波的衍射和干涉课件

§12.4波的衍射和干涉第十二章机械波高二物理选修3-4教学一、波的衍射波可以绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射1.一切波都能发生衍射2.衍射是波特有的现象说明：.........障碍物平面波平面波波面二、用惠更斯原理解释衍射现象

波达到狭缝处，缝上各点都可看作子波源，作出子波包络，得到新的波前。在缝的边缘处，波的传播方向发生改变。三、发生明显衍射现象的条件结论：1.窄缝宽度跟波长相差不多时，有明显的衍射现象2.窄缝宽度比波长大得越多，衍射现象越不明显3.窄缝宽度跟波长相比非常大时，水波将直线传播，观察不到衍射现象三、发生明显衍射现象的条件只有缝、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注意：一切波都能发生衍射，而要发生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，只不过是衍射现象不明显，不易被我们观察到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课堂小结例1.下列现象或事实属于衍射现象的是()A.风从窗户吹进来B.雪堆积在背风的屋后C.水波前进方向上遇到凸出水面的小石子,小石子对波的传播没有影响.D.晚上看到水中月亮的倒影C好身体好心态好习惯好成绩成就一生例2.下列关于波的衍射的说法正确的是()A.衍射是一切机械波特有的现象B.对同一列波,缝或孔(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.声波容易发生衍射是由于声波波长较大BD例3.在水波槽的衍射实验中,若打击水面的振子的频率是5HZ,水波在槽中的传播速度为0.05m/s,为观察到显著的衍射现象,小孔直径d应为()A.10cmB.5cmC.d>1cmD.d<1cmD好身体好心态好习惯好成绩成就一生例4：如图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为波源，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）之间距离表示一个波长，则波经过孔之后的传播情况，下述描述正确的是A．此时能明显观察到波的衍射现象B．挡板前波纹间距离相等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，能更明显地观察衍射现象A．B、C.好身体好心态好习惯好成绩成就一生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G．波长比孔的宽度小得越多，衍射现象越不明显H．波长比孔的宽度大得越多，衍射现象越不明显AEFH课堂练习1.波的独立作用原理——几列波在传播时，无论是否相遇，都将保持各自原有特性（频率、波长、振幅、振动方向）不变，互不干扰地各自独立传播。2.波的叠加原理——在相遇区域内任一点的振动,为各列波单独存在时在该点所引起的振动位移的矢量和。(一)波的叠加原理四、波的干涉

1、干涉现象——频率相同的两列波相遇区域内振动在空间上出现稳定的周期性的强弱分布的现象。1)频率相同；2)振动方向相同；3)同相或相位差恒定。

满足上述三条件的波称为相干波，其波源称为相干波源。2、相干波条件(二)波的干涉现象好身体好心态好习惯好成绩成就一生加强减弱如果在某一时刻，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，始终是两列波干涉的加强点，质点的振动最激烈.3、干涉的解释如果在某一时刻，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，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．把相应的振动最激烈的质点连起来，为振动加强区；相应的振动最不激烈或静止的质点连起来，为振动减弱区．振动加强区和振动减弱区是相互隔开的．

注意：（1）振动加强的区域振动始终加强，振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．振动加强点的位置：假设在两列波的叠加区域有一个P点，它到两列波源的距离分别为S1、S2，两列波的波长为λ。（n=0,1,2,3……）P点到两列波的波源的距离差等于波长的整数倍，半个波长的偶数倍。4、加强区、减弱区的条件P点到两列波的波源的距离差等于半个波长的奇数倍。振动减弱点的位置：（n=

0,1,2,3……）例1、如图所示两个频率与相位、振幅均相同的波的干涉图样中，实线表示波峰，虚线表示波谷，对叠加的结果正确的描述是()A．在A点出现波峰后，经过半个周期该点还是波峰B．B点在干涉过程中振幅始终为零C．两波在B点路程差是波长的整数倍D．当C点为波谷时，经过一个周期此点出现波峰BS1S2ABDC好身体好心态好习惯好成绩成就一生例2、水面上有A、B两个振动情况完全相同的振动源，在A、B连线的中垂线上有三个点a、b、c，已知某时a点是两列波波峰和波峰相遇点，c点是与a点最近的波谷和波谷相遇点，b处在a、c之间，如下图，以下说法正确的是：（）A：a振动加强，c点振动减弱

B：a、c点振动加强，b点振动减弱

C:a、b、c点振动都加强

D：a、c点振动加强，b点振动不确定ABabcC好身体好心态好习惯好成绩成就一生例3．如图所示，两列简谐波均沿x轴传播，传播速度的大小相等，其中一列沿x方向传播(图中实线所示)，一列沿负x方向传播(图中虚线所示)，这两列波的频率相同，振动方向均沿y轴，则图中x=1、2、3、4、5、6、7、8各点中振幅最大的是x=

的点，振幅最小的是x=

的点。4、82、6好身体好心态好习惯好成绩成就一生例4、如图中实线和虚线所示，振幅、周期、起振方向都相同的两列正弦波（都只有一个完整波形）沿同一条直线向相反方向传播，在相遇阶段（一个周期内），⑴试画出每隔T/4后的波形图。⑵并分析相遇后T/2时刻叠加区域内各质点的运动情况。

解：⑴根据波的独立传播原理和叠加原理可作出每隔T/4后的波形图如①②③④所示。⑵如图所示②，相遇后T/2时刻，图中a、b、c、d、e各质点的位移都是零，但速度各不相同，其中a、c、e三质点速度最大，方向如图所示，而b、d两质点速度为零。这说明在叠加区域内，a、c、e三质点的振动是最强的，b、d两质点振动是最弱的。例5．如图所示，S1、S2是两个相干波源，它们振动同步且振幅相同。实线和虚线分别表示在某一时刻它们所发出的波的波峰和波谷。关于图中所标的a、b、c、d四点，下列说法中正确的有A．该时刻a质点振动最弱，b、c质点振动最强，d质点振动既不是最强也不是最弱B．该时刻a质点振动最弱，b、c、d质点振动都最强C．a、

b、c、d各质点的振动都是时而强时而弱D．再过T/4后的时刻a、b、c三个质点都将处于各自的平衡位置，因此振动最弱好身体好心态好习惯好成绩成就一生解：该时刻a质点振动最弱，b、c质点振动最强，这不难理解。但是d既不是波峰和波峰叠加，又不是波谷和波谷叠加，如何判定其振动强弱？这就要用到充要条件：“到两波源的路程之差是波长的整数倍”时振动最强，从图中可以看出，d是S1、S2连线的中垂线上的一点，到S1、S2的距离相等，所以必然为振动最强点。描述振动强弱的物理量是振幅，振幅不是位移。每个质点在振动过程中的位移是在不断改变的，但振幅是不变的，所以振动最强的点无论处于波峰还是波谷，振动始终是最强的。本题答案应选B。好身体好心态好习惯好成绩成就一生例6.

如图示，在y轴上的QP两点位置上有两个频率相同，振动方向相同的振源，它们激起的机械波长为2m，QP两点的纵坐标分别为yQ=6m，yP=1m，那么在x轴上从+∞到-∞的位置上，会出现振动减弱区域有

个。··y/mQPx/mO16解：

λ=2m,在x轴上右侧取点A,干涉减弱的条件为A·x有两解k=1、2同理在x轴上左侧也有两解，O点也是减弱的点，共有5解5返回好身体好心态好习惯好成绩成就一生例7.有一半径为45米的圆形跑道，AB为一直径，现将两个相同的喇叭分别放在圆心O和A点，它们发出两列波长均为10米的相干声波，若一个人在B点听到的声音恰好最弱，则该人从B点沿半圆跑到A点之前，还会遇到几次声音最弱的地方：（）A.4次B.6次C.8次D.10次

AO