高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第3节 波的干涉和衍射多媒体教学课件ppt

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1.定义:振动频率和振动方向相同的两列波叠加后,振动加强和振动减弱的区域互相间隔、稳 定分布的现象,称为波的干涉。2.干涉图样及其特点(1)波的干涉示意图如图所示。
(2)特点a.加强区与减弱区互相间隔,稳定存在。b.加强区始终加强,减弱区始终减弱。3.干涉条件:两列频率和振动方向都相同且波源的相位差恒定的波相遇。4.干涉现象是波的重要特征之一。
1.定义:波绕过障碍物或通过孔隙继续传播的现象,称为波的衍射。2.发生明显衍射现象的条件:障碍物或狭缝的尺寸跟波长相差不大,或者比波长更小。3.衍射是波特有的现象,一切波都能发生衍射。
1.一切波都能发生衍射现象。 (　    )2.两列波相遇后各自的运动特征会受到影响。     (　    )3.在两列波重叠的区域里,任何一个质点的位移都等于原来位移的2倍。(　    )4.两列波在介质中叠加,一定产生干涉现象。 (　    )
知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ✕” 。
两列波相遇后彼此穿过,仍然保持原来各自的形态继续传播,各自的运动特征不会受到影响。
在两列波重叠的区域里,任何一个质点的位移都等于两列波单独存在时引起的位移的矢量和。
只有频率和振动方向相同、波源的相位差恒定的两列波相遇才能发生干涉。
　　如图,在水波干涉实验中,认真观察现象,发现两列频率相同的水波相遇后,在它们重叠的 区域里出现了一条条从两个波源中间伸展出来的相对平静的区域和剧烈振动的区域,这两种 区域在水面上的位置是固定的,而且相互隔开。
问题1 通过对水波干涉图样的观察,可以看出干涉现象有哪些特征?提示    某些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弱的区 域互相间隔。
问题2 为什么两列波发生干涉时能出现振动始终加强和始终减弱的区域呢?提示    如果在某一时刻,在水面上的某一点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,质点的位移都是最大,位移大小等于这 两列波的振幅之和,因此这一点始终是振动加强点,质点的振动最激烈。 如果在某一时刻,在水面上的某一点两列波的波峰和波谷相遇,经过半个周期,仍然是波峰和 波谷相遇,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。
问题3　振动加强的区域始终加强是不是指该处的质点的振动位移总是最大值?振动减弱的区 域始终减弱是不是指该处的质点的振动位移总是最小值?提示    振动加强(或减弱)的区域的质点的振幅总是最大(或最小),而质点的位移是时刻变化 的(除等幅相干波振动减弱区的质点)。
1.对波的干涉现象的理解(1)波的叠加不需要条件,任何频率的两列波在空间相遇都会叠加。(2)稳定干涉现象的产生是有条件的,必须满足两列波的振动方向和频率相同、波源的相位 差恒定,如果两列波的频率不相等,在相遇的区域里不同时刻各点处的叠加结果都不相同,不 会发生稳定的干涉现象。(3)明显的干涉现象和稳定的干涉现象意义是不同的,明显的干涉现象除了要满足相干条件 外,还必须满足两列波振幅差别不大,振幅越是接近,干涉现象越明显。(4)振动加强的点和振动减弱的点始终以波源的频率振动,其振幅不变(若是振动减弱点,振幅 可为0),但其位移随时间发生变化。(5)振动加强的点的振动总是加强,但并不是始终处于波峰或波谷,它们都在平衡位置附近振 动,有的时刻位移为零。
(6)振动减弱的点的振动始终减弱,位移的大小始终等于两列波分别引起位移的大小之差,振 幅为两列波的振幅之差。如果两列波的振幅相同,则振动减弱点总是处于静止状态。2.振动“加强点”与“减弱点”的判断(1)理论判断法①设相干波源S1、S2振动情况完全相同,它们产生的两列波在同一介质中传播。对介质中的任一点P,如图所示,离两波源距离分别是S1P、S2P,P点到两波源的距离差Δx=|S1P-S2P|。 a.当Δx=nλ(n=0,1,2,…)即距离差为波长的整数倍时,P点为振动加强点;b.当Δx=(2n+1) (n=0,1,2,…)即距离差为半波长的奇数倍时,P点为振动减弱点。②若两列相干波波源振动步调相反,则与上述结论相反。
(2)现象判断法　　若某点总是波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇,该点为振动加强点;若总是波峰与波谷相 遇,则该点为振动减弱点。(3)干涉图样判断法　　在干涉图样中加强区和减弱区的位置固定不变,在加强线上的质点振动始终加强,在减 弱线上的质点振动始终减弱。
典例 甲、乙两列波的振幅分别为A、 ,在同一介质中相向传播【1】,某时刻的波形图如图所示【2】,x=4 m处的质点再过1 s将第一次到达波谷【3】,以下说法正确的是 (　    ) A.这两列波不能产生干涉现象B.经过4 s两波会相遇C.两波叠加后,x=7 m处的质点振幅为AD.两波叠加后,x=6 m处的质点振动加强
思路点拨     (1)利用同侧法确定振动方向。(2)振动加强点的振幅为两列波振幅之和,振动减弱点的振幅为两列波振幅之差。
解析    甲、乙两波在同种介质中传播,波速v相同,由题图可知甲、乙两波的波长λ也相同,因 此甲、乙两波的周期相同,频率相同,相位差恒定,振动方向相同,所以可以发生干涉,A错误;两 列波的波长λ=4 m(由【2】得到),周期T=4 s(由【3】得到),则波速v= =1 m/s,两波相遇所需时间t= =  s=2 s,B错误;选取x=3 m处和x=11 m处的质点,它们的平衡位置到x=7 m处质点的距离相等,振动情况相反,因此两列波在x=7 m处叠加后振动减弱,x=7 m处质点的振幅为 A- = ,C错误;选取x=2 m和x=10 m处的质点,它们的平衡位置到x=6 m处质点的距离相等,振动情况相同,因此两列波在x=6 m 处叠加后振动加强,D正确。故选D。
1.波的衍射的理解(1)波的衍射是波在传播过程中所具有的特征之一,能否发生明显衍射,通常取决于孔或缝的 宽度d与波长λ的比值 ,比值越小,衍射现象相对越明显。(2)孔、缝的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不大或比波长更小仅是发生明显衍射的条件, 波的衍射没有条件。(3)发生明显衍射时,并不一定能清楚地观察到,如当孔的宽度远远小于水波波长时,衍射应当 非常明显,但因孔很小,单位时间内通过孔的能量很小,又分布到很大的区域上,水波将非常弱, 则看不清楚。