新课标三维人教物理选修34第十二章机械波第4节波的衍射和干涉

1、理好课堂4节波的衍射和干涉第关键语句1波绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射-发生明H衍射的条件：缝孔的宽度或障碍物的尺2寸跟波长差不妥.或者比波长小一波的干涉是指频率相同的两列波登加，使某些区3域的振幅加大，某些区域的振幅减小。课前自主学习，基稳才能楼高一、波的衍射.1定义：波绕过障碍物继续传播的现象。两种衍射现象2在水波槽中，在波源的前方放个障碍物，使波源振动产生水波。当障碍物较大时(1)波被阻挡，在靠近障碍物后面没有波，只是在障碍物较远处，波才稍微有些绕到“影G”4-12-1甲所示，虽然发生衍射现象，但不明显.区域里，如图112.4-图当障碍物较小时发现波能绕过障碍物继续前进，如同障碍物

2、不存在样，如图乙所示，衍射现象明显。在水波槽中，在波源前方放个有孔的屏，使波源振动产生水波。当孔较大时发现（2）水波经过孔后在连接波源与孔的两边的两条直线所限制的区域里传播，如图丙所示。当孔较小时发现孔后的整个区域里传播者以孔为中心的圆形波，如图丁所示，衍射现象明显。.发生明显衍射现象的条件3只有当缝、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。二、波的叠加1.波的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，介质中的中国好课堂:版权所有.中国嬲堂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22

3、表示了分别向右、向左传播的两列波1和在相遇区域内的叠加过程。量和。图12-4-.波的叠加原理是波具有独立传播性的必然结果，由于总位移是两个位移的矢量和，2所以叠加区域的质点的位移可能增大，也可能减小。）2所示（如图12-4-两列同相波的叠加，振动加强，振幅增大。）34-所示两列反相波的叠加，振动减弱，振幅减小。（如图12-34-图12-图12-4-2三、波的干涉1.定义频率相同的两列波登加时，某些区域的振幅加大、某些区域的振幅减小的现象。2.稳定干涉条件两列波的频率必须相同。（1）（2两个波源的相位差必须保持不变。干涉的普遍性3.切波都能够发生干涉，干涉是波特有的现象。判一判1.自主思考一)J

4、(l)“隔墙有耳”指的是声波的衍射现象。()X(2)在操场上不同位置听到学校喇叭的声音大小不同，是声波的干涉现象。0两列频率不同的水波不能发生波的干涉现象。(X(3)不是所有的波都能发生干涉。(X(4)(X(5)只有障碍物尺寸和波长差不多时，才能发生衍射现象。议一议2.合作探究既然切波都能够发生衍射，那为什么生活中见不到光波的衍射现象？(1)的范围内，跟一般障碍物的尺寸相比非常小，所0.40.7um提示：光波的波长通常在以通常的怙况下看不到光的衍射，看到的是光的直线传播。所示，操场中两根竖直杆上各有个扬声琳，接在同扩音机上，位4-(2)如图124方向走来。AB同学沿着FB中国好课堂:版权所有.

5、膛4图124-结果他听到的声音会忽强忽弱，这属于什么物理现象？提示：波的干涉现象。定谯课堂讲练设计，举一能通类题考点一对波的衍射现象的埋解通而由关于衍射的条件1.应该说衍射是没有条件的，衍射是波特有的现象，切波都可以发生衍射。衍射只有“明显”与“不明显”之分，障碍物或小孔的尺寸跟波长差不多，或比波长小是产生明显衍射的条件。波的衍射实质分析2.仿佛是个新波源，由它发出的与原来同频率的障碍物)障碍物)时，小孔(波传到小孔(波的宜线传播只是在衍射不明显时的近似情就偏离r直线方向。后传播，(障碍物)波在小孔况。衍射现象与观察的矛盾3.当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射十分突出，但由于衍射波的能量很弱，衍射

6、现象不容易观察到。）多选）“闻其声而不见其人”是因为般障碍物的尺寸（1.跟声波波长相差不大，使声波发生明显衍射A.比声波波长大得多，声波不能发生衍射B.可以跟光波波长相比较，使光波也发生衍射CD.比光波波长大得多，故光波不能发生明显衍射是因为一般障碍物的尺寸跟声波的波长相差不闻其声而不见其人”“AD解析：选中国好课堂:版权所有.短制瞠D正确。大，便声波发生明显衍射，而光波的波长很小，不能发生明显衍射，故A、，水5Hz.（多选）在做水波通过小孔衍射的演示实验中，激发水波的振子振动频率为2）小孔直径d选用下列哪些尺寸可使实验效果比较明显（波在水槽中传播速度为5cm/s,0.8m8.1. 1mA1.

7、2cmCO.8cmD.v5,小孔尺18【：11=选解析：CD在水槽中，振子振动所激发的水波波长为人=f5正确“C寸与波长相差不大时，易发生明显衍射现象。所以、D是水而上波源，实、虚线分别表示该时刻的波峰、波谷，04-5所示，正中3.如图12-）（是小孔，经过段时间，水而上的波形将分布于A是挡板，B54-图12.整个区域A.阴影I以外区域BC.阴影II以外区域D.上述选项均不对B而小孔，比波长大得多，因此波不会绕过挡板A选解析：B从图中可以看出挡板A正确。的大小与波长差不多，能发生明显的衍射现象。故B考点二对干涉现象的理解1 .波的独立传播几列波相遇时能够保持各自的运动特征，继续传播。即各自的波

8、长、频率等保持不变。2 .关于干涉的条件(1)波的叠加是无条件的，任何频率的两列波在空间相遇都会叠加。但稔定干涉图样的产生是有条件的，必须是两列同类的波，并且波的频率相同、振动方向在同直线上、相位差恒定。(2)如果两列波的频率不相等，在同种介质中传播时其波长就不相等，这样不能形成稳定的振动加强点和减弱点。因此我们就看不到稳定的干涉图样，只能是般的振动叠加现象。3 .关于加强点(区)和减弱点(区)中国好课堂:版权所有.帼解瞠加强点：在某些点两列波引起的振动始终加强，质点的振动最剧烈，振动的振幅等Q)A。于两列波的振幅之和，A=A+“减弱点：在某些点两列波引起的振动始终相互削弱，质点振动的振幅等于

9、两列波的(2),若两列波振幅相同，质点振动的合振幅就等于零，并不振动，水|A振幅之差，=|A-A2i面保持平静。干涉图样及其特征4.所示。Q)干涉图样：如图12-4-66通方法4图12-特征：(2)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)c加强区与减弱区互相间隔。S典例波源轴上的的振动方向相同，频率均为4Hz,分别置于均匀介质中x和S21轴相向传播，波速x7所示。两波源产生的简谐横波沿两点处，、AOA=2m,如图124O。已知两波源振动SiS2的初始相位相同。求：为4m/sOAX712-4图Q)简谐横波的波长。OA间合振动振幅最小的点的位置&#

10、176;(2)思路点拨两列频率相同的简谐横波相遇时发生干涉现象。Q)振幅最小的点到两波源的距离之差为半波长的奇数倍。(2),代入已知数据，得入=lm°v解析Q)设荷谐横波波长为入，频率为f,则=Af点的波程Px,则两波源到间的任意一点，其坐标为(2)以O为坐标原点，设P为OA、1以m为单位.20-=MA1x-(2x),WxW。其中xl515?+k=x,k为整数，所以入=ZH+k,可得一合振动振幅最小的点的位置满足？224如M中国好课堂:版权所有.理嬲堂3o0.25m,0.75m,1.25m,1.75mO.1»解得：xW=,故k=2、iWk、20.25m,0.75m,1.25

11、振动加强点与振动减弱点的判断方法(1)振动加强点和振动减弱点的理解：不能认为振动加强点的位移始终最大，振动减弱点的位移始终最小，而应该是振幅增大的点为振动加强点，其实这些点也在振动着，位移I可为零；振幅减小的点为振动减弱点。(2)条件判断法：振动情况完全相同的两波源产生的波叠加时，加强、减弱条件如下：XX设点到两波源的路程差为，当r=2k(k=0,l,2,)时为振动加强点；当Ar=(2k+1)22(k=0,L2)时为振动减弱点。若两波源振动步调相反，则上述结论相反。(3)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，则为振动减弱点。e通题正1.(

12、多选)如图1248所示，P点为两波之间线段的中点，下列说法正确的是()P图1248A.两列波同时到达P点B.两列波相遇时，P点的波峰值可达到A+A21C.两列波相遇再分开后，各自保持原波形传播D.因频率不同，这两列波相遇时不能叠加解析：选AC因两列波速度相等，故同时到达P点，选项A正确：但两列波的波峰不可能同时在P点相遇，选项B错误：两列波相遇时，尽管频率不同，但仍能相互比加，两列波分开后互不影响，各自保持原来的波彩独立传播，故选项C正确，D错误。2 .如图12.49所示是甲、乙两列相互垂直传播的波，实线衣示波峰，虚线表示波谷，箭头式示波传播的方向。则图中P点（小网格中央的点）是（）图12-4

13、-中国好课堂:版权所有.振动加强点A.振动减弱点B,既不是加强点也不是减弱点C,条件不足无法判断DT解析：选B由图像可以看出，再经过，甲波的波峰和乙波的波谷同时到达P点，故4知P点为振动减弱点，B正确。3 .消除噪声污染是当前环境保护的个重要课题，内燃机、通风机等在排放各种高速气体的过程中都发出噪声，干涉型消声器可以用来削弱高速气流产生的噪声。干涉型消声器的结构及气流运行如图12.40所示，产生的波长为人的声波沿水平管道自左向右传播。在声波到达a处时，分成两束相干波，它们分别通过r和r的路程，再在b处相遇，即可达21到削弱噪声的目的。若Ar=r-r,则Ai等于（）图12-4-10A.波长人的整

14、数倍B.波长人的奇数倍D,半波长的偶数倍.半波长的奇数倍C解析：选C要想达到消声的目的，应使两相干波的路程差等于半波长的奇数倍，故选项C正确。课后层级训练，步步提升能力一、基础题偏熟图1A.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.图显示/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：选D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，中国好课堂:版权所有.理制瞠图(b)是两列波的传播，显示了波的干涉现象。2 .蝉是利用了a发出声音，某同学围绕蝉歇息的树干走了圈，听到忽高忽低的蝉

15、鸣声，这是由于声波的b现象，a、b组合正确的是()A.蝉的嘴干涉B.蝉的腹鼓干涉共振D.蝉的啡共振C.蝉的掇膀解析：选B蝉发出声音是蝉的腹鼓振动发出的，某同学围绕蝉歇息的树干走了一圈，听到忽高忽低的蜂鸣声，是声波的干涉现象，故B正确。3 .(多选)如图2所示，S、S是振动情况完全相同的两个机械波波源，a、b、c三点位21于S、S连线的中垂线上，且ab=bc.某时刻a是两列波波峰的相遇点，c是两列波波谷21的相遇点，则T51I图2A.a处质点始终处于波峰B.c处质点始终处于波谷DbC.处质点为振动加强点.c处质点为振动加强点解析：选CD由于a是两列波波峰的相遇点，c是两列波波谷的相遇点，所以a点

16、和c点均为振动加强点.但是，只要a、c点有振动，位移就有变化，不能说a、c点始终在波峰或波谷，A、B错误；S、S传到b点的振动同步，所以b点也是振动加强点，实际上在21S、S连线的中垂线上的任何点都是振动加强点，C、D正确。214.（多选）如图3所示，S、S为两个振动情况完全一样的波源，两列波的波长都为入，21它们在介质中产生干涉现象，S、S在空间共形成6个振动减弱的区域（图中虚线处），P是21振动减弱区域中的点，从图中可看出（）、,图3A. P点到两波源的距离差等于1.5、B. P点始终不振动C. P点此时刻振动最弱，过半个周期后，振动变为最强D.当一列波的波峰传到P点时，另一列波的波谷也一

17、定传到P点解析：选ABD振动减弱点到两波源距离差等于半波长的奇数倍，根据P点所处虚线的位置可知，P点到S、S的距离之差为L5入，选项A正确；两波源振动情况相同，故P”点振幅为零,选项B正确，选项C错误；在P点合位移为零，故其中一列波的波峰传播到中国好课堂:版权所有.场推瞠D正确“P点时，另一列波的波谷一定传播到P点，选项两波源发出的波在绳中的传播速度乙分别在根水平放置的绳的左右两端，5.波源甲、所示，则根据波的叠加原理，以下叙述中（a）t=0时刻绳上的波形如图4中均是lm，s,在）正确的是（4图12s时，波形如图所示，当=4s时，波形如图所示A.当1=时，波形如图所示，当t=4s时，波形如图所

18、示B.当t=2st=4s时，波形如图所示C.当t=2s时，波形如图所示，当时，波形如图所示=4s时，波形如图所示，当D.当t=2st,时，两列波正好重登，塞加各质点后位移为0=由题知v=lm/s,t2sD解析：选4s时，两列波已相互错开，互不影响，图正确。图错，图对；t=6/sl02X2250mHz的超声波检查胆结石，该超声波在结石和胆汁中的波速分别为6.用用超声波检查胆结石是倍。和1500m/s,则该超声波在结石中的波长是胆汁中的（因为超声波的波长较短，遇到结石时选填“容易”或“不容易”）发生衍射。VV21,则波长之=入，在胆汁中的波长入知，超声波在结石中的波长解析：由V=Nf21ffvM=

19、1.5=比：V入22超声波遇到结石时，其波长远小于结石的线度，则超声波遇到结石时不容易发生衍射现象。答案：L5不容易二、能力题期通7 .图5是两个波源振动频率相同、振动方向相同的两列波在空间传播的情景，实线表示波峰，虚线表示波谷°a为虚线交点，b为实线交点，c为a与b连线的中点。图5中国好课堂:版权所有.理好课堂lb、c各点分别处于什么位置？Q)从图示时刻开始，经过周期，a、23各点又分别处于什么位置？b、c(2)从图示时刻开始，经过周期，a、4点分别是两列波的波谷相遇点和波峰相遇点，都是振b由题图可知，此刻a、解析：(1)三点的振幅为两列波的振c、b、动加强点：而c点处于加强区域，

20、所以c点也是加强点，al点在b周期后，a点在波峰，a点在波谷，b点在波峰，c点在平衡位置，经福之和。此刻2点仍在平衡位近。波谷，c3(2)经过周期，a点在平衡位置，将向波谷振动：b点在平衡位置，将向波峰振动：c4点为a、b的中点，所以此刻c点在波峰位置“答案：(l)a在波峰，b在波谷，c在平衡位置(2)a在平衡位置，b在平衡位置，c在波峰8 .(1)(多选)在空气中的同,区域内，两列声波波源的振动情况如图6所示，可以肯定的是()图6A. a波源的频率为b波源频率的2倍B. a波的波长为b波波长的2倍C. a、b两列波叠加能产生稳定的干涉D.通过同狭缝，a波的衍射效果比b波明显(2)如图7所示，S