高中物理 2.6 波的干涉、衍射课件 教科版选修34 .ppt

第二章机械波 2 6波的干涉 衍射 1 知道波的叠加原理 知道波的干涉现象实质上是波的一种特殊的叠加现象 2 知道波的干涉图样的特点 理解形成稳定干涉图样的条件 掌握振动加强点 减弱点的振动情况 3 知道什么是波的衍射现象 知道波发生明显衍射现象的条件 4 了解多普勒效应 能运用多普勒效应解释一些物理现象 学习目标定位 学习探究区 一 波的叠加原理 二 波的干涉现象 三 波的衍射现象 一 波的叠加原理 问题设计 返回 你知道 风声 雨声 读书声 声声入耳 反映了波的什么性质吗 答案声波在相互交错 叠加之后互不影响仍能保持原来的性质向前传播 这种现象体现了波传播具有独立性 要点提炼 返回 一 波的叠加原理 1 波的独立传播特性介质中几列波相遇后 仍将保持着它们各自原有的特征 传播方向等 继续传播 并不因为有其他波的存在而发生变化 2 波的叠加原理在几列波传播的重叠区域内 质点要参与由几列波引起的振动 质点的总位移等于各列波单独存在时在该处引起的振动位移的 频率 振幅 振动方向 同时 矢量和 二 波的干涉现象 返回 如图1所示 操场中两根竖直杆上各有一个扬声器 接在同一扩音机上 一位同学沿着mn方向走来 他听到的声音会有什么变化 为什么 图1答案声音忽强忽弱 因为声波发生了干涉现象 问题设计 二 波的干涉现象 1 干涉的条件 两列波的频率 振动方向在同一直线上 恒定 2 加强点 区 和减弱点 区 1 加强点 质点振动的振幅等于两列波的振幅之和 a a1 a2 2 减弱点 质点振动的振幅等于两列波的振幅之差 a a1 a2 若两列波振幅相同 质点振动的合振幅就等于零 返回 要点提炼 相同 相位差 二 波的干涉现象 3 判断加强点和减弱点的方法 条件判断法振动频率相同 振动情况相同的两列波叠加时 某点到两列波的路程差为 s s2 s1 k 时为振动加强点 当 s 2k 1 k 0 1 2 时为振动减弱点 若两波源振动步调相反 则上述结论相反 现象判断法若某点总是波峰与波峰或波谷与波谷叠加 该点为加强点 若总是波峰与波谷叠加 则为减弱点 返回 二 波的干涉现象 3 干涉图样及其特征 1 干涉图样 如图2所示 图2 返回 二 波的干涉现象 2 特征 加强区和减弱区的位置固定不变 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 加强区与减弱区互相间隔 返回 三 波的衍射现象 大家都熟悉 闻其声不见其人 的物理现象 你能说出是什么原因吗 答案声波在传播过程中遇到障碍物时 可以绕过障碍物 不沿直线传播 光沿直线传播 不能绕过障碍物 这样就发生了 闻其声不见其人 的现象 返回 问题设计 三 波的衍射现象 1 产生明显衍射现象的条件 缝的宽度或障碍物的尺寸大小与或 2 理解 1 衍射是波特有的现象 一切波都可以发生衍射 2 波的衍射总是存在的 只有 明显 与 不明显 的差异 不会出现 不发生衍射现象 的说法 返回 要点提炼 波长相差不多 比波长小 三 波的衍射现象 3 波传到小孔 障碍物 时 小孔 障碍物 仿佛是一个新波源 由它发出与原来的波在孔 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情况 返回 同频率 三 波的衍射现象 返回 返回 一 波的叠加 典例精析 例1如图3所示 沿一条直线相向传播的两列波的振幅和波长均相等 当它们相遇时可能出现的波形是下列选项中的 图3 返回 典例精析 解析该题考查波的叠加原理 两列波的半个波形相遇时 b正确 当两列波完全相遇时 即重叠在一起 由波的叠加原理可知 所有质点振动的位移均等于每列波单独传播时引起的位移的矢量和 使得所有质点的振动的位移加倍 c正确 答案bc 一 波的叠加 返回 二 波的干涉 典例精析 例2如图4所示 s是水面波的波源 x y是挡板 s1 s2是两个狭缝 ss1 ss2 狭缝的尺寸比波长小得多 试回答以下问题 图4 返回 典例精析 1 若闭上s1 只打开s2 会看到什么现象 2 若s1 s2都打开 会发生什么现象 3 若实线和虚线分别表示波峰和波谷 那么在a b c d四点中 哪些点是振动加强点 哪些点是振动减弱点 4 若两列波单独传播时的振幅相等 都为a 现两列波同时传播 关于加强点的理解 小明认为 由于加强点始终加强 故加强点的位移始终是2a 他的说法对吗 为什么 二 波的干涉 返回 典例精析 二 波的干涉 解析 1 只打开s2时 波源s产生的波传播到狭缝s2时 由于狭缝的尺寸比波长小 于是水面波在狭缝s2处发生衍射现象 水面波以狭缝s2处为波源向挡板另一侧传播开来 2 由于ss1 ss2 所以从波源发出的水波传播到s1 s2处时它们的振动情况完全相同 当s1 s2都打开时产生相干波 它们在空间相遇时产生干涉现象 一些地方振动加强 一些地方振动减弱 加强区与减弱区相互隔开 发生明显的干涉现象 返回 典例精析 二 波的干涉 3 质点d是波峰与波峰相遇处 是振动加强点 质点b是波谷与波谷相遇处 也是振动加强点 质点a c是波峰与波谷相遇的地方 这两点是振动减弱点 4 不对 加强点的最大位移 即振幅是2a 但加强点也是做简谐运动的 若某时刻加强点处于波峰 经过 位移为0 处于平衡位置 经过 处于波谷 返回 典例精析 二 波的干涉 答案 1 水面波以狭缝s2处为波源向挡板另一侧传播开来 2 发生明显的干涉现象 3 b da c 4 见解析 返回 典例精析 三 波的衍射 例3如图5所示是观察水面波衍射的实验装置 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 则关于波经过孔之后的传播情况 下列描述中正确的是 图5 返回 典例精析 三 波的衍射 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 如果将孔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 能更明显地观察到衍射现象解析本题主要考查发生明显衍射现象的条件 观察图可知道孔的尺寸与波长差不多 能明显观察到波的衍射现象 故选项a对 返回 典例精析 三 波的衍射 因波的传播速度不变 频率不变 故波长不变 即挡板前后波纹间距应相等 故选项b对 若f增大 由 知 变小 衍射现象变得不明显了 故选项d错 若将孔ab扩大 且孔的尺寸远大于波长 则可能观察不到明显的衍射现象 故选项c对 答案abc 返回 典例精析 四 多普勒效应 例4如图6所示产生机械波的波源o做匀速运动的情况 图中的圆表示波峰 1 该图表示的是 a 干涉现象b 衍射现象c 反射现象d 多普勒效应 2 波源正在向哪处移动 a ab bc cd d 图6 返回 典例精析 四 多普勒效应 3 观察到波的频率最低的位置是 a ab bc cd d解析题图表示的是多普勒效应 波源的左边波长较小 说明波源正向左运动 因此a处的观察者接受到的频率偏高 b处的观察者接受到的频率最低 答案 1 d 2 a 3 b 返回 课堂要点小结 自我检测区 1 2 3 4 1 波的衍射 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 孔或障碍物越小 衍射现象越明显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长解析衍射是一切波特有的现象 所以选项a正确 c错误 1 2 3 4 发生明显的衍射现象是有条件的 只有缝 孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长小时 才能观察到明显的衍射现象 所以选项b正确 声波的波长在1 7cm到17m之间 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长 因此声波容易发生衍射现象 所以选项d正确 答案abd 1 2 3 4 2 波的干涉 图7表示两个相干波源s1 s2产生的波在同一种均匀介质中相遇 图中实线表示某时刻的波峰 虚线表示的是该时刻的波谷 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 1 2 3 图7 4 解析波的干涉示意图所示的仅是某一时刻两列相干波叠加的情况 形成干涉图样的所有介质质点都在不停地振动着 其位移的大小和方向都在不停地变化着 但要注意 对于稳定的干涉 振动加强和减弱的区域的空间位置是不变的 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两点都是波峰和波谷相遇的点 是振动减弱的点 a正确 1 2 3 4 e位于加强点的连线上 仍为加强点 f位于减弱点的连线上 仍为减弱点 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 c错误 因形成干涉图样的介质质点不停地做周期性振动 经半个周期步调相反 d正确 答案ad 1 2 3 4 3 波的干涉和衍射 利用发波水槽得到的水面波形如图8a b所示 则 a 图a b均显示了波的干涉现象b 图a b均显示了波的衍射现象c 图a显示了波的干涉现象 图b显示了波的衍射现象d 图a显示了波的衍射现象 图b显示了波的干涉现象解析由波的干涉和衍射概念知 图a是一列波的传播 显示了波的衍射现象 图b是两列波的传播 显示了波的干涉现象 1 2 3 4 图8 d 4 多普勒效应 关于多普勒效应 以下说法中正确的是 a 发生多普勒效应时 波源的频率发生了变化b 发生多普勒效应时 观察者接收到的频率发生了变化c 多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的d 只有声波才能产生多普勒效应解析由于波源的频率只与波源本身在单位时间内完成的全振动