高中人教版 (新课标)4 波的衍射和干涉学案

　　【基础知识诱思】

日常生活中我们最常见最熟悉的机械波便是声波了，对于声波大家也最了解．下面请大家考虑一个问题，如果你对着高山喊一声，过一会儿你便会听到回声，此时若在山的另一边有一个人，但此人不会听到你的声音；倘若你对着的不是高山，而是一棵大树，则此时树后面的人会听到你的声音，原因何在？山后面的人听不到你的声音是因为声波没有传到山的后面，大树后的人听到了你的声音是因为声波传到了树的后面，像声波这样传播过程中绕过障碍物传到障碍物后面的这种现象为波的衍射现象．

　　【重点难点解读】

问题一：发生明显衍射现象的条件

解读：（1）当障碍物或孔的尺寸比波长小时，一定能发生明显的衍射现象，如图10.4－1所示；当障碍物或孔的尺寸比波长大时，只有当“大得不多（差不多）”时，如图10.4－2所示，才发生明显的衍射现象．

（2）“障碍物或孔的尺寸比波长小或差不多”是发生明显衍射现象的条件，但并不是发生衍射的条件，因为障碍物的大小，关系到衍射现象是否明显，而不是决定衍射现象能否发生．

（3）如果障碍物或孔的尺寸比波长大得多，则衍射现象不明显，如图10.4－3所示，波近似直线传播．

问题二：波的衍射特征

解读：机械波遇到障碍物或孔隙，波就会偏离原来的传播方向而绕到障碍物的后面去．我们设想从波源处向外射出的小球，当小球碰到障碍物时就会反弹，穿过孔后也不会绕到“阴影”中去，这说明遇到障碍物时，小球不可能像波那样产生衍射现象，因此衍射是波所特有而宏观实物粒子所不具有的性质．

　　【解题技法点拨】

该部分知识主要利用“明显衍射条件”进行衍射现象的分析判断和对某些衍射现象进行解释，因此，正确理解、应用明显衍射条件时尤其注意：

（1）一切波都能发生衍射现象，有时明显，有时不明显；只有波才会发生衍射现象．

（2）波长较长的波更容易发生明显衍射现象．

例 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

点拨：凡是波都能发生衍射现象，不过有时衍射现象明显，有时衍射现象不明显．只有当缝、孔或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小时，才能发生明显的衍射现象．

答案：C

　　【经典名题探究】

考点一：明显衍射条件和衍射特征

例1 下列说法正确的是（   ）

A．只有横波能发生衍射，纵波不能发生衍射

B．当波长比孔的宽度小得越多时，波的衍射越明显

C．声波能发生衍射现象，光不能发生衍射现象

D．声波易发生明显的衍射现象，光不易发生明显的衍射现象

分析：衍射是波特有的现象，一切波都能产生衍射现象，所以A错；光也是一种波，因而光也能发生衍射现象，所以C错；只有当障碍物或小孔的尺寸跟波长差不多或更小时，才会发生明显的衍射现象，所以B错误；由于声波的波长较大，所以易发生明显的衍射现象，而光波的波长较小，所以很难观察到光波的明显衍射现象，D正确．

答案：D

探究：一切波都能发生衍射现象，只有明显与不明显之分，波长较大的波易观察到明显衍射现象．日常中能观察到哪些波的衍射现象？（例：声波、水波）

姊妹题 下列说法正确的是（   ）

A．衍射是一切波特有的现象

B．对同一列波，障碍物或孔越小衍射越明显

C．听到回声是声波的衍射现象

D．听到墙外人的说话声是衍射现象

答案：ABD

考点二：灵活运用明显衍射的条件

例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

分析：本题以比较灵活的形式考查明显衍射条件．要使A振动起来，则S振动产生的波必须经小孔发生明显衍射，原来A未振动，说明孔的尺寸太大，所以应使孔减小，C选项正确；当然A未振动的另一个原因是波长太小，在v一定的前提下，要增大波长则必须减小S的振动频率，所以B正确．

答案：BC

探究：现在水波槽中只有一个振源，要想获得两个波源，你用什么办法可以做到？（提示：从波的衍射角度思考，如将一双孔木板置于水槽中）

姊妹题 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．

答案：c a

考点三：综合考查对明显衍射条件的理解

例3 已空车气中的声速为340m/s，现有几种声波：（1）周期为s；（2）频率为104Hz;（3）波长为10m．它们传播时若遇到宽度约为13m的障碍物，发生明显衍射现象的是（   ）

A．（1）和（2）  B．（2）和（3）  C．（1）和（3）  D．都可以

分析：考查发生明显衍射现象的条件．首先由v=·f＝计算各种波的波长．题中三种声波的波长分别为1＝vT＝340×m＝17m；2==0.034m；3=10m．因为1大于障碍物的宽度，所以能发生明显衍射现象，2远小于障碍物的宽度，因而不能发生明显的衍射现象；3与障碍物的宽度相差不多，也能发生明显衍射现象，所以C正确．

答案：C

探究：如何判断一列波能否“绕”过障碍物或小孔？（障碍物或小孔的尺寸与波长相差不多或比波长更小时）

姊妹题 在用水波槽做衍射实验时，若打击水面的振子振动频率是5Hz，水波在水槽中的传播速度为0.05rn／s，为观察到明显的衍射现象，小孔的直径d应为（   ）

A．10cm    B．5cm   C．d＞1cm   D．d＜1cm

答案：D

　　【思维误区诊断】

易错点：产生明显衍射现象的条件是障碍物或小孔的尺寸和波长相差不多或比波长更小，而不是波长和障碍物或小孔相差最小时．

例 有一障碍物的高度为10m，下列波衍射现象最朋显的是（   ）

A．波长为40m的波

B．波长为9．9m的波

C．频率为40Hz的声波

D．频率为5000MHz的电磁波（v＝3.0×108m／s）

[误点诊断] 错解：B．波长为9．9m的波的波长与障碍物的尺寸相差最小，所以衍射最明显，故B正确．

[名师批答] 题中几列波的波长分别是A＝40m，B＝9．9m，C=m＝8.5m，D＝m=0.06m．由波明显衍射条件知，A= 40m，大于障碍物的尺寸，而其余波长都小于障碍物的尺寸，所以A正确．

答案：A