波的衍射和干涉推荐PPT精选文档

1,第十二章机械波,波的衍射和干涉,2,在水塘里，微风激起的水波遇到突出水面的小石子、芦苇，会绕过他们继续传播，好象他们并不存在。,4,波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做波的衍射。,1.定义:,一、衍射现象,波在传播过程中遇到尺寸与波长差不多的小孔时，相当于在小孔处衍生出一个新的波源Q，称为子波源。,波源P,衍生波源Q,6,1.在波长不变的情况下改变障碍物或孔的尺寸，观察是否发生明显的衍射现象；课本图12.4-12.在障碍物或孔的尺寸不变的情况下改变波长（波长减小）观察是否发生明显的衍射现象。课本图12.4-2,设计方案,思考：如何才能发生明显的衍射现象呢？,7,观察一：,狭缝宽度与波长相差不多或狭缝宽度比波长更小时，发生明显衍射。,8,波长与狭缝宽度相差不多时，有明显衍射现象,观察二：,9,实验表明：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象，明显的衍射有条件，衍射无条件,二、发生明显衍射的条件,10,2、发生明显衍射的条件,缝、孔的宽度或障碍物的尺寸比波长大很多时，波表现出直线传播，衍射现象不明显。,缝、孔的宽度或障碍物的尺寸与波长相差不多或比波长小时，将发生明显的衍射现象。,12,1.为什么“未见其人先闻其声”？2.为什么光是直线传播而声波可以发生明显的衍射现象？,13,为什么“未见其人先闻其声”？数据：1.人耳能听到的声波的频率范围2020000Hz；2.可见光频率范围0.4um-0.7um,14,如何获得明显的衍射现象？一定时，可改变l，使l与接近l一定时，可改变，使与l接近一定时，可减小f，从而改变,医院中有一种“B超”仪器，常用来探测人体内脏的位置及发现可能的病变，这种仪器为什么要使用超声波而不用普通的声波？,课本P33说一说,1）超声波的频率范围为大于20000Hz，其相应波长小于17mm；,2）超声波频率高，故超声波能量大，才容易穿透皮肤和组织；,3）超声波波长短，不易衍射，在一定距离内沿直线传播，方向性好，故所拍图像清晰。,16,1.衍射是波特有的现象,一切波都会产生衍射现象2.衍射现象总是存在的,只有明显与不明显的差异3.障碍物或孔的尺寸大小,并不是决定衍射能否发生的条件,仅是发生明显衍射的条件，波的直线传播只是衍射不明显时的一种近似。4.一般情况下波长较大的波容易产生显著的衍射现象5.波传到小孔（或障碍物）时,小孔或障碍物仿佛是一个新的波源,由它发出与原来同频率的波在孔或障碍物后传播,于是就出现了偏离直线传播方向的衍射现象6.当孔的尺寸远小于波长时,尽管衍射十分突出,但由于能量的减弱,衍射现象不容易观察到,小结,17,1.以下关于波的衍射的说法，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.当孔的尺寸比波长越小，衍射现象明显C.当障碍物的尺寸比波长大得多时，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,B,18,2.关于波的衍射下列说法中正确的是（）A在衍射现象中，波不是沿直线传播的B水波碰到障碍物后返回传播的现象属于衍射现象C横波能发生衍射，而纵波不能发生衍射D不能发生明显衍射的，必定不是波E衍射是一切波的特性F波长跟孔的宽度差不多时能发生明显衍射现象,AEF,19,3.如图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。,C,A,20,5.已知空气中的声速为340m/s，现有几种声波：（1）周期为0.05s；（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,C,21,6.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0.05rns，为观察到明显的衍射现象，小孔的直径d应为（）A10cmB5cmCd1cmDd1cm,D,22,7.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99m的波C.频率为40Hz的声波D.频率为5000MHz的电磁波（v3.0108ms）,A,23,一、波的叠加,24,由此可知：,两列波相遇后，彼此穿过，继续传播，波的形状和传播的情形都跟相遇前一样，也就是说，相遇后，它们都保持各自的运动状态，彼此都没有受到影响。,25,1.波在叠加时的特点,（1）相遇时，位移是两列波分别产生的位移的矢量和,（2）相遇后，各列波独立传播。,几列波在同一介质中传播，在介质中某一点（或某一区域）相遇后，每一列波都能够保持各自的状态继续沿着原来的方向向前传播，彼此之间互不干扰，好象没有遇到另一列波一样。,1、波的独立传播原理,27,2叠加原理,几列波相遇时能够保持各自的运动状态，继续传播，在它们重叠的区域里，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。,28,3、3波的独立性原理,两列波相遇后，彼此穿过，继续传播，波的形状和传播的情形都跟相遇前一样，也就是说，相遇后，它们都保持各自的运动状态，波长，频率都不变，彼此都没有受到影响,29,二、波的干涉,30,振动加强,振动加强,振动加强,振动加强,振动减弱,振动减弱,振动减弱,31,由此可知：,两列波相遇后，在水面上，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激烈振动的区域，这两种区域在水面上的位置是固定的，而且相互隔开。,32,1.定义,频率相同，相位差恒定的两列波(相干波源）叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强和振动减弱的区域相互隔开的现象叫做波的干涉。,33,2.干涉图样,由波的干涉所形成的图样叫做干涉图样。,34,P点振动最强（振幅为A1A2）,3.干涉的解释,35,在某一时刻，水面上的某一点是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，质点的位移最大，等于两列波的振幅之和；即：A=A1+A2因此在这一点，始终是两列波干涉的加强点，质点的振动最激烈。,36,点振动最弱（振幅为A1A2）,37,点不振动（振幅为零）,38,在某一时刻，在水面上的某一点是两列波的波峰和波谷相遇，经过半个周期，就变成波谷和波峰相遇，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，A=IA1A2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,特征振动加强的区域总是加强，振动减弱的区域总是减弱。,把振动最激烈的质点连起来，就是振动加强区；振动最不激烈或静止的质点连起来，就是振动减弱区，且振动加强区和振动减弱区是相互间隔着出现的。,三、波的干涉,40,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为最大值？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为最小值？答：不是。是指:质点的振幅达最大值（或最小值），而不是指振动位移始终处于最大值，因为位移是时刻在变化的,注意,1、若P点为振动加强点：,假设在两列波的步调一致叠加区域有一个P点，它到两列波源的距离分别为S1、S2，两列波的波长为，则有,（n=0,1,2,）,则有P点到两列波的波源的距离差等于波长的整数倍。,2、若P点为振动减弱点：,则有P点到两列波的波源的距离差等于半个波长的奇数倍。,（n=0,1,2,）,对波的干涉加强区和减弱区特点的讨论：,42,5.干涉条件：,（1）两个波源的振动频率相同,（2）两波源的相位差必须保持不变,（3）加强点连线的点都是加强点减弱点连线的点都是减弱点,43,一切波（只要满足条件）都能发生干涉现象，干涉和衍射一样都是波特有的现象,注意,3、形成稳定干涉图样的条件,两列波相遇叠加不一定能得到稳定的干涉图样，要产生稳定的干涉现象，形成稳定的干涉图样，需要满足一定的条件，产生稳定干涉图样的条件是两列波的频率相同，相位差恒定，且振幅相差不大时是明显干涉。,4、波的干涉是波的叠加的特殊情形，一切波都能发生干涉，干涉和衍射都是波特有的现象。,生活实例：声波的干涉操场上装有很多个相同的扬声器，当它们同时发声时，若绕操场一周，将会听到某些地方声音加强，某些地方声音减弱。,课本35生活中波的干涉实例,46,什么是波的独立性？,什么是波的干涉？,什么是波的叠加原理？,干涉加强点和减弱点满足的条件？,产生稳定干涉的条件是什么,47,1.关于两列波的稳定干涉现象，下列说法正确的是（）A.任意两列波都能产生稳定干涉现象B.发生稳定干涉现象的两列波，它们的频率一定相同C.在振动减弱的区域，各质点都处于波谷D.在振动加强的区域，有时质点的位移等于零,BD,48,2.下列说法正确的是（）A.两列波相遇时，可以相互穿过继续传播，只在重叠区域发生叠加B.两列波叠加区域的任何介质质点的实际位移是两列波单独引起位移的矢量和C.两列波相遇时,一列波对另一列的影响叫干涉D.干涉是特殊条件下叠加现象，两个频率相同的波源振动产生的波可能发生干涉象,ABCD,49,3.两列波长相同的水波发生干涉，若在某一时刻，P点处恰好两列波的波峰相遇，Q点处两列波的波谷相遇，则（）AP点的振幅最大，Q点的振幅最小BPQ两点的振幅都是原两列波的振幅之和CPQ两点的振动周期同DPQ两点始终处在最大位移处和最小位移处,BC,50,4.如图所示，S1、S2是两个频率相等的波源，它们在同一种介质中传播，以S1、S2为圆心的两组同心圆弧分别表示同一时刻两列波的波峰（实线）和波谷（虚线）则以下说法正确的是：（）A质点A是振动加强点B质点D是振动减弱点C再过半周期，质点B、C是振动加强D质点A始终处于最大位移,A,51,5.两列波发生了干涉现象，得到了干涉图样，则（）A.振动加强的质点，始终处于最大位移处B.振动加强的质点的位移，有时会小于振动削弱的质点的位移C.波峰与波峰相遇处的质点，其振动始终加强D.波峰与波谷相遇处的质点，其振动始终削弱,