为v=4 cm/s,两波源的振幅均为A=2 cm。下图为t=0时刻两列波的图像,此刻平衡位置处于x=2 cm和8 cm的P、Q两质点刚开始振动。质点M的平衡位置处于x=5 cm处,关于各质点运动情况的判断正确的是( )
A.质点P、Q都首先沿y轴负向运动B.t=0.75 s时刻,质点P、Q都运动到M点C.t=1 s时刻,质点M的位移为+4 cmD.t=1 s时刻,质点M的位移为-4 cm答案:AD解析:根据“上下坡法”可以判断,质点P、Q都首先沿y轴负向运动,选项A正确;两列波波速相等,经过t=0.75 s,两波传播的路程都为3 cm,但P、Q两质点并不沿x轴运动,选项B错误;t=1 s时刻,左边波传到x=6 cm处,右边波传到x=4 cm处,两波的波谷相遇在M点,叠加后质点M的位移为-4 cm,选项C错误,D正确。
学以致用波源甲、乙分别在一根水平放置的绳的左右两端,两波源发出的波振幅和波长均相等,在绳中的传播速度均是1 m/s,在t=0时刻绳上的波形如图中(a)所示,则根据波的叠加原理,以下叙述中正确的是( )A.当t=2 s时,波形如图①所示,当t=4 s时,波形如图②所示B.当t=2 s时,波形如图①所示,当t=4 s时,波形如图③所示C.当t=2 s时,波形如图②所示,当t=4 s时,波形如图①所示D.当t=2 s时,波形如图②所示,当t=4 s时,波形如图③所示答案:D
解析:根据波的叠加原理,由于波速v=1 m/s,因此在t=2 s时,两列波都传到2、3之间,叠加后各质点位移为0,如题图中②所示;两列波传播时互不干扰,因此t=4 s时,都传到了对方一侧,如题图中③所示,因此选项D正确。
重难归纳1.波的叠加是无条件的,任何频率的两列波在空间相遇都会叠加。2.稳定干涉图样的产生是有条件的,必须是两列波的频率相同、相位差恒定、振动方向相同。
3.干涉图样及其特点。(1)干涉图样如图所示。
(2)特点。①加强区和减弱区的位置固定不变。②加强区始终加强,减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化)。③加强区与减弱区互相间隔。
4.振动加强点和减弱点。(1)加强点:振动的振幅等于两列波振幅之和,A=A1+A2。(2)减弱点:振动的振幅等于两列波振幅之差,A=|A1-A2|。(3)加强点和减弱点的判断。①条件判断法:振动频率相同、振动情况完全相同的两波叠加时,设点到两波源的路程差为Δx,当Δx=|x2-x1|=kλ时为振动加强点;当Δx=|x2-x1|=(2k+1) 时为振动减弱点(k=0,1,2,…)。若两波源振动步调相反,则上述结论相反。②现象判断法:若某点总是波峰与波峰或波谷与波谷相遇,则该点为加强点;若总是波峰与波谷相遇,则为减弱点。
名师点睛明显的干涉图样和稳定的干涉图样意义是不同的,明显的干涉图样除了满足相干条件外,还必须满足两列波振幅差别不大。振幅越是接近,干涉图样越明显。
有人说在波的干涉图样中,加强点就是位移始终最大的点,减弱点就是位移始终为零的点,这种说法对吗?提示:这种说法不正确。在干涉图样中的加强点是以两列波的振幅之和为振幅振动的点,某一瞬时振动位移可能是零。同理,减弱点是以两列波的振幅之差为振幅振动的点,它的位移不一定始终为零。
典例剖析(多选)下图为两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇时产生的干涉图样。图中实线表示某时刻的波峰,虚线表示波谷,下列说法正确的是( )A.a、c两点的振动加强,b、d两点的振动减弱B.e、f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D.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答案:AD
解析:a点是波谷和波谷相遇的点,c点是波峰和波峰相遇的点,都是振动加强的点;而b、d两点是波峰和波谷相遇的点,都是振动减弱的点,选项A正确。e点位于S1S2连线的中垂线上,为加强点,选项B错误。相干波源叠加产生的干涉是稳定的,不会随时间变化,选项C错误。因形成干涉图样的质点都在不停地做周期性振动,经半个周期步调相反,选项D正确。
规律总结振动加强点与振动减弱点的判断方法
学以致用如图所示,MN是水池的边缘,S1和S2是水池中水面上两个振动情况完全相同的相干波源,它们激起的水波波长为2 m。S1和S2连线垂直于MN,且它们与MN的距离分别是8 m和3 m。设MN足够长,则在水池边界MN上共有几处水面是平静的( )
A.1处 B.3处C.5处 D.无数处答案:C
解析:在MN上任取一点P,连接PS1、PS2,由几何知识可知PS1-PS2≤S1S2=5 m,所以(PS1-PS2)可以取1 m、3 m、5 m。取5 m时即对应图中的P0点,取1 m、3 m时,P0点左右可分别取点,所以共计有5处水面是平静的。
1.关于波的叠加和干涉,下列说法正确的是( )A.两列频率不相同的波相遇时,因为没有稳定的干涉图样,所以波没有叠加B.两列频率相同的波相遇时,振动加强的点只是波峰与波峰相遇的点C.两列频率相同的波相遇时,介质中振动加强的质点在某时刻的位移可能是零D.两列频率相同的波相遇时,振动加强的质点的位移总是比振动减弱的质点的位移大答案:C
解析:两列波相遇时一定叠加,没有条件,选项A错误;振动加强点是振幅等于两列波的振幅之和,而不只是波峰与波峰相遇,选项B错误;加强点的振幅增大,质点仍然在自己的平衡位置两侧振动,故某时刻的位移可以是振幅范围内的任何值,选项C正确,D错误。
2.如图所示,水面上有A、B两个振动情况完全相同的波源,在AB连线的垂直平分线上有a、b、c三个质点,已知某时刻,a点是两列波的波峰相遇点,c点是与a点相邻的两列波的波谷相遇点,b为a、c的中点,则以下说法正确的是( )A.a点是振动加强点,c点是振动减弱点B.a点与c点都是振动加强点,b点是振动减弱点C.a点与c点此时刻是振动加强点,经过一段时间后变成振动减弱点,而b点可能变成振动加强点D.a、b、c都是振动加强点答案:D
解析:在A、B的垂直平分线上的所有点到A、B的路程差都等于0,因此都是振动加强点,故选项D正确。
3.图甲中有振动方向相同的两横波,横波1沿BP方向传播,B点的振动图像如图乙所示;横波2沿CP方向传播,C点的振动图像如图丙所示,P与B相距40 cm,P与C相距50 cm,波速都为20 cm/s。两横波在P处相遇,P点振幅为( )
A.70 cmB.50 cmC.10 cmD.35 cm答案:A
解析:周期T=1 s,波速为v=0.2 m/s,故波长λ=vT=0.2 m,lPC-lPB= 50 cm-40 cm=10 cm=0.1 m=0.5λ,而t=0时刻两波的振动方向相反,则P是振动加强的点,振幅等于两波振幅之和,即为70 cm,故选项A正确。
4.(多选)两波源A、B分别位于x=0和x=7 m的位置持续振动,产生甲、乙两列沿x轴相向传播的简谐横波,t=0时刻的波形如图所示,已知两列波的传播速度均为v=1 m/s。下列说法正确的是( )A.t=0时刻,x=1 m处的质点与x=5 m处的质点均沿y轴负方向运动B.t=1.5 s时两列波相遇C.x=3 m处的质点是振动加强点D.在t=2 s时,位于x=3.5 m处的质点位移为-2 cm答案:BCD
目 标 素 养1.知道波的叠加和波的干涉现象,形成正确的物理观念。2.理解形成稳定干涉图样的条件,知道波的干涉图样的特点,培养科学思维能力,培养分析解答实际问题的能力。3.知道干涉是波特有的现象,了解波的干涉在生活中的应用,感受物理与生活的密切联系。
一、波的叠加1.波的独立传播:几列波相遇时能够保持各自的运动特征,继续传播。即各自的波长、频率等保持不变。2.波的叠加:在几列波重叠的区域里,介质的质点同时参与这几列波引起的振动,质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和。
微训练1 下列关于两列波相遇时叠加的说法不正确的是( )A.相遇之后,振幅小的一列波将减弱,振幅大的一列波将加强B.相遇之后,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,这说明声波在相遇时互不干扰答案:A
解析:两列波相遇时,每一列波引起的振动情况都保持不变,而质点的振动则是两列波共同作用的结果,故选项A错误,B、C正确;几个人在同一房间说话,发出的声波在空间中相互叠加后,并不改变每列波的振幅、频率,所以声波传到人的耳朵后,仍能分辨出不同的人所说的话,故选项D正确。
二、波的干涉1.干涉现象。频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列波叠加时,某些区域的振动总是加强,某些区域的振动总是减弱,这种现象叫作波的干涉,形成的这种稳定图样叫作干涉图样。2.两列波产生稳定干涉的条件。(1)两列波的频率必须相同。(2)两个波源的相位差必须保持不变。(3)两列波在相遇区域各质点引起的振动方向总是相同。
3.波的干涉和衍射都是波所特有的现象。一切波只要满足上述条件都能发生干涉。跟衍射一样,干涉也是波特有的现象。
微判断1.任意两列波都能产生稳定干涉现象。( )2.发生稳定干涉现象的两列波,它们的频率一定相同。( )3.在振动减弱的区域,各质点都处于波谷。( )4.在振动加强的区域,有时质点的位移等于零。( )5.两列波叠加时产生干涉现象,其振动加强的位置和减弱的位置是不变的。( )
微训练21.(多选)当两列同频率的水波发生干涉现象时,若两列波的波峰在P点相遇,则( )A.质点P的振动始终加强B.质点P的频率最大C.质点P的位移始终最大D.质点P的位移有时可能为零答案:AD
解析:由于两列波的波峰在P点相遇,P点是振动加强点,且振动始终加强,选项A正确;两列波发生干涉,它们的周期和频率不会发生改变,各个点的频率仍是相同的,选项B错误;振动加强并不意味着其位移始终最大,振动加强点的振幅最大,但位移总在变化,有时可能为零,选项C错误,D正确。
2.(多选)图中S1、S2是两个相干波源,由它们发出的波相互叠加,实线表示波峰,虚线表示波谷。则对a、b、c三点振动情况的判断正确的是( )A.b处的振动永远互相减弱B.a处永远是波峰与波峰相遇C.b处在该时刻是波谷与波谷相遇D.c处的振动永远互相减弱答案:CD
解析:b处此刻是波谷和波谷相遇,位移为负的最大值,振动是加强的,选项A错误,C正确;a处此刻是波峰与波峰相遇,过半个周期后变成波谷与波谷相遇,始终是振动加强的点,并非永远是波峰与波峰相遇的点,选项B错误;c处此刻是波峰、波谷相遇,过半个周期后仍是波峰、波谷相遇,它的振动永远互相减弱,选项D正确。
重难归纳1.波的独立传播。几列波相遇时能够保持各自的运动特征,继续传播。相遇后各列波的状态保持原状,不受彼此的影响。2.波的叠加。波的叠加原理是波具有独立传播性的必然结果,由于总位移是两个位移的矢量和,所以叠加区域的质点的位移可能增大,也可能减小。
两列同相波的叠加,振动加强,振幅增大(如图甲所示)。两列反相波的叠加,振动减弱,振幅减小(如图乙所示)。
当教室内乐队合奏时,我们听到的某种乐器的声音与这种乐器独奏时发出的声音是否相同?这种声音是否受到了其他乐器的影响?提示:相同,没有受到其他乐器的影响。
典例剖析(多选)如图所示,两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播,两波源分别位于x=-2 cm和x=12 cm处,两列波的波速均为v=4 cm/s,两波源的振幅均为A=2 cm。下图为t=0时刻两列波的图像,此刻平衡位置处于x=2 cm和8 cm的P、Q两质点刚开始振动。质点M的平衡位置处于x=5 cm处,关于各质点运动情况的判断正确的是( )
A.质点P、Q都首先沿y轴负向运动B.t=0.75 s时刻,质点P、Q都运动到M点C.t=1 s时刻,质点M的位移为+4 cmD.t=1 s时刻,质点M的位移为-4 cm答案:AD解析:根据“上下坡法”可以判断,质点P、Q都首先沿y轴负向运动,选项A正确;两列波波速相等,经过t=0.75 s,两波传播的路程都为3 cm,但P、Q两质点并不沿x轴运动,选项B错误;t=1 s时刻,左边波传到x=6 cm处,右边波传到x=4 cm处,两波的波谷相遇在M点,叠加后质点M的位移为-4 cm,选项C错误,D正确。
学以致用波源甲、乙分别在一根水平放置的绳的左右两端,两波源发出的波振幅和波长均相等,在绳中的传播速度均是1 m/s,在t=0时刻绳上的波形如图中(a)所示,则根据波的叠加原理,以下叙述中正确的是( )A.当t=2 s时,波形如图①所示,当t=4 s时,波形如图②所示B.当t=2 s时,波形如图①所示,当t=4 s时,波形如图③所示C.当t=2 s时,波形如图②所示,当t=4 s时,波形如图①所示D.当t=2 s时,波形如图②所示,当t=4 s时,波形如图③所示答案:D
解析:根据波的叠加原理,由于波速v=1 m/s,因此在t=2 s时,两列波都传到2、3之间,叠加后各质点位移为0,如题图中②所示;两列波传播时互不干扰,因此t=4 s时,都传到了对方一侧,如题图中③所示,因此选项D正确。
重难归纳1.波的叠加是无条件的,任何频率的两列波在空间相遇都会叠加。2.稳定干涉图样的产生是有条件的,必须是两列波的频率相同、相位差恒定、振动方向相同。
3.干涉图样及其特点。(1)干涉图样如图所示。
(2)特点。①加强区和减弱区的位置固定不变。②加强区始终加强,减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化)。③加强区与减弱区互相间隔。
4.振动加强点和减弱点。(1)加强点:振动的振幅等于两列波振幅之和,A=A1+A2。(2)减弱点:振动的振幅等于两列波振幅之差,A=|A1-A2|。(3)加强点和减弱点的判断。①条件判断法:振动频率相同、振动情况完全相同的两波叠加时,设点到两波源的路程差为Δx,当Δx=|x2-x1|=kλ时为振动加强点;当Δx=|x2-x1|=(2k+1) 时为振动减弱点(k=0,1,2,…)。若两波源振动步调相反,则上述结论相反。②现象判断法:若某点总是波峰与波峰或波谷与波谷相遇,则该点为加强点;若总是波峰与波谷相遇,则为减弱点。
名师点睛明显的干涉图样和稳定的干涉图样意义是不同的,明显的干涉图样除了满足相干条件外,还必须满足两列波振幅差别不大。振幅越是接近,干涉图样越明显。
有人说在波的干涉图样中,加强点就是位移始终最大的点,减弱点就是位移始终为零的点,这种说法对吗?提示:这种说法不正确。在干涉图样中的加强点是以两列波的振幅之和为振幅振动的点,某一瞬时振动位移可能是零。同理,减弱点是以两列波的振幅之差为振幅振动的点,它的位移不一定始终为零。
典例剖析(多选)下图为两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇时产生的干涉图样。图中实线表示某时刻的波峰,虚线表示波谷,下列说法正确的是( )A.a、c两点的振动加强,b、d两点的振动减弱B.e、f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D.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答案:AD
解析:a点是波谷和波谷相遇的点,c点是波峰和波峰相遇的点,都是振动加强的点;而b、d两点是波峰和波谷相遇的点,都是振动减弱的点,选项A正确。e点位于S1S2连线的中垂线上,为加强点,选项B错误。相干波源叠加产生的干涉是稳定的,不会随时间变化,选项C错误。因形成干涉图样的质点都在不停地做周期性振动,经半个周期步调相反,选项D正确。
规律总结振动加强点与振动减弱点的判断方法
学以致用如图所示,MN是水池的边缘,S1和S2是水池中水面上两个振动情况完全相同的相干波源,它们激起的水波波长为2 m。S1和S2连线垂直于MN,且它们与MN的距离分别是8 m和3 m。设MN足够长,则在水池边界MN上共有几处水面是平静的( )
A.1处 B.3处C.5处 D.无数处答案:C
解析:在MN上任取一点P,连接PS1、PS2,由几何知识可知PS1-PS2≤S1S2=5 m,所以(PS1-PS2)可以取1 m、3 m、5 m。取5 m时即对应图中的P0点,取1 m、3 m时,P0点左右可分别取点,所以共计有5处水面是平静的。
1.关于波的叠加和干涉,下列说法正确的是( )A.两列频率不相同的波相遇时,因为没有稳定的干涉图样,所以波没有叠加B.两列频率相同的波相遇时,振动加强的点只是波峰与波峰相遇的点C.两列频率相同的波相遇时,介质中振动加强的质点在某时刻的位移可能是零D.两列频率相同的波相遇时,振动加强的质点的位移总是比振动减弱的质点的位移大答案:C
解析:两列波相遇时一定叠加,没有条件,选项A错误;振动加强点是振幅等于两列波的振幅之和,而不只是波峰与波峰相遇,选项B错误;加强点的振幅增大,质点仍然在自己的平衡位置两侧振动,故某时刻的位移可以是振幅范围内的任何值,选项C正确,D错误。
2.如图所示,水面上有A、B两个振动情况完全相同的波源,在AB连线的垂直平分线上有a、b、c三个质点,已知某时刻,a点是两列波的波峰相遇点,c点是与a点相邻的两列波的波谷相遇点,b为a、c的中点,则以下说法正确的是( )A.a点是振动加强点,c点是振动减弱点B.a点与c点都是振动加强点,b点是振动减弱点C.a点与c点此时刻是振动加强点,经过一段时间后变成振动减弱点,而b点可能变成振动加强点D.a、b、c都是振动加强点答案:D
解析:在A、B的垂直平分线上的所有点到A、B的路程差都等于0,因此都是振动加强点,故选项D正确。
3.图甲中有振动方向相同的两横波,横波1沿BP方向传播,B点的振动图像如图乙所示;横波2沿CP方向传播,C点的振动图像如图丙所示,P与B相距40 cm,P与C相距50 cm,波速都为20 cm/s。两横波在P处相遇,P点振幅为( )
A.70 cmB.50 cmC.10 cmD.35 cm答案:A
解析:周期T=1 s,波速为v=0.2 m/s,故波长λ=vT=0.2 m,lPC-lPB= 50 cm-40 cm=10 cm=0.1 m=0.5λ,而t=0时刻两波的振动方向相反,则P是振动加强的点,振幅等于两波振幅之和,即为70 cm,故选项A正确。
4.(多选)两波源A、B分别位于x=0和x=7 m的位置持续振动,产生甲、乙两列沿x轴相向传播的简谐横波,t=0时刻的波形如图所示,已知两列波的传播速度均为v=1 m/s。下列说法正确的是( )A.t=0时刻,x=1 m处的质点与x=5 m处的质点均沿y轴负方向运动B.t=1.5 s时两列波相遇C.x=3 m处的质点是振动加强点D.在t=2 s时,位于x=3.5 m处的质点位移为-2 cm答案:BCD
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