寧夏銀川市高中物理 第十二章 機(jī)械波 第4節(jié) 波的衍射和干涉課件 新人教版選修34

在空氣中波長(zhǎng)為在空氣中波長(zhǎng)為3.4m3.4m的聲波，進(jìn)入水中，的聲波，進(jìn)入水中，其頻率為其頻率為 HzHz，波長(zhǎng)為，波長(zhǎng)為 m m（已（已知聲波在空氣中的傳播速度為知聲波在空氣中的傳播速度為340m/s 340m/s ，在，在水中的傳播速度為水中的傳播速度為1450m/s1450m/s） 由由vf fvHzHz1004 . 3340fv水水頻率不變mm50.14100145012.4 12.4 波的衍射和干涉波的衍射和干涉一、波的衍射一、波的衍射 1 1、定義：波可以繞過障礙物繼續(xù)、定義：波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象傳播的現(xiàn)象 2 2、水波的衍射現(xiàn)象及在波長(zhǎng)一定、水波的衍射現(xiàn)象及在波長(zhǎng)一定的情況下狹縫寬對(duì)衍射實(shí)驗(yàn)的影響的情況下狹縫寬對(duì)衍射實(shí)驗(yàn)的影響現(xiàn)象：水波繞過現(xiàn)象：水波繞過小孔小孔或或障礙物障礙物繼續(xù)繼續(xù)傳播傳播 實(shí)驗(yàn)一：波長(zhǎng)一定的水波通過寬度不同的狹縫實(shí)驗(yàn)一：波長(zhǎng)一定的水波通過寬度不同的狹縫實(shí)驗(yàn)二：波長(zhǎng)不同的水波通過寬度實(shí)驗(yàn)二：波長(zhǎng)不同的水波通過寬度一定的狹縫一定的狹縫現(xiàn)象：波長(zhǎng)與狹縫寬度相差不多時(shí)，有現(xiàn)象：波長(zhǎng)與狹縫寬度相差不多時(shí)，有明顯的衍射現(xiàn)象。隨波長(zhǎng)的增加，衍射明顯的衍射現(xiàn)象。隨波長(zhǎng)的增加，衍射現(xiàn)象越來越明顯。現(xiàn)象越來越明顯。結(jié)論：結(jié)論：（1） 障礙物比較小時(shí)能發(fā)生明顯衍射障礙物比較小時(shí)能發(fā)生明顯衍射.（2）狹縫寬度跟波長(zhǎng)相差不多時(shí)，有明顯的衍射現(xiàn)）狹縫寬度跟波長(zhǎng)相差不多時(shí)，有明顯的衍射現(xiàn)象象（3）狹縫寬度比波長(zhǎng)大得越多，衍射現(xiàn)象越不明顯；）狹縫寬度比波長(zhǎng)大得越多，衍射現(xiàn)象越不明顯；（4）狹縫寬度跟波長(zhǎng)相比非常大時(shí)，水波將直線傳）狹縫寬度跟波長(zhǎng)相比非常大時(shí)，水波將直線傳播，觀察不到衍射現(xiàn)象播，觀察不到衍射現(xiàn)象6.6.下列關(guān)于波的衍射的說法正確的是下列關(guān)于波的衍射的說法正確的是( )( )A.A.衍射是一切機(jī)械波特有的現(xiàn)象衍射是一切機(jī)械波特有的現(xiàn)象B.B.對(duì)同一列波對(duì)同一列波, ,縫或孔縫或孔( (障礙物障礙物) )越小越小, ,衍射現(xiàn)象越明衍射現(xiàn)象越明顯顯C.C.只有橫波才能發(fā)生衍射現(xiàn)象只有橫波才能發(fā)生衍射現(xiàn)象, ,縱波不能發(fā)生衍射現(xiàn)縱波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象象D.D.聲波容易發(fā)生衍射是由于聲波波長(zhǎng)較大聲波容易發(fā)生衍射是由于聲波波長(zhǎng)較大BD7.在水波槽的衍射實(shí)驗(yàn)中在水波槽的衍射實(shí)驗(yàn)中,若打擊水面的振子的頻率是若打擊水面的振子的頻率是5HZ,水波在槽中的傳播速度為水波在槽中的傳播速度為0.05m/s,為觀察到顯著的衍為觀察到顯著的衍射現(xiàn)象射現(xiàn)象,小孔直徑小孔直徑d應(yīng)為應(yīng)為( )A.10cm B.5cm C. d1cm D. d1cmD3 3、發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：、發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件： 4 4、說明、說明: :障礙物或縫、孔的尺寸大小障礙物或縫、孔的尺寸大小, ,并不是決定衍射能否并不是決定衍射能否發(fā)生的條件發(fā)生的條件, ,僅是衍射現(xiàn)象是否明顯的條件僅是衍射現(xiàn)象是否明顯的條件. .一般一般情況下情況下, ,波長(zhǎng)較大的波容易產(chǎn)生顯著的衍射現(xiàn)象波長(zhǎng)較大的波容易產(chǎn)生顯著的衍射現(xiàn)象. .一切波都能發(fā)生衍射，一切波都能發(fā)生衍射，衍射是波特有的現(xiàn)象衍射是波特有的現(xiàn)象 .障礙物或縫、孔的尺寸比波長(zhǎng)小障礙物或縫、孔的尺寸比波長(zhǎng)小, ,或跟波長(zhǎng)相差不多或跟波長(zhǎng)相差不多. .兩列波相遇時(shí)，會(huì)不會(huì)像兩個(gè)小球相碰時(shí)那樣，改變兩列波相遇時(shí)，會(huì)不會(huì)像兩個(gè)小球相碰時(shí)那樣，改變各自的運(yùn)動(dòng)特征呢？各自的運(yùn)動(dòng)特征呢？1 1.波的獨(dú)立性波的獨(dú)立性原理原理 兩列波相遇后，仍保持各自兩列波相遇后，仍保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，繼續(xù)傳播，它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，繼續(xù)傳播，它們都彼此沒有受到影響們都彼此沒有受到影響二、波的疊加2.波的疊加原理 在幾列波重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與這在幾列波重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與這幾列波引起的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移等于這幾列波單幾列波引起的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的矢量和矢量和例例1 1 下列關(guān)于兩列波相遇時(shí)疊加的說法正下列關(guān)于兩列波相遇時(shí)疊加的說法正確的是（）確的是（）A A、 相遇后，振幅小的一列波振幅將小減相遇后，振幅小的一列波振幅將小減 小，振幅大的一列波振幅將增大小，振幅大的一列波振幅將增大B B、 相遇以后，兩列波的振動(dòng)情況與相遇相遇以后，兩列波的振動(dòng)情況與相遇 前完全相同前完全相同C C、 在相遇區(qū)域，任一點(diǎn)的總位移等于兩在相遇區(qū)域，任一點(diǎn)的總位移等于兩 列波分別引起的位移的矢量和列波分別引起的位移的矢量和D D、 幾個(gè)人在同一房間說話，相互間聽得幾個(gè)人在同一房間說話，相互間聽得 清楚，這說明波在相遇時(shí)互不干擾清楚，這說明波在相遇時(shí)互不干擾三、波的干涉 頻率相同的兩列波相遇時(shí)，在它們頻率相同的兩列波相遇時(shí)，在它們重疊的區(qū)域里會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？重疊的區(qū)域里會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？由此可知： 頻率相同的兩列波相遇后，在振動(dòng)著的水面頻率相同的兩列波相遇后，在振動(dòng)著的水面上，出現(xiàn)了一條條從兩個(gè)波源中間伸展出來的上，出現(xiàn)了一條條從兩個(gè)波源中間伸展出來的相相對(duì)平靜的區(qū)域?qū)ζ届o的區(qū)域和和激烈振動(dòng)的區(qū)域，激烈振動(dòng)的區(qū)域，這兩種區(qū)域在這兩種區(qū)域在水面上的水面上的位置固定，且相互隔開位置固定，且相互隔開1 1、波的干涉：頻率相同的兩列波疊、波的干涉：頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的加，使某些區(qū)域的振動(dòng)總是加強(qiáng)振動(dòng)總是加強(qiáng)，某些區(qū)域的某些區(qū)域的振動(dòng)總是減弱，振動(dòng)總是減弱，而且振而且振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域相互隔開動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域相互隔開的現(xiàn)象叫做的現(xiàn)象叫做波的干涉波的干涉 干涉圖樣：由波的干涉所形成的干涉圖樣：由波的干涉所形成的圖樣叫做圖樣叫做干涉圖樣干涉圖樣（如上頁圖）（如上頁圖）2、干涉的解釋如果在某一時(shí)刻，在水面上的某一點(diǎn)是兩列波的如果在某一時(shí)刻，在水面上的某一點(diǎn)是兩列波的波峰和波峰相遇，經(jīng)過半個(gè)周期，就變成波谷和波峰和波峰相遇，經(jīng)過半個(gè)周期，就變成波谷和波谷相遇波谷相遇波峰和波峰或或波谷和波谷相遇時(shí)，質(zhì)點(diǎn)向上的位移最大，等于兩列波的振相遇時(shí)，質(zhì)點(diǎn)向上的位移最大，等于兩列波的振幅之和；因此在這一點(diǎn)，始終是兩列波干涉的加幅之和；因此在這一點(diǎn)，始終是兩列波干涉的加強(qiáng)點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)最激烈強(qiáng)點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)最激烈. . 如果在某一時(shí)刻，在水面上的某一點(diǎn)是兩列波的如果在某一時(shí)刻，在水面上的某一點(diǎn)是兩列波的波峰和波谷相遇，經(jīng)過半個(gè)周期，就變成相遇，經(jīng)過半個(gè)周期，就變成波谷和波峰相遇，在這一點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅等于兩列波的振，在這一點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅等于兩列波的振幅之差，兩列波引起的振動(dòng)始終是減弱的，如果兩列波幅之差，兩列波引起的振動(dòng)始終是減弱的，如果兩列波的振幅相同，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅就等于零，水面保持平的振幅相同，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅就等于零，水面保持平靜靜 把相應(yīng)的振動(dòng)最激烈的質(zhì)點(diǎn)連起來，為振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)；把相應(yīng)的振動(dòng)最激烈的質(zhì)點(diǎn)連起來，為振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)；相應(yīng)的振動(dòng)最不激烈或靜止的質(zhì)點(diǎn)連起來，為振動(dòng)減相應(yīng)的振動(dòng)最不激烈或靜止的質(zhì)點(diǎn)連起來，為振動(dòng)減弱區(qū)弱區(qū)振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)和振動(dòng)減弱區(qū)是相互隔開的振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)和振動(dòng)減弱區(qū)是相互隔開的 注意注意：（1）振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)）振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域始終加強(qiáng)，振動(dòng)減域始終加強(qiáng)，振動(dòng)減弱的區(qū)域始終減弱弱的區(qū)域始終減弱（2）振動(dòng)加強(qiáng)（減）振動(dòng)加強(qiáng)（減弱）的區(qū)域是指質(zhì)點(diǎn)弱）的區(qū)域是指質(zhì)點(diǎn)的振幅大（小），而的振幅大（?。?，而不是指振動(dòng)的位移大不是指振動(dòng)的位移大（?。?，因?yàn)槲灰剖牵ㄐ。?，因?yàn)槲灰剖请S時(shí)間變化的隨時(shí)間變化的3 3、產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件、產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件 兩列波相遇疊加不一定能得到穩(wěn)定的干涉圖兩列波相遇疊加不一定能得到穩(wěn)定的干涉圖樣而要產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象形成穩(wěn)定的干涉樣而要產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象形成穩(wěn)定的干涉圖樣，則需要滿足一定的條件圖樣，則需要滿足一定的條件 產(chǎn)生干涉的條件：產(chǎn)生干涉的條件：兩列波的頻率必須相同（稱兩列波的頻率必須相同（稱為相干波）為相干波） 4 4、一切波（只要滿足條件）都能發(fā)一切波（只要滿足條件）都能發(fā)生干涉現(xiàn)象，干涉和衍射一樣生干涉現(xiàn)象，干涉和衍射一樣都是波都是波的特有現(xiàn)象的特有現(xiàn)象 5 5、振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和振動(dòng)減弱點(diǎn)的判斷方法、振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和振動(dòng)減弱點(diǎn)的判斷方法振動(dòng)加強(qiáng)的條件振動(dòng)加強(qiáng)的條件: :振動(dòng)減弱的條件振動(dòng)減弱的條件: :)210(，nnS)210(2) 12(，nnS例例2 2 兩列波疊加發(fā)生了穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象，得兩列波疊加發(fā)生了穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象，得到了干涉圖樣，關(guān)于干涉的下列說法中正確到了干涉圖樣，關(guān)于干涉的下列說法中正確的是（）的是（） A A、兩列波的頻率一定相等，振幅不一定相、兩列波的頻率一定相等，振幅不一定相 等等 B B、振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域始終加強(qiáng)，振動(dòng)減弱區(qū)域、振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域始終加強(qiáng)，振動(dòng)減弱區(qū)域 始終減弱始終減弱 C C、振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域與振動(dòng)減弱區(qū)域互相間隔、振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域與振動(dòng)減弱區(qū)域互相間隔 D D、振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域的位移大，振動(dòng)減弱區(qū)域、振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域的位移大，振動(dòng)減弱區(qū)域 的位移小的位移小例例3 3 S S1 1和和S S2 2是兩個(gè)相同的波源，這兩個(gè)波是兩個(gè)相同的波源，這兩個(gè)波發(fā)生干涉時(shí)（在干涉區(qū)域有發(fā)生干涉時(shí)（在干涉區(qū)域有a a、b b、c c三三點(diǎn)），某時(shí)刻點(diǎn)），某時(shí)刻a a點(diǎn)波峰和波谷相遇，點(diǎn)波峰和波谷相遇，b b點(diǎn)波點(diǎn)波谷和波谷相遇，谷和波谷相遇，c c點(diǎn)波峰和波峰相遇，問點(diǎn)波峰和波峰相遇，問再經(jīng)過再經(jīng)過T/2T/2，振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)是（），振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)是（） A A、只有、只有a a點(diǎn)點(diǎn) B B、只有、只有c c點(diǎn)點(diǎn) C C、b b點(diǎn)和點(diǎn)和c c點(diǎn)點(diǎn) D D、a a點(diǎn)和點(diǎn)和b b點(diǎn)點(diǎn)例例4 4 如圖所示，如圖所示，S S1 1和和S S2 2是兩個(gè)完全相同的振是兩個(gè)完全相同的振源，發(fā)出的兩列波疊加，實(shí)線表示波峰，虛源，發(fā)出的兩列波疊加，實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷，則下列說法中正確的是（）線表示波谷，則下列說法中正確的是（）A A、A A點(diǎn)是加強(qiáng)點(diǎn)，點(diǎn)是加強(qiáng)點(diǎn)，C C點(diǎn)是減弱點(diǎn)點(diǎn)是減弱點(diǎn)B B、半個(gè)周期以后、半個(gè)周期以后A A點(diǎn)變?yōu)闇p弱點(diǎn)點(diǎn)變?yōu)闇p弱點(diǎn)C C、B B點(diǎn)的振幅比點(diǎn)的振幅比C C點(diǎn)的振幅大點(diǎn)的振幅大D D、B B點(diǎn)與點(diǎn)與S S1 1、S S2 2的距離差等于波長(zhǎng)整數(shù)倍的距離差等于波長(zhǎng)整數(shù)倍例例5 5 兩個(gè)振動(dòng)情況完全相同的波源兩個(gè)振動(dòng)情況完全相同的波源S S1 1和和S S2 2產(chǎn)產(chǎn)生的波疊加生的波疊加, ,某時(shí)刻形成的干涉圖樣如圖所某時(shí)刻形成的干涉圖樣如圖所示示, ,實(shí)線表示波峰實(shí)線表示波峰, ,虛線表示波谷虛線表示波谷, ,在在a a、b b、c c三點(diǎn)里，振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)是，振動(dòng)減弱三點(diǎn)里，振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)是，振動(dòng)減弱的點(diǎn)是，從該時(shí)刻起，經(jīng)過的點(diǎn)是，從該時(shí)刻起，經(jīng)過1/41/4周周期，它們中位移為零的點(diǎn)是期，它們中位移為零的點(diǎn)是8：如圖是觀察水面波衍射的實(shí)驗(yàn)裝置，：如圖是觀察水面波衍射的實(shí)驗(yàn)裝置，AC和和BD是兩是兩塊擋板，塊擋板，AB是一個(gè)孔，是一個(gè)孔，O為波源，圖中已畫出波源為波源，圖中已畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況，每?jī)蓷l相鄰波紋（圖中曲所在區(qū)域波的傳播情況，每?jī)蓷l相鄰波紋（圖中曲線）之間距離表示一個(gè)波長(zhǎng)，則波經(jīng)過孔之后的傳線）之間距離表示一個(gè)波長(zhǎng)，則波經(jīng)過孔之后的傳播情況，下述描述正確的是（播情況，下述描述正確的是（ ） A此時(shí)能明顯觀察到波的此時(shí)能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象衍射現(xiàn)象B擋板前波紋間距離相等擋板前波紋間距離相等C如果將孔如果將孔AB擴(kuò)大，有可擴(kuò)大，有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象 D如果孔的大小不變，使如果孔的大小不變，使波源頻率增大，能更明顯地波源頻率增大，能更明顯地觀察衍射現(xiàn)象觀察衍射現(xiàn)象ABC9、如圖甲所示，實(shí)線和虛線表示兩個(gè)波長(zhǎng)和振幅都相同的簡(jiǎn)、如圖甲所示，實(shí)線和虛線表示兩個(gè)波長(zhǎng)和振幅都相同的簡(jiǎn)諧橫波（只有半個(gè)波長(zhǎng)），在同一根彈性繩上分別向左、向諧橫波（只有半個(gè)波長(zhǎng)），在同一根彈性繩上分別向左、向右傳播，某一時(shí)刻兩列波的位置如圖乙所示。右傳播，某一時(shí)刻兩列波的位置如圖乙所示。P、Q、S表示表示彈性繩上的三個(gè)質(zhì)點(diǎn)的平衡位置。下列說法正確的是：彈性繩上的三個(gè)質(zhì)點(diǎn)的平衡位置。下列說法正確的是：A該時(shí)刻該時(shí)刻P、Q、S都處于各自的平衡位置，速度變?yōu)榱愣继幱诟髯缘钠胶馕恢?，速度變?yōu)榱鉈該時(shí)刻該時(shí)刻P、Q、S都處于各自的平衡位置，但都處于各自的平衡位置，但Q的速度最大的速度最大C該時(shí)刻該時(shí)刻P的速度向上，的速度向上，Q 的速度為零，的速度為零，S的速度向下的速度向下D該時(shí)刻該時(shí)刻P的速度向下，的速度向下，Q 的速度為零，的速度為零，S的速度向上的速度向上P Q S甲P Q S乙10、如同所示，、如同所示，S是水面波的波源，是水面波的波源，x、y是擋板，是擋板，S1、S2兩個(gè)狹縫（兩個(gè)狹縫（SS1=SS2，狹縫的尺寸比波長(zhǎng)小，狹縫的尺寸比波長(zhǎng)小得多）是回答以下問題得多）是回答以下問題（1）若閉上）若閉上S1，只打開，只打開S2會(huì)看到什么現(xiàn)象？會(huì)看到什么現(xiàn)象？（2）若）若S1、s2都打開，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？都打開，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？（3）若實(shí)線和虛線分別表示波峰和波谷，那么在）若實(shí)線和虛線分別表示波峰和波谷，那么在 A、B、C、D各點(diǎn)中，哪些點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)，哪些點(diǎn)各點(diǎn)中，哪些點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)，哪些點(diǎn) 振動(dòng)減弱？振動(dòng)減弱？ S1S2S1SxyBACD11、如圖所示，在同一均勻介質(zhì)中有、如圖所示，在同一均勻介質(zhì)中有S1、S2兩個(gè)波源，兩個(gè)波源，這兩個(gè)波源的頻率、振動(dòng)方向均相同，且振動(dòng)步調(diào)完這兩個(gè)波源的頻率、振動(dòng)方向均相同，且振動(dòng)步調(diào)完全一致，全一致，S1與與S2之間的距離為之間的距離為4m，若，若S1、S2振動(dòng)頻率振動(dòng)頻率均為均為5Hz，波速均為，波速均為10m/s,B點(diǎn)為點(diǎn)為S1、S2連線的中點(diǎn)，連線的中點(diǎn)，今以今以B點(diǎn)為圓心，以點(diǎn)為圓心，以R=BS1為半徑畫圓。（為半徑畫圓。（1）該波的）該波的波長(zhǎng)為多少？（波長(zhǎng)為多少？（2）在）在S1、S2連線上振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)（連線上振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)（S1、S2除外）有幾個(gè)？（除外）有幾個(gè)？（3）在該圓周上共有幾個(gè)振動(dòng)加）在該圓周上共有幾個(gè)振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)（強(qiáng)的點(diǎn)（S1、S2除外）？除外）？BS1S2