第五节波的干涉、衍射

1、五、波五、波 的的 衍衍 射射一、波的叠加原理一、波的叠加原理绳波的叠加实验研究实验研究结论：两列波相遇时，位移发生合成结论：两列波相遇时，位移发生合成变化；相遇后，波的形状和传播的情形都跟相遇前变化；相遇后，波的形状和传播的情形都跟相遇前一样，都保持各自的运动状态继续传播，彼此之间一样，都保持各自的运动状态继续传播，彼此之间没有互相影响。没有互相影响。一、波的叠加原理一、波的叠加原理几列波在同一介质中传播，在介质中某一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保持各自的状态继续沿着原来

2、的方向向前传播，彼此之间互不干扰，好象没有遇到另一播，彼此之间互不干扰，好象没有遇到另一列波一样。列波一样。 在几列波重叠的区域内，质点要同时参与这几列在几列波重叠的区域内，质点要同时参与这几列波所产生的振动，每一质点仍然是在各自的平衡位置波所产生的振动，每一质点仍然是在各自的平衡位置附近做振动，质点的总位移等于各列波单独存在时在附近做振动，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矢量和。该处引起的振动位移的矢量和。 波的叠加原理波的叠加原理1 1、下列关于两列波相遇时叠加的说法中正、下列关于两列波相遇时叠加的说法中正确的是（确的是（ ）A A、相遇后，振幅小的一列波将减弱，振幅

3、、相遇后，振幅小的一列波将减弱，振幅大的一列波将加强大的一列波将加强B B、相遇后，两列波的振动情况与相遇前完、相遇后，两列波的振动情况与相遇前完全相同全相同C C、在相遇区域，任一点的总位移等于两列、在相遇区域，任一点的总位移等于两列波分别引起的位移的矢量和波分别引起的位移的矢量和D D、几个人在同一房间说话，相互听得清楚，、几个人在同一房间说话，相互听得清楚，这说明声波在相遇时互不干扰这说明声波在相遇时互不干扰课堂练习课堂练习 两列频率相同的波相遇时，在它们重叠的两列频率相同的波相遇时，在它们重叠的区域会发生什么现象呢？区域会发生什么现象呢？我们先观察下面的现我们先观察下面的现象。象。想一

4、想想一想 现象：现象：两列频率相同的水波相遇后，在两列频率相同的水波相遇后，在它们重叠的区域里出现了一条条从两个它们重叠的区域里出现了一条条从两个波源中间伸展出来的相对平静的波源中间伸展出来的相对平静的区域区域和和激烈振动的激烈振动的区域区域，这两种区域在水面上，这两种区域在水面上的的位置位置是是固定固定的，而且的，而且相互隔开相互隔开。1. 1. 频率频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强加强，某些区域的振动某些区域的振动减弱减弱，而且振动加强和减弱的区域互，而且振动加强和减弱的区域互相间隔相间隔, ,这种现象叫做这种现象叫做波的干涉波的干涉. .所形成

5、的图样叫做所形成的图样叫做干干涉图样涉图样。二、波的二、波的干涉干涉水波干涉图样水波干涉图样水波干涉俯视图样水波干涉俯视图样 2、产生干涉的、产生干涉的必要条件必要条件： 注意：注意：虽然干涉是波的叠加的结果，但叠加虽然干涉是波的叠加的结果，但叠加未必都产生干涉现象。未必都产生干涉现象。声波声波也能发生干涉。也能发生干涉。 不仅水波和声波能发生一干涉，不仅水波和声波能发生一干涉，一切波都能一切波都能发生干涉，干涉是波特有的现象。发生干涉，干涉是波特有的现象。a 两列波的两列波的频率相同频率相同；b 两列波的两列波的相位差恒定相位差恒定；c 两列波的两列波的振幅相差不多。振幅相差不多。 振动加强

6、的区域始终加强是不是指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？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？的质点的振动位移总是为最小值？ 结论结论：振动加强（或减弱）的区域是：振动加强（或减弱）的区域是指质点的振幅达最大值（或最小值），指质点的振幅达最大值（或最小值），而不是指振动的位移，因为不管是加而不是指振动的位移，因为不管是加强区还是减弱区，质点都在作振动，强区还是减弱区，质点都在作振动，它们的位移是时刻在变化的。它们的位移是时刻在变化的。3 3、两个相同波两个相同波干涉图样干

7、涉图样加强点和减弱点的加强点和减弱点的条件条件P点是振动点是振动加强点加强点的条件是：的条件是：P点是振动点是振动减弱点减弱点的条件是：的条件是：)210(21，nnSSS )321(2/)12(21，nnSSS 解释：解释：设设AC=BP，当，当B波源产生波峰时，波源产生波峰时，A波源也同时波源也同时产生波峰。当产生波峰。当B波的某一波峰恰传到波的某一波峰恰传到P点时，点时，A波同时产生波同时产生的那一波峰刚传到的那一波峰刚传到C点。点。如果如果CP=n，则，则A波传到波传到P点的也点的也恰好是一个波峰，则恰好是一个波峰，则P点是点是波峰和波峰叠加波峰和波峰叠加，P点是振动点是振动加强点。如

8、果加强点。如果CP=(2n-1)/2，则，则A波传到波传到P点的是波谷，则点的是波谷，则P点是点是波峰和波谷波峰和波谷叠加，叠加，P点是振动减弱点。点是振动减弱点。3 3、两个相同波两个相同波干涉图样干涉图样加强点和减弱点的条件加强点和减弱点的条件 如图如图A、B是两个振动情况相同的波源，是两个振动情况相同的波源，点点P到到A、B距离分别是距离分别是S1 和和S2 ，则：，则：2 2、两列波发生了干涉现象，得到了干涉图、两列波发生了干涉现象，得到了干涉图样，则（样，则（ ）A A、振动加强的质点，始终处于最大位移处、振动加强的质点，始终处于最大位移处B B、振动加强的质点的位移，有时会小于振、

9、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动削弱的质点的位移C C、波峰与波峰相遇处的质点，其振动始终、波峰与波峰相遇处的质点，其振动始终加强加强D D、波峰与波谷相遇处的质点，其振动始终、波峰与波谷相遇处的质点，其振动始终削弱削弱课堂练习课堂练习3 3、如图所示，、如图所示，A A、B B为两个完全相同的相干为两个完全相同的相干波源，它们产生的两列波在波源，它们产生的两列波在ABAB连线的中垂连线的中垂线上的线上的P P点相遇时，则（点相遇时，则（ ）A A、P P点振动始终加强点振动始终加强B B、P P点振动有时加强，有时减弱点振动有时加强，有时减弱C C、P P点位移始终等于

10、振幅点位移始终等于振幅D D、P P点位移有时为零点位移有时为零课堂练习课堂练习4 4、如图所示表示两列相干水波的叠加情况，图中、如图所示表示两列相干水波的叠加情况，图中的实线表示波峰，虚线表示波谷。设两列波的振幅的实线表示波峰，虚线表示波谷。设两列波的振幅均为均为5cm5cm，且图示的范围内振幅不变，波速和波长，且图示的范围内振幅不变，波速和波长分别为分别为1m/s1m/s和和0.5m0.5m，C C点是点是BEBE连线的中点，下列说连线的中点，下列说法中正确的是法中正确的是 （ ）A AC C、E E两点都保持静止不动两点都保持静止不动B B图示时刻图示时刻A A、B B两点的竖两点的竖

11、直高度差为直高度差为20cm20cmC C图示时刻图示时刻C C点正处于平衡点正处于平衡 位置且向水面上运动位置且向水面上运动D D从图示的时刻起经从图示的时刻起经0.25s0.25s， B B点通过的路程为点通过的路程为20cm20cm课堂练习课堂练习波可以绕过障碍物继续传播的现象叫做波可以绕过障碍物继续传播的现象叫做波的波的衍射衍射。三三. . 波的衍射波的衍射演演 示示 在水槽里放两块挡板，中间留有一个狭缝，观察水在水槽里放两块挡板，中间留有一个狭缝，观察水波通过狭缝后的传播情况。波通过狭缝后的传播情况。 保持水波的波长不变，改变狭缝的宽度，观察水波保持水波的波长不变，改变狭缝的宽度，观

12、察水波的传播情况有什么变化。的传播情况有什么变化。实验模拟实验模拟水波传递中遇到与波长差不多尺寸的小孔时：水波传递中遇到与波长差不多尺寸的小孔时： 水波传递中通过小孔时，相当于在小孔处衍生水波传递中通过小孔时，相当于在小孔处衍生出一个新的与波源出一个新的与波源P类似的波源类似的波源Q，称为子波源。，称为子波源。1 1、只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸、只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸时，时，才能观察到才能观察到的衍射现象。的衍射现象。2 2、衍射的实质：振动的形式和能量、衍射的实质：振动的形式和能量传到障碍物后方的阴影区域中。传到障碍物后方的阴影区域中。发生明显衍射现象的条件发生明显衍射现象的条件

13、2 2、具体实例：、具体实例：1 1）声波的衍射）声波的衍射 隔墙有耳隔墙有耳2 2）电磁波的衍射）电磁波的衍射 收看电视收看电视衍射衍射1 1、。但要发生。但要发生现象需现象需要满足一定的条件，当不满足时，衍射要满足一定的条件，当不满足时，衍射现象虽然存在，但由于是不明显的衍射现象虽然存在，但由于是不明显的衍射现象，不易被我们观察到。现象，不易被我们观察到。 1 1、能试着解读、能试着解读“闻其声不见其人闻其声不见其人”中所包含中所包含的物理知识吗？的物理知识吗？2 2、在有些偏远的山区，收音机、在有些偏远的山区，收音机能收到清晰的声音信号，而电能收到清晰的声音信号，而电视机信号却不清晰，你能根据视机信号却不清晰，你能根据所学的物理知识给出一个合理所学的物理知识给出一个合理的解释吗？的解释吗？思考与讨论思考与讨论 5 .在水波的衍射实验中在水波的衍射实验中,若打击水面的振子振若打击水面的振子振动的频率是动的频率是5 Hz,水波在水槽中传播速度是水波在水槽中传播速度是0.05 m/s,为观察到明显的衍射现象为观察到明显的衍射现象,小孔直小孔直径应为径应为( )A.10 cm