12-4-波的衍射和干涉

成才之路·物理路漫漫其修远兮吾将上下而求索人教版·选修3-4第十二章机械波成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章机械波成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节第四节波的衍射和干涉成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节课堂情景切入知识自主梳理重点难点突破课后强化作业考点题型设计成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节学习目标定位成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节※知道波的衍射现象及衍射条件※知道衍射是波特有的现象※知道两列波叠加的位移规律※※理解波的干涉现象及产生干涉的条件※知道波的干涉现象是波特有的现象成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节课堂情景切入成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节我们在生活中经常遇到“闻其声不见其人”的事(如图甲)，声音为什么没被障碍物所挡住？图甲成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节如图乙所示，操场中两根电线杆上各有一只扬声器，接在同一个扩音机上，一位同学沿着MN方向走来。他听到的声音会有什么变化？图乙成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节知识自主梳理成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节知识点1波的衍射1.定义：波可以绕过继续传播的现象。例如：我们看到水波通过两山之间狭窄的水面时，形成半圆形的水波向外扩散，可以绕过小山。(如图)障碍物成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节2．实验及现象(1)实验装置：在水槽里放两块挡板，中间留一个。(2)现象：①狭缝宽度比波长大得多时：波的传播如同光沿传播一样，挡板后面产生“”。②狭缝宽度与波长相差不多或狭缝宽度比波长更小时：水波挡板后面继续传播。狭缝直线阴影区绕到成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节3．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，或者比波长时，才能观察到明显的衍射现象。相差不多更小成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节知识点2波的叠加1.波的独立传播特性两列波相遇后，每列波仍像相遇前一样，保持各自，继续向前传播。(如图所示)原来的波形成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节2．波的叠加原理在两列波重叠的区域里，任何一个质点同时参与，其振动位移等于这两列波分别引起的位移的，当两列波振动方向在同一直线上时，这两个位移的矢量和在选定正方向后可简化为。两个振动矢量和代数和成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节知识点3波的干涉1.干涉现象频率相同的两列波叠加，使某些区域的，使某些区域的，并且振动加强和振动减弱的区域，这种现象叫波的干涉，形成的图样叫波的干涉图样。振动加强振动减弱互相间隔成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节2．两列波产生稳定干涉的必要条件两列的同类波3．波的干涉和衍射都是波所特有的现象一切波都能够发生和现象；反之能够发生和现象的，一定是波。频率相同干涉衍射干涉衍射成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节重点难点突破成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节一、波的衍射现象及发生明显衍射的条件1．生活中常见的波的衍射现象(1)声波：声波的波长在1.7cm～17m之间，与一般障碍物的尺寸相比差不多，或比其大，故声波的衍射现象极为明显。(2)水波：水面上传播的波能够越过水面上的芦苇、小石块等障碍物，都是典型的水波的衍射现象。(3)无线电波：在房间中可以接收到收音机和电视信号，是电磁波的衍射现象。成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节2．对明显衍射发生条件的理解(1)波的衍射是波在传播过程中所具有的特征之一，衍射是否明显，通常的衡量就是孔或缝的宽度d与波长λ的比值，比值越小，衍射现象相对越明显。成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节(2)孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长的关系仅是衍射能否明显发生的条件，波的衍射没有条件。(3)明显衍射发生时，并不一定能清楚地感受到，如当孔远远小于水波波长时，衍射应当非常明显，但因孔很小，单位时间内通过的能量很小，又分布到很大的区域上，水波非常弱，将看不清楚。成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节特别提醒：1衍射是波所特有的现象，一切波都会产生衍射现象，只有明显和不明显的差异。2凡能发生衍射现象的就是波。成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节日常生活中“闻其声不见其人”的物理现象的原因是什么？答案：声波在空气中的波长较长，可以跟一般障碍物的尺寸相比拟，很容易发生衍射现象，绕过障碍物传入人耳。而光波由于波长很短，障碍物或孔的尺寸远大于光的波长，不能绕过障碍物发生衍射，所以只能听到声音而看不到说话的人。成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节二、对波的叠加原理的理解1．波的叠加原理说明了两方面内容，一是波的独立传播，二是相遇时的叠加。2．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，所以叠加区域的质点的位移可能增大，也可能减小。两列同相波的叠加，振动加强，振幅增大(如图甲所示)。成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节两列反相波的叠加，振动减弱，振幅减小(如图乙所示)。图甲图乙成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节三、对波的干涉现象的理解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。2．稳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、振动方向在同一直线上、相位差恒定。如果两列波的频率不相等，在同一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，只能是一般的振动叠加现象。成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节3．明显的干涉图样和稳定的干涉图样意义是不同的，明显的干涉图样除了满足相干条件外，还必须满足两列波振幅差别不大。振幅越是接近，干涉图样越明显。4．振动加强的点和振动减弱的点始终在以振源的频率振动，其振幅不变(若是振动减弱点，振幅小)。但其位移随时间发生变化。成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节5．干涉图样及其特征(1)干涉图样：如图所示成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节(2)特征：①加强区和减弱区的位置固定不变。②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)。③加强区与减弱区互相间隔。成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节特别提醒：1振动加强的点的振动总是加强，但并不是始终处于波峰或波谷，它们都在平衡位置附近振动，有的时刻位移也为零。只是振幅为两列波振幅之和，显得振动剧烈。2振动减弱点的振动始终减弱，位移的大小始终等于两列波分别引起位移的大小之差，振幅为两列波振幅之差。如果两列波的振幅相同，则振动减弱点将会总是处于静止。成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节(2011·漳州高二检测)蝉是利用了a发出声音，某同学围绕蝉歇息的树干走了一圈，听到忽高忽低的蝉鸣声，这是由于声波的b现象，请选择a、b组合正确的是()A．蝉的嘴干涉B．蝉的翅膀干涉C．蝉的翅膀共振D．蝉的嘴共振答案：B成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节解析：蝉是依靠一双翅膀的振动发声，两翅膀的振动频率、振幅相同，形成相干波源，在周围出现振动加强与减弱的区域。成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节考点题型设计成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节题型1对波的衍射现象的理解把M、N两块挡板中间的空隙当做一个“小孔”做水波的衍射实验，出现了如图所示的图样，位置P处的水没有振动起来，现要使挡板左边的振动传到P处，在不改变挡板M和P点位置的情况下，可以采用哪些办法？成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节解析：波发生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸与波长相差不多，或者比波长更小，所以要使P点振动起来，有两种方法：一是减小孔的尺寸；二是增大波的波长。由v＝λf可知，水波的波速一定，减小波源的频率可以增大水波的波长。故使挡板左边的振动传到P处可以采用的方法是N板上移，或减小波源振动的频率。成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节点评：深刻理解产生明显衍射现象的条件。成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节下列事实属于明显的衍射现象的是()A．池塘里的水波，遇到突出水面的小石块，小石块对波的传播没有影响B．水波前进方向上有一障碍物，其后面没有水波传播过去C．水波前进方向上有一个小孔的屏，水波通过小孔传播到屏后的区域D．板胡的声音比弦声更响答案：AC成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节解析：波绕过障碍物(或小孔)继续传播的现象叫衍射现象，故A、C选项正确；对B，因为水波没有绕过障碍物，不属于明显的衍射现象，所以B选项错误；声音的响亮与否不是衍射现象所决定的，故D错。成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节题型2波的叠加如图所示，两列简谐横波均沿x轴传播，传播速度的大小相等。其中一列沿x轴正方向传播(图中实线)，另一列沿x轴负方向传播(图中虚线)。这两列波的频率相等，振动方向均沿y轴方向。则图中x＝1,2,3,4,5,6,7,8各点中振幅最大的是x＝________处的点，振幅最小的是x＝________处的点。成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节解析：由波的叠加原理x轴上任一点的位移都等于两列波单独引起的位移的矢量和。对x＝4,8两点两列波引起的两个分振动相位差为0，这两点加强，对x＝2,6两点两列波单独引起的分振动相位差为π，故这两点减弱。答案：4,82,6成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节点评：本题考查叠加原理结合质点的振动方向跟波的传播方向之间的关系。成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节两个不等幅的脉冲波在均匀介质中均以1.0m/s的速率沿同一直线相向传播，t＝0时刻的波形如图所示，图中小方格的边长为0.1m，则以下不同时刻，波形正确的是()成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节答案：ABD成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节解析：当t＝0.3s时，出现A图的波形，这时由s＝vt＝0.3m可知，两波正好刚相遇，所以A正确，同理B与D也正确。成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节题型3对波的干涉的理解干涉型消声器能有效地消除低频噪声，发动机(正常工作期间)周期性排气噪声，就是一种典型的低频噪声。一台四缸四冲程发动机，当它以2000r/min的转速运转时，其峰值频率在200Hz以下的噪声较大。所以常用干涉型消声器来消除这类低速转动发动机所发出的低频噪声，一台带成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节有干涉消声器的柴油发动机经消声处理后，其排气噪声可以降低10dB以上，干涉型消声器以其结构简单，价格低廉，消声效果好得到了很好的应用，下图是其结构原理图，试分析其工作原理。成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节解析：设一列波长为λ的声波，沿水平管道自左向右传播。当入射波到达a处时，分成两束相干波，它们分别通过r1和r2，再到b处相遇。若Δr＝r1－r2恰好等于声波半波长λ2的奇数倍，即Δr＝2k＋1λ2时，声波的振幅A＝0。这就是说该频率的声波被消弱。利用这一原理，可以达到控制噪声的目的。成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节水槽中步调相反的波源S1、S2发出两列波长相等的水波，设某一时刻P点恰好是两波谷相遇，则()A．这两列波能干涉B．P点始终就在波谷C．P是振动加强点D．P的位移有时可为零答案：ACD成才之路·物理·人教版·必修3-4第十二章第四节解析：因两水波波长相等，都是水波波速必相同，可知其频率相等，能发生干涉。某时刻P点是两波谷的相遇。则T2时间后又是两波峰的相遇，依此推之，P点的振幅为两波振幅的和，为振动加强点，其振动周期为T，是以平