高中物理第十二章机械波第4节波衍射和干涉学案新人教版选修34

高中物理第十二章机械波第4节波衍射和干涉教学设计新人教版选修34高中物理第十二章机械波第4节波衍射和干涉教学设计新人教版选修34/高中物理第十二章机械波第4节波衍射和干涉教学设计新人教版选修34第4节波的衍射和干涉1．理解什么是波的衍射现象，知道波发生显然衍射现象的条件。2．知道波的独立流传特点，理解波的叠加原理，知道波的干涉是波叠加的结果。3．知道波的干涉图样的特点，理解波形成牢固干涉图样的条件，知道振动加强点、减弱点的振动情况。一、波的衍射011．定义：波□绕过阻挡物连续流传的现象。2．实验及现象实验器材：在水槽里放两块挡板，中间留个□02狭缝。现象①狭缝宽度比波长大得多时：波的流传忧如光沿□03直线流传同样，挡板后边产生一个□04阴影区。②狭缝宽度与波长相差不多或狭缝宽度比波长更小时：波□05绕到挡板后边连续流传。3．发生显然衍射的条件缝、孔的宽度或阻挡物的尺寸跟波长□06相差不多，也许□07比波长小。0809特有的现象。4.□所有波都能发生衍射，衍射是波□二、波的叠加1．波的独立性原理两列波相遇后互相穿过，依旧□0102保持各自的□运动特点，连续流传。2．波的叠加原理在几列波重叠的地域里，介质的质点□03同时参加这几列波惹起的振动，质点的位移等于这几列波单独流传时惹起的位移的□04矢量和。以以下列图。三、波的干涉010203振幅减小1．定义：□频率同样的两列波叠加时，某些地域的□振幅加大、某些地域的□的现象。2．牢固干涉的必要条件两列波的频率必定□04同样。-1-两个波源的相位差必定□05保持不变。3．干涉的宽泛性：□06所有波都能够发生干涉，干涉是□07波特有的现象。判一判(1)在操场上不同样地点听到学校喇叭声音的大小不同样，是声波的干涉现象。()(2)两列频率不同样的水波不能够发生波的干涉现象。()(3)不是所有的两列波之间都能发生干涉。()提示：(1)×(2)√(3)√想一想当阻挡物的尺寸比波长大时，不能够发生衍射现象，对吗？提示：错。阻挡物尺寸比波长大时，也能发生衍射现象，可是现象不显然。在波的干涉中，振动加强的点向来位于波峰吗？提示：否。振动加强点的振幅大，而不是向来位于波峰。课堂任务波的衍射1．定义波能够绕过阻挡物连续流传，这种现象叫做波的衍射。2．衍射是波特有的现象，所有波都会产生衍射现象，当波遇到阻挡物时，衍射现象老是存在的，可是有的显然有的不显可是已。3．发生显然衍射的条件阻挡物或孔的尺寸比波长小，或跟波长差不多。阻挡物或孔的尺寸大小，其实不是决定衍射可否发生的条件，仅是衍射现象可否显然的条件。一般情况下，波长较大的波简单产生显然的衍射现象。波传到小孔(或阻挡物)时，小孔(或阻挡物)处忧如一个新的波源，由它发出与原来同频率的波(称为子波)在孔后流传，于是，就出现了偏离直线流传的衍射现象。当孔的尺寸远小于波长时只管衍射十分突出，但由于衍射波的能量很弱，衍射现象不简单察看到。例1(多项选择)以下说法中正确的选项是()A．孔的尺寸比波长大得多时不会发生衍射现象B．孔的尺寸比波长小才发生衍射现象C．只有孔的尺寸跟波长相差不多也许比波长更小时，才能察看到显然的衍射现象D．只有波才有衍射现象发生显然衍射现象的条件是什么？-2-提示：阻挡物或孔的尺寸比波长小，或跟波长差不多。只有波才有衍射现象吗？提示：衍射是波特有的现象，所有波都会产生衍射现象。[规范解答]波绕过阻挡物连续流传的现象称为波的衍射现象，发生显然衍射的条件是孔或阻挡物尺寸跟波长差不多也许比波长更小，孔径大其实不是不发生衍射，可是波的衍射现象不显然，A、B错误，C正确；衍射现象是波特有的现象，D正确。[圆满答案]CD衍射现象的判断方法判断一些熟悉的现象是否是波的衍射现象，第一要看现象中可否有波，其次是看波从波源传出后可否偏离了直线流传，即可否“拐弯”，这两个条件都知足时才有波的衍射现象发生。[变式训练1](多项选择)以以下列图，S是振源，M、N是挡板，其中N固定，M能够上下移动，为了使原来不振动的A点振动起来，可采用的方法是()A．增大S的振动频率B．减小S的振动频率C．M下移D．M上移答案BC剖析要使A振动起来，则S振动产生的波必定经窄缝发生显然衍射，原来A未振动，说明窄缝的宽度太大，所以应使窄缝的宽度减小，C正确，D错误；自然A未振动的另一个原因是波长太小，在流传速度必然的前提下，要增大波长则必定减小S的振动频率，B正确，A错误。课堂任务波的叠加原理与波的干涉一、波的叠加1．波的独立流传特点几列波相遇时能够保持各自的运动特点，连续流传。即各自的波长、频率等保持不变。2．波的叠加原理在两列波重叠的地域里，任何一个质点同时参加两个振动，其振动位移等于这两列波分-3-别惹起的位移的矢量和，当两列波振动方向在同素来线上时，这两个位移的矢量和在选定正方向后可简化为代数和。二、波的干涉1．定义：频率同样的两列波叠加时，某些地域的振幅加大，某些地域的振幅减小，这种现象叫波的干涉。2．产生牢固干涉的两个必要条件两列波的频率必定同样。相位差必定保持不变。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。但牢固干涉图样的产生是有条件的，否则我们就看不到牢固的干涉图样。3．关于加强点(区)和减缺点(区)加强点：在某些点两列波惹起的振动向来加强，质点的振动最强烈，振动的振幅等于两列波的振幅之和，A＝A1＋A2。(2)减缺点：在某些点两列波惹起的振动向来互相削弱，质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，A＝|A1－A2|，若两列波振幅同样，质点振动的合振幅就等于零。4．加强点、减缺点的地点图中S1、S2两个波源频率、相位同样，则：若C点到两波源的距离之差s＝|1－2|＝(n＝0,1,2，)，则C点为振动加强CSCSnλ点；若D点到两波源的距离之差λs＝|DS1－DS2|＝(2n＋1)2(n＝0,1,2，)，则D点为振动减缺点。5．干涉图样及其特点干涉图样：以以下列图。特点-4-①加强区和减弱区的地点固定不变。②加强区向来加强，减弱区向来减弱(加强区与减弱区不随时间变化)。③加强区与减弱区互相间隔。例2以以下列图，MN是水池的边缘，S1和S2是水池中两个振动情况完好同样的有关波源，它们激起的水波波长为2m，S1和S2连线垂直于MN，它们与MN的距离分别是8m和3m，设MN足够长，则在水池界线MN上有几处水面是寂静的()A．1处B．3处C．5处D．无数处“水面寂静”对应的物理语言是什么？水面寂静处应知足什么条件？提示：“水面寂静”即振动减弱，振动减缺点知足该点与12λS、S的距离之差等于2的奇数倍。(2)两波源到MN上一点的行程差设为x，则x的取值范围是什么？提示：0<x≤5m。[规范解答]水池界线MN上任一点P到S1、S2的距离PS1、PS2之差x小于等于S1S2，λ以以下列图。所以x的范围是0＜x≤5m，λ＝2m，2＝1m，所以在x的范围内振动减缺点能取到3个，而依照对称可知，1m和3m这两个距离之差应是分别为两个，故共有5点。[圆满答案]C-5-振动加强点与振动减缺点的判断方法条件判断法：振动情况完好同样的两波源产生的波叠加时，加强、减弱条件以下：设λ点到两波源的行程差为x，当x＝2k·2(k＝0,1,2，)时为振动加强点；当xλ＝(2k＋1)·2(k＝0,1,2，)时为振动减缺点。若两波源振动相位相反，则上述结论相反。现象判断法：若某点老是波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇，该点为振动加强点；若老是波峰与波谷相遇，则为振动减缺点。[变式训练2](多项选择)以以下列图所示为两个有关波源12S、S产生的波在同一种平均介质中相遇时产生的干涉图样。图中实线表示某时刻的波峰，虚线表示的是波谷，以下说法正确的选项是()A．a、c两点的振动加强，b、d两点的振动减弱B．e、f两点的振动介于加强点和减缺点之间C．经适合的时间后，加强点和减缺点的地点互换D．经半个周期后，原来位于波峰的点将位于波谷，原来位于波谷的点将位于波峰答案AD剖析a点是波谷和波谷相遇的点，c是波峰和波峰相遇的点，都是振动加强的点；而b、d两点都是波峰和波谷相遇的点，是振动减弱的点，A正确。e点位于加强点的连线上，仍为加强点，f点位于减缺点的连线上，仍为减缺点，B错误。有关波源叠加产生的干涉是牢固的，不会随时间变化，C错误。因形成干涉图样的质点都在不停地做周期性振动，经半个周期相位相反，D正确。-6-组：合格性水平训练1．(波的衍射)(多项选择)以下现象或事实属于衍射现象的是()A．风从窗户吹进来B．雪聚集在背风的屋后C．听到墙外人的说话声D．水波前进方向上遇到凸出在水面上的小石头，小石头对波的流传没有影响答案CD剖析波在流传过程中绕过阻挡物偏离直线流传的现象称为波的衍射。依照波的衍射定义易知A、B错误；听到墙外人的说话声，是声波的衍射现象，C正确；水波前进方向上遇到凸出在水面上的小石头，小石头对波的流传没有影响，这是水波的衍射现象，D正确。2．(波的干涉)(多项选择)在同一介质中两列频率同样、振动步伐一致的横波互相叠加，则()A．波峰与波谷叠加的点振动必然是减弱的1B．振动最强的点经过T后恰好回到平衡地点，所以该点的振动是先加强，后减弱4C．振动加强区和减弱区相间隔散布，且加强区和减弱区不随时间变化D．加强区的质点某时刻位移可能是零答案ACD剖析当频率同样、步伐一致的两列波叠加时，若波峰与波谷叠加必为减缺点，A正确；振动加强点与减缺点和质点某时刻的位移没关，加强点振幅最大，且向来为加强点，B错误，C正确；振动加强点的位移有时最大，有时为零，D正确。3．(发生显然衍射的条件)在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子其振动图象如图所示，水波在水槽中的流传速度为0.05m/s，为察看到显然的衍射现象，小孔直径d应为()A．10cmB．7cmC．5cmD．小于或等于1cm答案D剖析水波槽中激发的水波波长为λ＝vT＝0.05×0.2m＝0.01m＝1cm。要发生显然衍射现象，应使孔的尺寸比波长短也许跟波长差不多。4．(波的衍射)以以下列图是利用水波槽察看到的水波衍射图象，从图象可知()-7-A．B侧波是衍射波B．A侧波速与B侧波速相等C．减小挡板间距离，衍射波的波长将减小D．增大挡板间距离，衍射现象将更显然答案B剖析B侧波在流传过程中遇到带有窄缝的挡板后发生衍射，A侧水波是衍射波，A错误；同种机械波在同样介质中的流传速度同样，B正确；减小挡板间距离，衍射现象会更显然，但是衍射波的波速不变，频率不变，故波长不变，C错误；由于只有当挡板间距跟波长差不多，也许比波长更小时，衍射现象才显然，所以当增大挡板间距离时，衍射现象将变得不显然，D错误。5．(发生显然衍射的条件)一列波在流传过程中经过一个阻挡物，发生了必然程度的衍射，以下哪一种情况必然能使衍射现象更显然()A．增大阻挡物的尺寸，同时增大波的频率B．增大阻挡物的尺寸，同时减小波的频率C．减小阻挡物的尺寸，同时增大波的频率D．减小阻挡物的尺寸，同时减小波的频率答案D剖析波在介质中流传时波速是由介质决定的，与波的频率没关，所以改变波的频率不会改变波速。由v＝λf可知，当波速一准时，减小频率则波长增大。而发生显然衍射的条件是阻挡物或孔的尺寸比波长小或跟波长相差不多，所以减小阻挡物的尺寸，同时减小波的频率会使衍射现象更显然，D正确。(波的叠加)两列沿相反方向流传的振幅和波长都同样的半波如图甲所示，在相遇的某一时刻如图乙所示两列波“消失”，此时图中a、b质点的振动方向是()A．a向上，b向下B．a向下，b向上C．a、b都静止D．a、b都向上答案B剖析由波的叠加原理知，波在相遇时互不影响地互相经过，经过后各自保持原有的状-8-态连续流传。在图乙所对应的时刻，依照波的流传方向和质点的振动方向之间的关系能够判定B选项正确。(波的干涉)以以下列图是两个完好同样的波源在介质中叠加而成的干涉的表示图，实线表示波峰，虚线表示波谷，则以下说法正确的选项是()A．A点为振动加强点，经过半个周期，这一点振动减弱B．B点为振动减缺点，经过半个周期，这一点振动加强C．C点为振动加强点，经过半个周期，这一点振动仍加强D．D点为振动减缺点，经过半个周期，这一点振动加强答案C剖析A、C连线所在地域为振动加强地域，经过任意时间，该地域依旧是振动加强地域，A错误，C正确；B、D连线所在地域为振动减弱地域，经过任意时间，该地域依旧是振动减弱地域，B、D错误。8．(波的干涉)除掉噪声污染是当前环境保护的一个重要课题。内燃机、通风机等在排放各种高速气流的过程中都产生噪声，干涉型消声器可用来减弱高速气流产生的噪声。干涉型消声器结构及气流运行以以下列图，产生波长为λ的声波沿水平管道自左向右流传。当声波到达a处时，分成两束波，它们分别经过r1和r2的行程，再在b处相遇，即可达到减弱噪声的目的。若r＝r2－r1，则r等于()A．波长λ的整数倍B．波长λ的奇数倍λλC．半波长的奇数倍D．半波长的偶数倍22答案C剖析距波源行程差为半波长的奇数倍的地方，初始振动方向同样的波在此互相减弱。B组：等级性水平训练9．(波的衍射和叠加)(多项选择)关于波的衍射和叠加，以下说法正确的选项是()A．衍射和干涉是机械波特有的现象-9-B．对同一列波，缝或孔、阻挡物尺寸越小衍射现象越显然C．两列波相遇时能够保持各自的状态互不搅乱D．若是这两列波的频率同样，那么这两列波会发生干涉E．两列波重叠的地域里，任何一点的总位移都等于两列波分别惹起的位移的矢量和答案BCE剖析衍射和干涉是所有波特有的现象，A错误；形成牢固干涉的必要条件是：波的频率同样，振动相位差恒定，D错误。(波的衍射)(多项选择)以以下列图是察看水面波衍射的实验装置，AC和BD是两块挡板，是一个孔，O是波源，图中已画出波源所在地域波的流传情况，每两条相邻涟漪(图中曲线)AB之间距离表示一个波长，则波经过孔此后的流传情况，以下描述正确的选项是()A．此时能显然地察看到波的衍射现象B．挡板前后涟漪间距离相等C．若是将孔AB扩大，有可能察看不到显然的衍射现象D．若是孔的大小不变，使波源频率增大，能更显然地察看到衍射现象E．若是将孔AB减小到很小，察看到的衍射现象将更加清楚答案ABC剖析从图中能够看出，孔的大小与波长相差不多，故能够发生显然的衍射现象，A正确；由于在同一平均介质中，波的流传速度没有变化，波的频率是必然的，依照vλ＝可得波f长λ没有变化，B正确；当孔扩大后，显然衍射的条件将被破坏，C正确；若是孔的大小不变，使波源频率增大，则波长减小，孔的尺寸将比波长大，可能会破坏显然衍射现象的条件，D错误；若是将孔AB减小到很小，波经过孔后的能量很小，振幅很小，将察看不到清楚的衍射现象，E错误。11．(波的衍射)在空旷的广场上有一堵较高大的墙MN，墙的一侧O点有一个正在播放男女声合唱歌曲的声源。某人从图中A点走到墙后的B点，在此过程中，若是从声波的衍射来考虑，则会听到()A．声音变响，男声比女声更响-10-B．声音变响，女声比男声更响C．声音变弱，男声比女声更弱D．声音变弱，女声比男声更弱答案D剖析从A点走到墙后的B点，会听到声音变弱，男女声音由于频率的高低不同样，才有音调高低的不同样，女声比男声音调高，频率高，波长短，所以衍射更不显然，会听到女声比男声更弱，D正确。12．(波的叠加)两列简谐波沿x轴相向而行，波速均为v＝0.4m/s，两波源分别位于A、处，＝0时的波形以以下列图。当t＝2.5s时，点的位移为________cm，点的位移为________BtMNcm。答案20剖析由图可知，两列波的波长分别为λ＝0.2m，λ＝0.4m。t＝2.5s时两列波均AB向前流传x＝vt＝1m，即A波向右流传至x1＝1.0m处，B波向左流传至x2＝－0.2m处，x1－xM＝0.5m＝5λA，xM－x2＝0.7m＝13λB，所以此时A波在M点的位移为0，B波在M点的24位移为＝2cm，合位移为2cm；1－N＝0.6m＝3λA，N－2＝0.6m＝3B，同理可知N点Axxxx2λ的位移为0。13．(综合)波源S1和S2振动方向