波的衍射和干涉

1、2021/6/161第十二章第十二章 机械波机械波4 波的衍射和干涉波的衍射和干涉2021/6/162实例实例1、在水塘里，微风激起的、在水塘里，微风激起的水波遇到突出水面水波遇到突出水面 的小石子、的小石子、芦芦 苇，会绕过他们继续传播，苇，会绕过他们继续传播，好象他们并不存在好象他们并不存在 实例实例2、听其声不见其人。、听其声不见其人。 实例实例3、隔墙有耳、隔墙有耳2021/6/163波的衍射波的衍射现象：水波绕过小孔继续传播 2021/6/164一、衍射现象一、衍射现象 波能绕过障碍物继续传播的波能绕过障碍物继续传播的现象，叫做波的衍射。现象，叫做波的衍射。衍衍展延之意展延之意波的衍

2、射波的衍射波展延到波展延到“影子影子”区域区域里的现象。里的现象。衍射是所有波共有的一种现象，一衍射是所有波共有的一种现象，一切波都能发生衍射同时，它也是切波都能发生衍射同时，它也是波所特有的现象波所特有的现象2021/6/165二、发生明显衍射现象的二、发生明显衍射现象的条件条件 2021/6/166结论结论：v窄缝宽度跟波长相差不多时，有明显窄缝宽度跟波长相差不多时，有明显的衍射现象；的衍射现象；v窄缝宽度比波长大得越多，衍射现象窄缝宽度比波长大得越多，衍射现象越不明显；越不明显；v窄缝宽度跟波长相比非常大时，水波窄缝宽度跟波长相比非常大时，水波将直线传播，观察不到衍射现象将直线传播，观察

3、不到衍射现象水波的衍射水波的衍射2021/6/167v只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波只有缝、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观察到明显的衍射现象v注意：注意：一切波都能发生衍射，一切波都能发生衍射，而要发生而要发生明显的衍射现象须满足上述条件，当不明显的衍射现象须满足上述条件，当不满足上述条件时，衍射现象仍存在，只满足上述条件时，衍射现象仍存在，只不过是衍射现象不明显，不易被我们观不过是衍射现象不明显，不易被我们观察到察到 发生明显衍射现象的条件：发生明显衍射现象的条件：2021/6/168小结：小结：1、衍

4、射是波特有的现象，一切波都会产生衍射现象。、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。、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、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。的条件，仅是发生明显衍射的条件。4、一般情况下，波长较大的波容易产生显著的衍射现、一般情况下，波长较大的波容易产生显著的衍射现象。象。5、波传到小孔（或障碍物）时，小孔或障碍物仿佛、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是一个新的波源，由它发出

5、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。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，、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。但由于能量的减弱，衍射现象不容易观察到。2021/6/169练习练习：1、以下关于波的衍射的说法，正确的、以下关于波的衍射的说法，正确的是是（ ）A、波遇到障碍物时，一定会发生明显的衍射现象、波遇到障碍物时，一定会发生明显的衍射现象B、当孔的尺寸比波长小，衍射现象明显、当孔的尺寸比波长小，衍射现象明显C、当障碍物的尺寸比波长大得多时，衍

6、射现象很明显、当障碍物的尺寸比波长大得多时，衍射现象很明显D、当障碍物的尺寸与波长相差不多时，会发生明显的、当障碍物的尺寸与波长相差不多时，会发生明显的衍射现象衍射现象2、下列现象属于波的衍射现象的、下列现象属于波的衍射现象的是是（ ）A、在空旷的山谷里喊叫，可以听到回声、在空旷的山谷里喊叫，可以听到回声B、“空山不见人，但闻人语响空山不见人，但闻人语响”C、“余音绕梁，三日而不绝余音绕梁，三日而不绝”D、夏日的雷声有时轰鸣不绝、夏日的雷声有时轰鸣不绝BDB2021/6/16103.关于波的衍射下列说法中正确的是（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在衍射现象

7、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，必定不是波不能发生明显衍射的，必定不是波E衍射是一切波的特性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波长跟孔的宽度差不多时能发生明显衍射现象G波长比孔的宽度小得越多，衍射现象越不明显波长比孔的宽度小得越多，衍射现象越不明显 AEFG 2021/6/16114.如图是观察水面波衍射的实验装置，如图是观察水面波衍射的实验装置，AC和和BD是两是两块挡板，块挡板，AB是一个孔，是一个

8、孔，O为波源，图中已画出波源所为波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每在区域波的传播情况，每两条相邻波纹（图中曲线）两条相邻波纹（图中曲线）之间距离表示一个波长，则之间距离表示一个波长，则波经过孔之后的传播情况，波经过孔之后的传播情况，下述描述正确的是（下述描述正确的是（ ） ABCA挡板前后波纹间距离相等挡板前后波纹间距离相等B此时能明显观察到波的衍射现象此时能明显观察到波的衍射现象C如果将孔如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象扩大，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，能更明显地如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显地观察衍射现象观察衍射现象

9、2021/6/16125.如图所示是不同频率的水波通过相同的小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，孔所能到达区域的示意图， 情况中水情况中水波的频率最大；波的频率最大； 情况中水波的频率最情况中水波的频率最小。小。bac题11图（一）波的叠加（一）波的叠加叠加原理叠加原理 几列波相遇时能够保持各自的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于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和。

10、的矢量和。 波具有独立性。波具有独立性。练习练习1v 1.从一条弦线的两端，各发生一如图甲从一条弦线的两端，各发生一如图甲所示的横脉冲，它们均沿弦线传播，速所示的横脉冲，它们均沿弦线传播，速度相等，传播方向相反，在它们传播的度相等，传播方向相反，在它们传播的过程中，可能出现的脉冲波形是图乙中过程中，可能出现的脉冲波形是图乙中的（的（ ）图甲图乙ABD（二）波的干涉（二）波的干涉1 1波的干涉：波的干涉： （1 1）概念：）概念： 频率相同的两列波叠加，使频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的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振动减弱，而且振动加强和振动

11、减弱的区域相互隔开的现象叫做的干弱的区域相互隔开的现象叫做的干涉。涉。 v(2)、干涉的解释干涉的解释加强点加强点v 如果在某一时刻，在水面上的某一点是两列波的如果在某一时刻，在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；因此在这一点，始终最大，等于两列波的振幅之和；因此在这一点，始终是两列波干涉的加强点，质点的振动最激烈是两列波干涉的加强点，质点的振动最激烈. .v(2)、干涉的解释减弱点v如果在某一时刻，

12、在水面上的某一点是两列波的如果在某一时刻，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，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，水面保持平静零，水面保持平静 （3 3）干涉图样：）干涉图样：由波的干涉所形成的图样叫做干涉由波的干涉所形成的图样叫做干涉图图样。样。注意：注意：（1）振动加强的区域振动始终加强，振）振动

13、加强的区域振动始终加强，振动减弱的区域振动始终减弱动减弱的区域振动始终减弱（2）振动加强（减弱）的区域是指质点）振动加强（减弱）的区域是指质点的振幅大（小），而不是指振动的位移的振幅大（小），而不是指振动的位移大（小），因为位移是在时刻变化的大（小），因为位移是在时刻变化的若两个波源的振动频率和振动步调相同若两个波源的振动频率和振动步调相同 ：v（1）加强点与两个波源的距离差：加强点与两个波源的距离差： r=r2-r1=K （k=0,1，2，3）v（2）减弱点与两个波源的距离减弱点与两个波源的距离 r=r2-r1=(2k+1)/2 （k=0,1，2，3）(4)加强点和减弱点满足的条件加强点和减

14、弱点满足的条件练习2v2如图中如图中s1和和s2是两个是两个相干波源相干波源,以以s1和和s2为圆为圆心的两组同心圆弧分别心的两组同心圆弧分别表示在同一时刻两列波表示在同一时刻两列波的波峰和波谷的波峰和波谷,实线表示实线表示波峰波峰,虚线表示波谷虚线表示波谷,a、b、c三点中三点中,振动加强振动加强的点是的点是 ,振动减弱的振动减弱的点是点是 ,再过再过1/2周期周期,振动加强的点是振动加强的点是 ,振振动减弱的点是动减弱的点是 . 2、产生干涉的条件： （1 1）两列波相遇叠加不一定能得到稳定的）两列波相遇叠加不一定能得到稳定的干涉图样。而要产生稳定的干涉现象形成稳干涉图样。而要产生稳定的干

15、涉现象形成稳定的干涉图样，则需要满足一定的条件。定的干涉图样，则需要满足一定的条件。 （2 2）产生干涉的条件：）产生干涉的条件：两列波的频率必须相同。两列波的频率必须相同。 注：（只要满足条件）一切波都能发生干涉注：（只要满足条件）一切波都能发生干涉现象，干涉和衍射一样都是波特有的现象现象，干涉和衍射一样都是波特有的现象 练习3v关于两列波的稳定干涉现象，下列说关于两列波的稳定干涉现象，下列说法正确的是（法正确的是（ ）vA.任意两列波都能产生稳定干涉现象任意两列波都能产生稳定干涉现象vB.发生稳定干涉现象的两列波，它们发生稳定干涉现象的两列波，它们的频率一定相同的频率一定相同vC.在振动减